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1、上海地铁盾构施工技术研究报告之一盾构推进轴线控制技术研究1项目概述1.1工程概况上海地铁杨浦M8线标段我管段区间包括黄兴绿地站延吉中路站（简称黄延区间）、延吉中路站黄兴路站（简称延黄区间），其中延黄区间上行线长1112.774m,下行线长1127.929m、有15.155m长链。上、下行线均有一缓和曲线长70m、半径为500m的曲线；黄延区间上行线长381.456m、下行线长398.334m， 上、下行线曲线多、半径小（最小为350m），且下行线进、出洞段均位于缓和曲线上。洞口的导线测量受现场条件的限制，一般只能短边控制长距离；洞内的导线点及吊篮点经常受管片的沉降、旋转、及电瓶车振动等因素的影
2、响；测量条件差受到天气、洞内光线（主要是大气折光、旁折光、大气密度、光线强弱）的影响，根据以上影响因素通过提高仪器精度，增加测量频率，采用不同测量方法、途径，以确保测量结果的精度及可靠性。1.2项目目标盾构轴线偏离设计值不得大于50mm，并且将施工后地表沉降的最大变形量控制在+1030mm之内，保证隧道顺利贯通，为今后类似工程积累经验。2研究方法2.1测量控制依据规范和招标文件要求，根据现场实际条件,编制切实可行的测量方案，进行误差分配理论分析，从布置控制、施工导线点，到不同测量方法、途径的比较，采用主、副导线相结合的方法和分两阶段的测量方法,结合隧道轴线偏差情况确定最优控制方法。2.1工艺控
3、制针对不同土质进行盾构机土压分析、通过100米试推进采集相关原始数据进行分析、设定参数，然后通过施工信息反馈，不断优化参数，最终通过盾构姿态的控制及调整、千斤顶推力的分布、管片纠偏、注浆孔位置、注浆量的调整等各项工艺有效地控制及调整盾构机轴线。3研究内容3.1测量控制3.1.1测量施工流程控制点竖井传递布设井下控制点进场控制点的桩位 交接与复测现场踏勘、选点地面控制点布网盾构出洞口测量及 盾构机定位隧道贯通导线点盾构同步控制点 （吊篮点）盾构姿态测量 管片状态测量盾构进洞测量盾构进洞，隧道贯通测量图3.1测量施工流程图3.1.2测量依据严格执行中华人民共和国国家标准GB50308-1999地下
4、铁道、轻轨交通工程测量规范。（参阅其中的第8、11、18章节）严格遵守中华人民共和国国家标准GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范。严格执行中华人民共和国国家标准GB50026-1993工程测量规范。3.1.3测量方法盾构出洞前的准备工作:测量桩位的交接（空导点、水准点）测量桩位是由业主提供的，一定要提供多余桩位，以便校核。在使用前必须按照规范上相应的精度对其复核，经复核达到精度要求后，方可使用。实地现场踏勘、选点和布网地面控制点的选位根据现场条件，我们首先要在地面上布置地面控制网，因施工场地比较狭小，临时设施、设备较多，因此布点要考虑到网形精度、通视、稳定性和受施工的影响程度等因
5、素。地下控制点的布设综合光线、通视、旁折光、空气密度等因素的影响，地下主导线控制点的平均间距布设控制在150200m为宜，而辅助导线控制点（吊篮点）平均间距4050m为宜，当然可根据设计路线的线形及现场情况作实际调整，地下高程控制点控制在50m 左右，高程控制点可布设膨胀螺丝在管片的左耳或右耳上。对所布设的控制点要严加保护，并对其位置作好记录，以便查找。出洞口三维坐标的测量及进洞方案的确定在盾构机到位前，应精确测量预留出洞口的三维坐标，并与设计值比较，洞口直径至少测量水平和垂直两个方向，若实测洞圈的偏移量超过规范要求或失圆明显，需报设计院予以确认、回复，以便盾构机出洞时做适当调整。在精确测定洞
6、口的三维坐标后，我们要确定盾构出洞的轴线。若直线出洞，我们可采取按设计方位出洞；若曲线出洞，考虑到出洞口前有加固区，在加固区盾构机不能纠偏，我们采取割线出洞比较安全。所采取割线的出洞方位我们事先前必须计算好，使盾构机在不能纠偏时的最大偏移量处小于50mm，在盾构机曲线进洞的情况下，我们同样要考虑类似的情况。盾构姿态检验及参数确定盾构出洞前，要仔细测量盾构机的有关数据及参数，如：盾构机的长度、半径、盾构机的前尺到切口的距离、后尺到盾尾的距离、前、后尺的水平距离、竖尺到盾构机中心的垂直距离，以及每推进一环后拼装环的大里程到盾尾的距离。为简化计算，根据这些常数我们编写了电算化程序来测量盾构机的姿态。
7、另外，我们用普通测量的方法来测出盾构的原始姿态，以此来检验我们电算化测量盾构姿态的准确性。3.1.4控制测量内容 控制测量是整条隧道贯通的关键，也是隧道测量的技术难点。隧道平面控制测量隧道平面控制测量既是对影响隧道横向贯通误差的控制，首先我们要清楚影响隧道横向贯通误差的主要来源：地面控制测量中误差mq1盾构出洞口处联系测量中误差mq2地下贯通导线点测量中误差mq3盾构姿态定位测量中误差mq4（包括标尺定位误差）盾构姿态施工测量中误差mq5（包括盾构操作误差）盾构进洞口处中心平面坐标测量中误差mq6地铁平面贯通横向中误差mQ 因地下平面控制点不可避免是支导线测量，而且洞口联系测量一般只能是短边放
8、长边，这在测量上是尽量避免的，但有时受施工条件的限制，我们只能采用这种方法。所以出洞口处联系测量是隧道贯通的重点。另外，设各项误差相互独立，根据已建地铁的实际经验，根据各项误差对横向贯通精度的不同影响，采取不等精度分配原则，再根据横向贯通精度的要求50mm (即中误差25mm)，计算出影响横向贯通误差的各种测量误差的中误差。通过控制各项误差的中误差来达到控制隧道的横向贯通精度。具体取值计算如下：mq1=m, mq2=3m, mq3=2m, mq4=m, mq5=m, mq6=m mQ=mq12+ mq22 +mq32 +mq42 +mq52 +mq62 = 4.1m 则m=25/4.1=6.1
9、mm, 从而有：mq1=6.1mm, mq2=18.3mm mq3=12.2mm , mq4=6.1mm , mq5=6.1mm, mq6=6.1mm隧道高程控制测量隧道高程控制既控制隧道的纵向贯通误差，相对横向贯通误差来说，隧道的纵向贯通误差容易控制些。为了满足设计要求50mm(既中误差25mm)，我们必须清楚影响纵向贯通误差的主要因素。影响纵向贯通误差的主要因素有：地面高程控制测量中误差 mh1盾构出洞口处高程传递测量中误差mh2地下高程点测量中误差mh3盾构姿态高程定位测量中误差mh4盾构机施工测量中误差mh5盾构机进洞口洞中心高程测量中误差mh6地铁区间隧道高程贯通中误差mH同样设各种
10、误差相互独立，根据各种误差对纵向贯通误差的不同影响，采取误差不等分配原则，计算出各种测量误差的中误差，通过控制各项测量误差的中误差来达到设计要求的纵向贯通误差。具体取值计算如下： mh1=m, mh2=2m, mh3=2m, mh4=m, mh5=m, mh6=2m mH=mh12+ mh12 +mh12 +mh12 +mh12 +mh12 = 3.9m 则m=25/3.9=6.4mm, 从而有：mq1=6.4mm, mq2=12.8mm mq3=12.8mm , mq4=6.4mm , mq5=6.4mm, mq6=12.8mm3.1.5两阶段测量法第一阶段测量：隧道推进前100m，导线控制
11、点的井口传递可由井上直接传递到井下，由于传递边较短，且井上、井下高差较大，这对仪器的要求较高，对控制长距离的隧道来说精度很难得到足够的保证，由于隧道刚施工阶段，场地条件受限，无法实施更好的测量方案。利用此方法控制100m的隧道精度还是毫无问题的。第二阶段测量：待隧道推进约100米后，导线控制点可由井上传递到车站的中层板，再由中层板传递到隧道内。这样不但可以拉长井口传递边的距离，也可使传递倾角大大减小（倾角小于规范要求的30）。通过延吉中路站黄兴路站区间隧道下行线两阶段测量方案的实施，效果良好。3.1.6盾构姿态测量盾构姿态测量是实时测量盾构机的现有状态，及时指导盾构机纠偏。盾构姿态测量是利用E
12、T2电子 经纬仪测量前、后横尺和竖尺的偏差来反算盾首、盾尾的偏差，即实测角度与理论设计角度相比较，再根据公式推算至盾首、盾尾。为避免复杂计算，进行程序化。这中间容易出现的问题是理论里程和实际里程不一致，导致计算出的理论偏差不是当时盾首、盾尾的偏差，为解决这一问题，需要我们经常复测里程。里程复测时，实际上我们无法实测出管片的中心里程，通常只能测管片的底部里程，这需要我们根据所测该环的坡度来计算出中心里程，特别在坡度较大的情况下，管片的底部里程和中心里程相差较大。另外，精确复测出里程后，也要根据实际里程来调整三维坐标。这样计算出的盾构姿态才能较准确地反映当时的盾构状况。3.1.7隧道管片的法面测量
13、对于法国FCB土压平衡盾构机来说，盾构机的内径为6260mm,管片外径为6200mm,即盾构机内径与管片外径间有30mm的间隙。法面测量不准或测量不及时，会出现管片安装困难、管片破碎、管片错缝的现象。因此管片的法面测量也非常重要。管片的上下法面（俯仰度）相对好测一些，可利用吊线锤的方法来解决；左右法面的测量可用反射片测出该环管片左右两边对称点坐标并计算出其实际方位角，与理论方位角比较，计算出左右法面的偏差。另外，隧道平面曲线的特征点和隧道的纵断面的变坡点是我们管片法面测量的重点。3.1.8盾构施工测量（即“倒九环”测量）“倒九环”测量即是测量当班施工最终环号（包括该环）后九环的上下、左右偏差。
14、我们通常用带水平气泡的5m长尺来测管片的左右偏差，左右偏差测量的方法是：把5m长尺水平放置在所测环的大里程，把经纬仪对准后视水平度盘置零，然后瞄准长尺把水平度盘拨至根据事先计算好的理论角度直接读出水平尺上的数值，即是该环的左右偏差。若读数在水平尺中心右侧，则说明隧道偏左，反之则偏右。上下偏差测量的方法是：放一水准尺于所测环的大里程的底部，根据隧道内的高程控制点测出该环大里程的高程，通过与设计高程比较得出该环管片的上下偏差。通过测量此偏差，可以反映出管片的错缝情况、管片在盾构机内和出盾尾后的变化情况以及管片最近两天的偏差变化情况。以便于及时调整注浆、推进速度等施工参数。3.1.9隧道里程的测量隧
15、道的起始里程、旁通道里程、进洞里程和设计曲线的特征点是我们里程测量的重点。隧道起始里程的确定可根据设计的旁通道里程减去旁通道前管片的长度是理论上第一环管片的小里程，再减去负环的长度是我们反力架的法面里程。 由于受管片贴片、纠偏等因素的影响，我们从确定的起始里程推进至旁通道的实际里程会与理论里程不一致，这需要我们在旁通道前要精确复测里程，以保证旁通道的里程在设计要求范围内。根据已建地铁的推进经验，每环管片会长出0.81mm 。 为保证盾构机安全进洞，进洞前需要精确复测里程，根据经验，应在盾构机大刀盘距连续墙500mm,即盾构机尖头靠到连续墙时，大刀盘停止转动，且停止出土。若距连续墙太近，会对大刀盘造成损坏，若距连续墙过远，盾构机进洞后，清土工作量是会大大增加。 为保证推进路线的准确性，隧道的曲线特征点处我们也要加强里程的复测。3.1.10隧道沉降测量正在建设中或刚建成的隧道，因周围的土体受盾构机的扰动，管片的外围充满浆液在凝固阶段
