盾构施工控制测量方案

杭州市地铁2号线一期工程SG2-3标

杭发厂站—人民广场站

盾构施工控制测量方案

编 制：

审 核：

批 准：

中铁隧道集团有限公司

杭州市地铁2号线一期工程SG2-3标项目经理部

二○一一年七月

一、编制依据

1、杭州市地铁2号线工程杭发厂站~人民广场站区间施工设计图及有关说明；

2、《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308—2002；

3、《城市测量规范》CJJ8—99；

4、《新建铁路工程测量技术规范》TB10101—99；

5、《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；

6、《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；

7、《工程测量规范》GB50026-93；

8、《市政地下工程施工及验收规程》DGJ08-236-1999；

9、《盾构法隧道施工及验收规范》GB50446-2008；

10、杭州地铁公司发布的地铁工程施工测量管理细则。

二、工程概况

2.1、工程位置

本工程位于杭州市萧山区，其中杭发厂站-人民广场站区间为2号线全地下盾构区间，盾构从人民广场南端头井始发沿市心中路下掘进，先后旁穿北河上的泰安桥和长廊顶河上的华荣桥，抵达杭发厂站北端头后调头，再次始发掘进至人民广场南端头。盾构区间平面位置详见图1.1《工程平面位置图》。

图1.1 工程平面位置

2.2、设计情况

【杭～人】区间起讫里程为上行线SDK5+665.328～SDK6+350.666（下行线XDK5+665.328～XDK6+350.666），区间上行线长685.338m（下行线长685.863m）。区间上行线及下行线由直线段和二组缓和曲线组成，曲线半径均为1000m、1500m、。区间上行线及下行线隧道均以0坡出站后以22‰的下坡到达区间最低点后，上行线以21.6‰的上坡(下行线线以21.56‰的上坡)，最后以2‰的上坡进站。线路呈节能V型。本区间竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m。隧道拱顶埋深为10.2～15.6m。

2.3、技术标准

1)结构设计使用年限为100年。

2)结构的安全等级为一级。

3)结构按7度抗震设防。

4)结构设计按6级人防验算。

5)衬砌结构变形验算：计算直径变形≤2‰D（D为隧道外径）。

6)管片结构允许裂缝开展，但裂缝宽度≤0.2mm。

7)结构抗浮安全系数不得小于1.05。

8)盾构区间隧道防水等级为二级。

三、施工测量流程

仪器检测→交桩及控制点复测→测量方案及审批→机载仪器测量→人工复测→监理、建设方复测→施工过程中复测→竣工测量。

四、施工平面控制测量

4.1、施工平面控制网的布置原则

(1)、工程测量放样的程序，遵守由总体达到局部的原则；

(2)、控制点应满足整体控制要求；

(3)、控制点应埋设在牢固不易破坏的位置；

(4)、控制点相互之间必须通视，不能满足通视要求应合理设置工作点；

(5)、控制点数据采集后需进行闭合，并进行平差计算；

(6)、严格控制限界要求，满足设备安装要求，放样时需掌握“宁大勿小”的原则，利用后续工程加以适当调整；

(7)、放样后，对所放点妥善保护，定期检验。

4.2、平面控制网建立

(1)、利用杭州市地铁2号线人民广场站控制点复测成果引测二级精密控制网，此控制点宜布置在工作井的周围屋顶或距工作井较远且无沉降的区域，所有二级精密导线控制点应形成一个闭合，且满足规范精度要求。

(2)、平面加密控制网的完善，在监理确认二级平面控制网的情况在拟建工作井四周布设加密控制点.

(3)、平面控制网的计算根据需要采用严密或简化方法平差，当采用简化方法平差时，应以平差后坐标反算的角度和边长作为成果。

(4)、检查频率与要求

二级精度控制网的点位，原则上应与交桩点一样，每二个月复核一次；地面加密控制点布置后进行复核；基线及始发前的圆心定位及地下高程点完成后进行复核；地下导线点及水准点在隧道掘进至50m处、200 —300m处和距离贯通面150 —200m处分别进行一次包括联系测量在内的检测（若开挖长度超过1km时，掘进至500m处要增加一次检测）；隧道开挖接近贯通面时，应对隧道内的控制点进行一次全面检测。

五、施工高程控制测量

5.1、施工高程控制网布置原则

(1)、工程测量放样的程序，遵守由总体到局部的原则；

(2)、控制点应满足整体控制要求；

(3)、控制点应埋设在不易破坏的位置；

(4)、控制点相互之间必须通视，不能满足通视要求应合理设置工作点。

5.2、高程控制网的建立

(1)、临时水准点布设

根据本工程的的特征，地面水准点沿工作井长度方向均匀设置，与交桩点形成附合路线，地下水准点设定在隧道内衬上弦右侧螺丝孔位上，精度采用精密水准测量的主要技术要求，闭合差≤±8L。

(2)、水准点应选在土质坚硬便于长期保存和使用方便的地点，并做好警示保护标志。

(3)、两次观测高差较差超限时应重测，测量最后成果精确到1mm。

(4)、水准间的计算，应按最小二乘法原理，采用条件观测平差或间接观测平差，并应计算每4米高差全中误差。

(5)、检查频率与要求

高程点与平面控制点的检查频率一致。

(6)、所有高程控制网精度要求按规范执行。

六、各分部、分项工程的施工测量控制

6.1、建立地面控制网

地面控制点的布设，必须因地制宜，既从当前工程建设需要出发，又适当考虑竣工需要。

地面控制测量误差对地下横向贯通误差的影响较为复杂，主要控制其测量终点横向点位误差(终点的横向位移)。

终点的横向点误差是测角误差和边长误差共同影响的结果，建立地面控制网应要求按照规范规定进行布设，完成地面控制网后及时请监理及业主测量队进行复测，待复测确定各控制点无误后方可投入使用。

6.2、端头井联系测量

隧道工程盾构掘进机通过端头井出洞后进行地下掘进工作，为了保证盾构掘进机沿设计轴线正确掘进，必须将地面控制网中的坐标、方向及高程经端头井传递到地下去，使地下平面控制网与地面上有同一的坐标系统。

端头井定向的误差对隧道贯通有一定的影响，其中坐标传递的误差将使地下导线的各点产生同一数值的位移，其对贯通的影响是一个常熟；方向角传递的误差，将使地下导线各边方向角转动一个误差值，它对贯通的影响将随着导线长度的增大而增大。

端头井联系测量对于隧道能否顺利贯通有着相当大的影响，进行连续测量过程中应严格按照规范要求进行仪器操作，确保地下控制点的精度。

6.3、地下控制测量

6.3.1. 地下导线测量

地下导线测量的目的是以必要的精度按照地面与控制测量统一的坐标系统，建立地下的控制系统，根据地下导线的坐标，即可放样出隧道轴线，指导盾构掘

进方向，确保盾构沿理论轴线跟踪，地下导线点的起始点通常设在隧道衬砌的上弦位置。

布设地下导线时，为确保盾构在土层中掘进姿态的正确性，导线点应满足必要的精度与一定的密度，为了减少两者在敷设时的矛盾，通常采用分级布设的方法，即施工导线，基本导线和主要导线。

施工导线：盾构出洞后向前掘进时，用以进行放样而指引盾构掘进的导线测量，施工导线边长25~50m；

基本导线：当掘进100~200m时，为了检查隧道轴线与设计轴线是否相符合，必须选择部分施工导线点敷设边长较长(50~100m)、精度要求较高的基本导线；

主要导线：当隧道长度大于1km时，基本导线将不能保证应有贯通精度，这时就要选择一部分基本导线点来敷设主要导线，主要导线的边长为150~350m。

最后一个导线点离开贯通工作面的距离不应过大，一般为60~80m，导线点的编号应按照有关技术规范，尽量做到号码简单又能按次序排列，使用方便，利于寻找，便于分析。因为地下导线是布设成支导线的形式，而且每测一个新点中间要隔一段时间，这样就需要在每次测定新点时，将以前的点位进行检核测量，不论是直线或曲线，都必须对角度、边长进行检核测量，根据检核测量的结果，证明标志没有发生变动，就将各次观测的结果取平均值，如果证明标志有变动，则应根据最后一次观测的结果进行计算。

6.3.2. 地下水准测量

地下水准作业方法与地面水准测量相同，常采用中间法进行测定。由于隧道内光线暗淡，通视条件差，仪器到水准尺的距离不宜过大，并用目估法使其相等(前距等于后距)。

定期检查地下水准点标志稳定性，应定期地根据地面水准点进行重复的水准测量，将所测的高差成果进行分析比较，根据分析的结果，若水准标志无变，则取所有高差的平均值作为高差成果，若出现水准点标志变动，则应取最近一次测量成果。

6.4、盾构施工测量

隧道施工过程中，测量人员的主要任务是随时确定盾构掘进方向，一般采用中线法。

中线法确定盾构掘进方向，其方法是首先用经纬仪根据导线点设置中线点。如图6-1所示，图中P3，P4为导线点，A为隧道中线点，已知P3，P4的实测坐标及A的设计坐标和隧道中线的设计方位角。根据上述已知数据，即可推算出放样中线点A所需的有关数据β4，L与βA。

图6-1 盾构姿态测量

求得有关数据后，即可将经纬仪置于导线点P4，后视P3点，拨角度β4，并在视线方向上丈量距离L，即得中线点A。在A点安置仪器对中盘，再实测A点坐标，无误后，即旋紧对中盘固定螺丝。将仪器安置于A点，后视导线点P4，拨角度βA，即得中线方向指使盾构掘进开挖。随着开挖面向前推进(盾构推进)，A点距离开挖面(盾构)越来越远，这时，仪器置于D点，后视A点，用正倒镜或转180o的方法继续标定出中线方向，指使盾构掘进开挖，AD之间的距离在隧道直线段不宜超过100m，在曲线段不宜超过50m。

6.5、洞门圈及盾构基座放样

利用在井口的控制点用导线直传的方法，在井底设临时点位，以此点设站测洞门圈的横径和平面坐标，并求出洞门圈的平面中心坐标，计算洞门圈的平面偏差值。

利用高程传递至井底的临时水准点，测量洞门圈的圈底高程，圈顶高程，求出洞门圈直径和高程偏差值。

盾构基座的放样是很重要的，这关系到盾构出洞后轴线的控制，因此，在放样前应根据轴线的要求，与项目工程师商讨放样的具体要求并征得其认可。在放样过程中，采用将洞门圈的中心和盾构基座的前后中心三点在同一竖直面上的方法安放基座，同时根据设计坡度和出洞后的盾构坡度，适当对盾构基座放坡。安放时，基座平面位置根据事先计算的洞门圈中心，盾构基座前中心和盾构基座后

中心的这三点的坐标，用仪器实测它们的值，计算这三点实测坐标值与理论值的偏差，逐步调整偏离值直至满足设计轴线要求。高程位置，根据事先计算好的基座各主要点的高程，利用水准仪对其进行高程放样。

6.6、盾构标志制作及程序编制

盾构上的测量标志，根据工程的实际情况将盾构测量标志安装在盾构轴线上。首先对盾构进行多次测量，求出盾构的轴线，然后在盾构轴线上选择合适的位置安装前后标志，前标、后标应有足够距离，（一般应超出1m），且前标距盾构切口距离越近越好，同时应保证与观测台有良好的通视条件，后标志通常为两个红色三角垂直对交的标志，前标志在大多数情况下为一有刻度的类似刻度尺的装置。坡度板安装在盾构方便观测及不容易破坏的位置，垂球线长度≥1m。

图2 盾 构 长 度 数 据（具体尺寸数据需要实际安装后修改）

在对盾构进行姿态监控时，在井下导线点上设测量台，该测量台与盾构机的位置关系事先已测定，而且其与盾构机内的前标志、后标志的位置关系也已测定，并以稳定的井下主要导线点为后视点，对盾构机内的前、后标志进行观测，同时，对安装在盾构机内的坡度板进行观测。

利用测量台测得的前标水平角，后标水平角，和推进的环号可算得盾构的切口与盾尾的坐标，再利用坐标转换公式求得盾构机的切口与盾尾与设计轴线的平面偏差值。

再利用测量台测得的前标竖直角，前标刻度(竖直角位置)，坡度和推进环号可算得盾构的切口与盾尾的高程，再与设计轴线的数据相比较即可得到盾构机高程的偏差。要利用在平面上转角的存在也对盾构平面姿态有一定的影响，但根

据实际计算此影响很小，在工程实际中可忽略不计。

所有这些计算程序在盾构正式推进前都先编制好，并上报分公司确认。在施工期间必须经常对盾构及管片进行实测实算以配合施工，特别是在线型变化的地方，应及时掌握变化，求证程序的正确。

6.7、盾构贯通测量

当盾构掘进距接收井还有50~80m时，须进行盾构贯通测量工作，它是确保盾构正确进入接收井门洞的一项重要的测量工作，贯通测量包括地面控制网连测、接收井门洞中心位置测定、端头井联系测量和井下导线测量等四项测量工作。

6.8、测量检测限差

各项检测限差如下：

·地上导线点的坐标互差≤±12mm；

·地下导线点的坐标互差在近井点附近≤±16mm、在贯通面附近≤±25mm；

·地上高程点的高程互差≤±3mm；

·地下高程点的高程互差≤±5mm；

·地下导线起始边（基线边）的方位角互差≤±16″；

·相邻高程点的高差互差≤±3mm；

·导线边的边长互差≤±8mm；

·经端头井悬挂钢尺传递高程的互差≤±3mm；

七、盾构姿态日常测量

盾构日常测量主要是对盾构机每环推进的三维姿态进行测量同时测量已成形的管片姿态，对于盾构一般有七个原始数据：

（1） 环号

（2） 转角坡度

（3） 后标水平角

（4） 前标水平角

（5） 竖直角位置

（6） 竖直角（前标）

根据这些原始数据利用事先编制的程序计算出盾构机切口及盾尾的平面与

高程偏值以及盾构机的掘进里程，并报出报表。

由于盾构掘进时的设计轴线并非一直线，会遇到诸如竖曲线，缓和曲线和圆曲线这些曲线段的线路，计算这些线路时有其理论公式。但在工程实际中往往根据实际情况，以及工程实际采用一些经验公式，或是利于计算的公式形式。以下是计算时要用到的曲线计算公式：

竖曲线公式：

l2

凹曲线: H=hA+l⨯P+ 2R

l2

凸曲线: H=hA+l⨯P-

2R

其中：

H： 曲线上任意一点高程

hA: 曲线上切点A处的高程

R： 曲线半径

l： 曲线上任一点至切点A 的里程

P： 坡度

缓和曲线公式：

l5

X=l-40R2l02

l3l7el Y= -+336Rl0336Rl0l0

其中：

l: 缓和曲线任意一点至ZH（或HZ）点的曲线距离

l0： 缓和曲线长度

R： 半径（圆） e： e值

实测点与圆曲线偏差计算公式：

P=

X

n

-X圆心+Yn-Y圆心-R

2

2

此为在推进方向上左曲曲线的计算公式，在推进方向上右曲曲线的计算公式和上式相反

圆心

其中：

Xn,Yn 为实测点n的X,Y坐标

X圆心，Y圆心 为圆曲线的圆心坐标 R 为圆曲线半径

P 为n点与圆曲线轴线的偏离值

除了对盾构的姿态进行测量外，还要对管片测量，根据对应环的盾构姿态

及测得的管片与盾构的间隙变化，盾构采集管片左右两腰、管底及管顶的管片间隙，求出管片姿态（包括平面、高程偏差值，管片里程以及管片水平直径和竖直直径），并报出报表。 八、线形针对测量

针对本区间设计曲线半径较大、距离较短、坡度不是很大，施工测量难度较小，但为保证隧道顺利贯通，我们在测量方面仍将采取了针对性的保障措施，具体实施方法如下：

1、杭发厂站出洞在缓和曲线（直线逐步变为半径1000米圆曲线）上，故在基座放样时要拟合一段直线，即以隧道中心15米处和洞门实测中心为方向直线延伸放样基座中心线，当盾构推进至15米处切口偏离值为“0”。

2、在进行控制测量中要做到勤复测、勤复核，发现问题及时汇报处理。为保证管片姿态的良好，我们对每5环进行复测，数据及时上报监理和业主测量队进行复核，一旦发现问题及时进行处理。

3、加强盾构穿越各建（构）筑物时的姿态控制测量，要求井下测量人员，严密监测盾构姿态，及时与值班盾构司机保持联系，对地面监测人员要求加强监测频率，对监测数据及时进行分析和处理。保障盾构穿越房屋时地面沉降在允许范围内。

4、为了保障盾构顺利进洞，我们对每一条单线隧道要进行3次定向测量，在距离洞门100米处时进行最后一次定向，然后对所有定向成果进行加权改正分配，然后对洞门进行一次实测，实测结果及时报监理与业主测量队进行复核，对值班盾构司机进行交底让其按照洞门实测成果进行轴线控制。保障盾构进洞高程与平面偏移量在±50mm内。 九、仪器设备投入和人员配置

根据杭发厂站~人民广场站区间的工程规模及工期要求和我公司多年地铁施工经验，拟投入仪器设备和人员如下：

9.1、仪器设备

9.2、人员配备

对于本工程施工测量控制，我公司拟投入具有地铁测量经验的工作人员六名，见下表：

十、竣工测量

结构竣工时应进行全面的竣工测量，并提交竣工成果，包括： 1、加密平面控制点坐标成果表及网图；

2、车站、线路桩点的里程、设计坐标、实测坐标和高程成果表； 3、中线纵、横断面测量成果图； 4、定线桩点（车站、线路）位置平面图；

5、穿越测量及建（构）筑物的桩位坐标、高程成果； 6、技术工作报告； 7、以上资料的电子文件； 8、技术设计书。 十一、保证措施

1、所用测量仪器使用前均经过专业部门检查规定，合格后使用。

2、测量人员必须掌握仪器的正确使用和养护方法，严格按照操作规范进行使用。

3、仪器安置后必须有人看护，以防施工人员因不慎而损坏机器。 4、一定要按有关“规范”的要求进行测量，不合格的资料和数据决不采用，数据不合格必须重测。

5、测量记录要工整、清楚，不得随意涂改。

6、现场施测后，必须对现场施工员交底，交底要做到详实、清楚。 7、内业资料由专人负责整理，现场放样数据必须要进行复核计算，现场计算必须经过两名测量人员复核方可应用。

8、所有测量成果均需监理工程师复核无误后方可使用。

目 录

一、编制依据........................................................................................................... - 1 - 二、工程概况........................................................................................................... - 1 -

2.1、工程位置................................................................................................... - 1 - 2.2、设计情况................................................................................................... - 1 - 2.3、技术标准................................................................................................... - 2 - 三、施工测量流程................................................................................................... - 2 - 四、施工平面控制测量........................................................................................... - 2 -

4.1、施工平面控制网的布置原则................................................................... - 2 - 4.2、平面控制网建立....................................................................................... - 3 - 五、施工高程控制测量........................................................................................... - 3 -

5.1、施工高程控制网布置原则....................................................................... - 3 - 5.2、高程控制网的建立................................................................................... - 3 - 六、各分部、分项工程的施工测量控制............................................................... - 4 -

6.1、建立地面控制网....................................................................................... - 4 - 6.2、端头井联系测量....................................................................................... - 4 - 6.3、地下控制测量........................................................................................... - 4 -

6.3.1. 地下导线测量.................................................................................. - 4 - 6.3.2. 地下水准测量.................................................................................. - 5 - 6.4、盾构施工测量........................................................................................... - 5 - 6.5、洞门圈及盾构基座放样........................................................................... - 6 - 6.6、盾构标志制作及程序编制....................................................................... - 7 - 6.7、盾构贯通测量........................................................................................... - 8 - 6.8、测量检测限差........................................................................................... - 8 - 七、盾构姿态日常测量........................................................................................... - 8 - 八、线形针对测量................................................................................................. - 11 - 九、仪器设备投入和人员配置............................................................................. - 11 -

9.1、仪器设备................................................................................................. - 12 - 9.2、人员配备................................................................................................. - 12 - 十、竣工测量......................................................................................................... - 12 - 十一、保证措施..................................................................................................... - 12 -