盾构测量作业指导书.docx

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盾构测量作业指导书

十二盾构测量作业指导书

1适用范围

本指导书适用于盾构自带SLS激光自动导向系统的测量作业。

目前国内比较常用的SLS激光自动导向系统有德国的VMT导向系统和英国的ZED导向系统，两者的工作原理相同，只存在部分的操作方面的差别。

2作业准备

2.1成立专门的测量组织机构

2.2按照公司工程测量管理办法制定项目部详细的测量管理制度

2.3对业主提供的平面和高程控制网复测，建立施工导线和高程控制点，并报有关部门审批通过。

2.4准备好测量所需仪器（全站仪、脚架、对中器、手电筒、记录本、冲击钻、膨胀螺栓、顶台等）。

3技术要求

3.1、根据工程的施工工序，测量工作分为七个主要阶段：

⑴施工前的准备工作，平面和高程控制网复测

⑵地面控制和施工测量

⑶联系测量

⑷地下控制和施工测量

⑸盾构测量

⑹贯通测量

⑺竣工测量

3.2、车站施工控制测量工作，首先对业主与设计院提交的平面和高程控制网的控制点进行复测，建立施工导线和高程控制网，加密施工导线和高程控制点，测量数据整理后上报审批。

盾构进场后用已审批的测量数据对盾构进行施工测量。

⑴对业主提交的控制点均需按同精度进行复测，检测限差必须满足如下要求：

导线点的坐标互差≤±12mm；高程点的高程互差≤±3mm；导线边的边长互差≤±8mm；若检测成果超限，必须重测，若第二次检测成果仍旧超限，马上上报公司精测队进行第三次检测，若仍旧超限，立刻上报监理。

⑵施工加密控制网要求:

因地面施工测量中,所有测量放点工作的基准主要以施工加密点为主,故导线和高程布网应具有稳定可靠性。

导线布网可根据现场情况布设成附合导线、闭合导线、具有复核条件的边角自由网、双导线等；水准网可布设成附合线路、闭合水准路线或结点网。

3.3、盾构机掘进的前期测量工作，其主要工作内容是地面上平面和高程控制测量、竖井联系测量。

3.4、隧道的贯通误差设计

按《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）的有关规定，隧道在任何贯通面上的贯通中误差：

m横≤±50mm，m竖≤±25mm。

隧道的贯通误差主要是三部分组成：

横向贯通中误差m横；竖向贯通中误差m竖；纵向贯通中误差m纵。

纵向贯通中误差是由距离测量引起，对贯通面在距离上的影响可以不考虑，只对横向贯通中误差m横和竖向贯通中误差m竖进行分析。

3.5、根据对隧道误差的组成分析和《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）对明挖车站、盾构法区间隧道的有关规定要求采用以下方案实施：

（a）平面控制网

⑴地表控制网：

在业主提交的首级GPS点、二级精密导线点的基础上建立施工导线控制网，施工导线控制网按城市轨道交通工程平面控制网的二等网（即:

精密导线网）设计，其测量技术要求与国家和城市现行规范中的四等导线基本一致,主要是缩短了导线总长度和导线边长,提高了点位精度。

施测导线的技术要求按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）中表3.3.1。

⑵联系测量：

采用一井、两井定向法或导线直接传递测量法。

⑶地下控制网：

以联系测量定向边为基边，洞内导线点尽量沿线路中线布设，并组成多边形闭合导线或主副导线环，导线控制网按城市轨道工程平面控制网的二等网设计，施测导线的技术要求同上⑴。

（b）高程控制网

⑴地表控制网：

在业主提交的首级水准控制点的基础上建立城市轨道交通工程水准控制网的二等施工水准控制网，施测水准的技术要求按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）中的表4.1.4和4.2水准测量有关规范。

⑵联系测量：

用悬挂钢尺法，施测应符合《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）9.7.3和9.7.4及9.7.5有关要求。

⑶地下控制网：

按照城市轨道交通工程水准控制网的二等施工水准控制网设计，以联系测量水准点为基准，与洞内导线点组成闭合水准网，洞内水准点大概每160米布设一个点，埋点时条件允许的情况下尽量利用地下导线点标记做为新的水准点标记，测量精度指标要求按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）中的表4.1.4和4.2水准测量有关规范。

4施工程序与工艺流程

4.1控制网复核与加密

按照招标文件的要求及《地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-2007）的规定，施工前，首先对业主交接桩时提供工程范围测区有关GPS点、加密导线点、精密水准点、水准点等进行复测并完善，维持其可靠和可用，为了施工方便，根据现场具体情况在车站范围内加密地面控制点并维持其可靠和可用。

4.2平面控制测量

4.2.1导线控制点布设要求

根据业主提供的首级控制GPS点、精密导线点，在施工场地范围内加密布置施工测量导线控制点。

测量点位布置要求如下：

1、点位附近不宜有散热体、测站应尽量避开高压电线等强电磁场的干扰。

2、相邻点间的视线距离障碍物的距离以不受旁折光影响为原则。

3、相邻边长不宜小于长边的1/2，个别短边的边长不应小于100米。

4、GPS控制点与相邻精密导线点间的垂直角不应大于30°,视线离障碍物的距离不应小于0.5m，避免旁折光的影响。

5、每个导线点应保证两个以上的后视方向，点位选择应能控制地铁线路和岔道井位置，导线点埋设应避开施工可能影响的范围，导线点应方便使用，利于长期保存。

6、点位埋设：

用砼包钢筋头，然后在钢筋头上锯刻十字丝中心表示点位，导线边长300~400m，布设成附合导线或导线网，必须附合在两个GPS点或精密导线点上。

在盾构始发、接头的车站工作井附近，将点位布设成为强制归心标的形式。

7、车站地面导线加密点布置成闭合导线网形式，控制区域为整个监测区，点位布设成强制归心标形式，以提高测量质量，具体布设情况将在施工前根据现场条件进行布设。

4.2.2导线网测量要求

1、外业按城市轨道交通工程平面控制网的二等网（精密导线网）精度施测，水平角采用全圆测回法观测6测回（测角精度不低于2.5″），往返观测距离各2个测回，单向测距4次并加入气象、仪器加、乘常数改正（测距精度不低于1/60000）。

2、当精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″。

3、水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。

4、精密导线测量的主要技术要求应符合下表中的规定。

表1精密导线测量的主要技术要求

4.2.3观测成果处理

1、附合导线或导线环的角度闭合差，不应大于下式计算的值。

Wβ=±2mβ×√n

2、导线网方位角闭合差计算的测角中误差应按下式计算：

式中：

fβ为附合导线或闭合导线环的方位角闭合差；n为计算f时的角度个数；N为附合导线或闭合导线环的个数。

3、平差

精密导线应采用南方平差易严密方法平差，并分析点位误差椭圆及相对点位误差椭圆，为下一步区间测量设计提供基础数据。

测量数据整理后上报审批。

4.3地面高程控制网

4.3.1水准点的选点布设

1、精密水准网应沿工程线路布设成附合路线、闭合路线或结点网。

车站附近应设置2个以上水准点。

2、精密水准点应选在离施工场地变形区外稳固的地方，墙上水准点应选在永久性建筑物上。

水准点点位应便于寻找、保存和引测。

精密水准点间距平均为300m。

3、精密水准标石和标志应按照规范要求埋设。

4、水准路线布设成附合水准路线，每300~400m设一个固定水准点。

按照城市轨道交通工程水准控制网的二等水准网的测量技术要求进行施测，精度指标每千米全中误差不大于±4mm/km，往返观测高差较差不大于±8√L，L为附合水准路线长度。

5、点位的选择离施工区域较近，不易受变形稳固的地方，或选择在永久性建筑物上。

水准点点位的选定便于寻找、保存和引测。

平面和高程控制网应进行定期检测，以保证点位的正确性及测量精度。

4.3.2高程控制网的观测

用莱卡NA2水准仪加平板测微器及配套铟瓦尺（标称精度0.3mm/km）按往返附合法进行测量，前后视距大致相等，前后视距累积差不大于4m。

1、精密水准测量的观测方法如下：

往测奇数站上为：

后——前——前——后

偶数站上为：

前——后——后——前

返测奇数站上为：

前——后——后——前

偶数站上为：

后——前——前——后

2、每一测段的往测与返测，宜分别在上午、下午进行，也可以在夜间观测，由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。

3、精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高不应超过下表规定。

表2：

精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高的要求（m）

4、精密水准测量测站观测限差不得超过下表规定。

表3：

精密水准测量的测站观测限差（mm）

5、精密水准测量的主要技术要求应符合下表规定。

6、两次观测高差

超限时应重测。

当重测成果与原测成果比较，其较差均不超过限值时，应该取两次成果的平均数值。

4.3.3观测成果处理

1、精密水准测量的内业计算，应符合下列规定：

每千米水准测量的高差偶然中误差应按照下式计算：

式中：

M△为每千米中数高差偶然中误差（㎜）；L为水准测量的测段长度（Km）；△为水准路线测段往返高差不符值（㎜）；N为往返测的水准路线的测段数。

2、水准网的数据处理应采用严密平差，以业主提供的水准点作为已知点，采用强制附合平差，并应计算每千米高差偶然中误差、最弱点高程中误差。

3、测量数据整理后上报审批。

4.4联系测量

4.4.1联系测量的概念、目的

将地面的平面坐标系统和高程系统传递到地下，使地上地下能采用同一个坐标系进行的测量工作。

联系测量包括平面联系测量与高程联系测量，即定向和导入高程。

4.4.2联系测量的任务

1、地下全站仪导线起算边的坐标方位角；

2、确定地下全站仪导线起算点的平面坐标X和Y；

3、确定地下水准点的高程

4.4.3地面近井点测量

1、地面近井点包括平面和高程近井点，应埋设在井口附近便于观测和保护的位置，并标识清楚；

2、地面近井点应按《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）第三章精密导线网测量技术要求施测，最短边长不小于50m，近井点的点位中误差不大于±10mm；

3、高程近井点利用业主提交的首级水准控制点的基础上按照城市轨道交通工程水准控制网的二等水准点直接测定，并构成附合、闭合水准路线。

高程近井点按《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）第四章二等水准测量技术要求施测。

4.4.4定向测量

地铁施工规定，在任何贯通面上，地下测量控制网的贯通中误差，横向不超过±50㎜，竖向不超过±25㎜。

联系定向测量主要有一井定向（联系三角形定向）、两井定向、铅垂仪陀螺经纬仪联合定向、导线定向四种方式。

其中铅垂仪陀螺经纬仪联合定向和一井定向对场地要求较高，准备工作做起来也相当繁琐，故联系定向测量中很少使用此两种方法。

一般都采用导线定向和两井定向，用导线定向精度最好且最方便，但是用导线定向受始发井的长度和深度制约，盾构区间施工期间一般也很少用，在明挖车站施工时，可经常使用此种方法控制车站底板、中板的平面施工。

用两井定向受地面及洞内各种因素的制约要少，很方便，精度也很有保证。

综合项目标段的施工场地条件等相关因素，选用正确的联系测量方法。

4.4.4.1一井定向（联系三角形定向）

1、悬挂的两根钢丝间距不小于5m，应尽可能长。

定向角α宜小于1°，呈直伸三角形，b/a和b’/a’的比值控制在1.5内。

2、选用φ0.3mm的钢丝，在下部悬挂质量为10kg的重锤，为了减少钢丝的摆动使之静止，将重锤浸在具有一定稠度的油里或具有阻尼的液体中。

两根钢丝间的距离用经检定合格的钢尺量取，估读至0.1mm，应独立测量三测回，每测回往返三次读数，各测回间的较差：

在地上应小于0.3mm；在井下应小于1.0mm；。

在井上和井下测量同一条边的较差应小于2.0mm。

钢尺丈量时应施加钢尺鉴定时的拉力，并进行倾斜、温度、尺长改正。

距离测量也可以用全站仪加反射片测得。

3、使用标称精度1″，1mm+1.5ppm），用全圆测回法观测6测回，测角中误差应在±2.5″之内。

4、每次定向应独立进行三次，推算出来的地下起始边方位角的较差应≤±12″，方位角平均值中误差≤±8″。

4.4.4.2两井定向

采用两井定向联系测量时,两钢丝间距离应大于60m,特殊情况不得小于30m。

1、采用地面上的精密导线点，来测量近井点的坐标，按精密导线同等精度来测量近井点坐标，进行两井定向的测量。

在车站两端头预留的始发井口处各挂一根钢丝（在通视等条件允许的情况下，可在两个预留井口各挂两根钢丝来加强传点精度），同时测定地下起始边的方位角。

近井点应与精密导线点构闭合图形。

2、按联系三角形测量的技术要求进行测量，使用LeicaTCR1201+R400型全站仪（标称精度：

测角1〃、测距（1+1.5ppm）mm）角度观测6个测回，距离测量在钢丝上贴反射片测量4测回，每测回间较差不大于2mm。

每次定向应独立进行三次，推算出来的地下起始边方位角的较差应小于≤±12″，方位角平均值中误差≤±8″。

3、在条件允许的情况下，在车站底板上最好投四个点，保证始发井两端附近都各有两个平面控制点，且尽量保证每次联系测量投点时都投在这四个点上，以便取多次联系测量的加权平均值做为最终的始发控制点坐标。

4.4.4.3导线直接传递测量

1、导线直接传递测量应按《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）第3.3节精密导线测量有关技术要求进行（即表1精密导线测量的主要技术要求）。

2、导线直接传递测量应独立测量两次，地下定向边方位角互差应小于±12″，平均值中误差为±8″。

3、导线直接传递测量应符合下列要求：

（a）宜采用具有双轴补偿的全站仪（莱卡1202+R400即可满足要求）；

（b）垂直角应小于30°;

（c）仪器和觇牌安置宜采用强制对中或三联脚架法；

（d）测回间应检查仪器和觇牌气泡的偏离情况，必要时重新整平。

4、导线边必须对向观测至少一个测回。

4.4.5高程联系测量

联系高程测量主要内容是将地面的高程系统传入井下的高程起算点上。

用悬挂钢尺的办法，钢尺需经检定合格，在地面上选好挂钢尺的固定位置系好钢尺，在钢尺的下端挂上钢尺在检定时的标准拉力的重物，井上和井下各安置一台水准仪同时读取在钢尺上的读数。

在进行高程传递的过程中每测回均独立观测，测回间应变动仪器高度不小于20cm，每次应观测三测回，三测回测得地上和地下的高程之差不大于3mm。

三测回测定的高差应加入钢尺的温度和尺长改正。

高程传递联系测量示意

4.5地下控制测量

4.5.1导线控制测量

在隧道掘进150m、隧道全长的300~400m时、接近贯通面150~200m时必须进行一次包括联系测量在内的地下导线全面复测。

1、隧道洞内导线控制测量按城市轨道交通工程平面控制网的二等网技术要求技术要求施测。

测角中误差mβ=±2.5″，导线角度观测6测回，边长往返观测各2个测回，边长往返平均值较差≤±4mm，导线测角中误差≤±2.5″，测距中误差±3mm。

2、使用莱卡TCR1202+R400全站仪（标称精度2″，2+2ppm）进行施测，为了减少仪器的对中误差，导线点采用观测桩强制对中；或在每两测回间采取变换棱镜120°方向对中置平（即一个测站上六个测回共变换三次，刚好旋转360°）。

3、点位埋设：

在隧道内的一侧埋置观测桩，桩顶预埋钢板，中心焊上仪器的连接螺栓。

观测桩规格为30×30×100cm，测量时直接将仪器置于观测桩上整平。

点位埋设在隧道的一侧不受运输车辆和施工的影响，保证点位的稳定性。

沿隧道尽量布设成直伸形的支导线，导线转角接近180°导线平均边长150m~180m，各项目部根据最小曲线半径确定最短边长。

4、控制网按照城市轨道交通工程平面控制网的二等网技术要求进行施测，角度测量6测回，边长对向观测2测回，边长测距较差≤±4mm，测角中误差≤±2.5″。

5、测量方法：

前后视点均采用基座置棱镜对点，用LeicaTCR1202+R400全站仪（标称精度：

测角2″，测距2+2ppm）观测6个测回，左、右角各三测回，左、右角平均值之和与360°的差≤±4″，导线边长采取对向观测各2测回。

6、内业资料处理用南方平差易软件进行严密平差。

4.5.2高程控制测量

隧道高程起算点为高程联系测量至车站结构底板的水准点（起算水准点至少2个，便于检校、复核），由于结构刚刚竣工正处于沉降观测期间，所以水准点应定期检测，在隧道掘进至150m和300~400m以及接近贯通面150~200m时必须进行包括高程联系测量在内的全面复测。

1、地下水准点的布设因环境条件狭小，运输车辆干扰大，因此水准点的布设与导线点重合，导线点的钢筋头打磨成半圆球形，便于水准标尺的设立。

2、地下水准控制点用LeicaNA2水准仪配套铟瓦尺进行施测，按照城市轨道交通工程水准控制网的二等水准网标准进行控制。

3、洞内水准点每大概160米布设一个点，测量精度指标要求：

每千米全中误差≤±4mm/km，往返观测高差的较差≤±8√L，L为往返测段的水准路线长度。

4.6盾构施工测量

4.6.1盾构法掘进隧道施工测量控制

采用激光自动导向系统全程监控，盾构隧道可根据使用目的确定偏差的允许值。

因为管片在盾尾内组装，所以管片的设置位置可以认为与盾构机的轨迹基本一致。

所以在盾构推进过程中，把偏离量控制在允许范围内，即盾构只能按设计路线推进。

盾构法掘进隧道施工测量包括盾构机始发架定位测量、盾构机始发姿态测量、隧道内导线测量和衬砌环片检测。

其测量方法如下：

a）盾构机始发架定位测量

开始先利用联系测量将测量控制点传递到盾构井中，并利用测量控制点测设出线路中线点和盾构机始发架安装时所需要的测量控制点。

测设值与设计值较差小于3mm。

安装盾构导轨时，测设同一位置的导轨方向、坡度和高程与设计值的较差小于2mm。

b）盾构机始发姿态测量

盾构机始发姿态测量的目的是为了获得ZED系统中激光靶中心与盾构机轴线的三维关系。

盾构机尾部有许多空间点，这些点与盾构机轴线的三维关系在盾构机出厂前已经由厂家给出。

盾构机在始发架上组装完成后，由人工测量盾尾空间点的三维坐标，经过计算可以得到盾构机的轴线的空间位置，然后再和ZED系统测出来的空间位置进行比较，即可得到激光靶与盾构机轴线的三维关系。

c）隧道内导线测量

洞内导线点施测方法与一般导线点测量方法一样。

首先从洞口向隧道内布设多边形闭合导线环，角度采用全站仪观测6个测回取平均，距离采用往返测距，正倒镜测3次。

在角度闭和差控制在小于等于4√N秒（N表示多边形的边数）的前提下，对闭和导线环进行平差。

d）衬砌环片检测

环片平面位置测量方法：

用3米长、中间位置带测距头的木尺，两头抵在环片内侧，用水平尺抬平后，用全站仪直接测量其坐标，然后在CAD隧道平面图上量出环片中心到隧道设计中心的距离即为衬砌环片水平偏差。

环片高程检测采用水平仪直接测量环片最低处标高的方法检测。

平面位置允许偏差±5cm，高程位置允许偏差±10cm。

测量频度：

为了尽量减少盾构机的偏离，通常掌握偏离幅度最为重要。

为此，希望每推进十环测量一次。

由于盾构机的重心位置受盾构机的固有缺点、土质变化等因素的影响，盾构机的偏离无法预测。

要想掌握每台盾构机的偏离特性，只能提高测量频度。

对中、大口径盾构而言，通常把测量仪器设置在后方台车的上部、无论何时均可测量。

对小口径盾构而言，因为确保该设备的设置在空间上较困难，所以测量频度少。

这种场合下，应针对施工条件，同时并用其他测量方法进行核校补充。

4.6.2盾构推进测量

盾构推进测量以激光自动导向系统为主，辅以人工测量校核。

a）激光导向系统

激光导向系统能够全天候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差，主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态。

该系统主要组成部分有ELS靶、激光全站仪、后视棱镜、工业计算机等。

b）人工测量复核（人工移站）

激光指示系统有效工作范围为100m，但由于测量方便，盾构平均每掘进50m就需要人工将激光站与后视标靶前移。

为了保证导向系统的工作的稳定性、确保盾构机沿着正确的方向掘进，在激光站人工前移动的同时对SLS-T导向系统的数据进行人工测量校核，既人工测量激光站坐标与后视标靶坐标，与导向系统测量的坐标相比较，进行仔细复核，然后在操控室下达新的盾构掘进指令，开始下一段（平均每50米一段）盾构掘进。

ZED导向系统操作界面

VMT控制操作界面

4.7贯通测量

盾构完成区间盾构掘进后，联测地上、井下导线网、水准网，并进行平差，为精密铺轨提供具有一定精度和密度的导线点与水准点。

a）平面贯通测量

在隧道贯通面处采用坐标法从两端测定贯通点坐标差，并分别投影到线路和线路的法线方向上，求得横向误差和纵向误差进行评定。

b）高程贯通测量

用水准仪从贯通面两端测定贯通点的高程，其误差即为竖向贯通误差。

4.8与邻近合同段接口的联系测量

对于车站及区间预留的接口，施工前要对这些位置轴线、高程与有关部门进行确认，并进行与对方控制网的复核测量，以保证接口的正确连接。

4.9施工控制测量成果检查与检测

检测均应按照规定的同等级精度作业要求进行，及时地提出成果报告，一般检测互差应小于2倍中误差，可用原测成果，若大于该值或发现偏差，应由监理会同监理部采取专项检测来处理。

检测地面、隧道内导线的坐标互差≤±12mm，≤±20mm；检测地面、隧道内高程点的高程互差≤±3mm，≤±5mm；检测隧道内导线起始边（基线边）方位角的互差≤±10″；检测相邻高程点互差≤±3mm；检测导线边的边长互差≤±8mm。

4.10竣工测量

在隧道贯通后，对地下导线进行平差计算，并以此为基础进行隧道净空断面测量。

以施工图的设计线路中线点为测基准线，线路如需变更应以调整的线路中线点为测量基准线，进行隧道结构净空断面和高架线路结构横断面测量。

横断面方向，必须与线路方向垂直，曲线地段必须与该曲线点的切线方向垂直，垂直度要求不大于90°±5′。

隧道断面测量成果以报告形式上报。

其要求有：

洞内断面底板面处线路中心点坐标、高程。

直线段只提供控制点坐标，每两个控制点宜小于50m。

曲线提供每个断面的坐标、高程。

其内容包括：

测量方法、测量位置描述、仪器、时间、成果精度及编制的最终断面测量成果。

工程结束后经过业主第三方测量单位复测合格后导线点以及高程点，组织测量人员对隧道净空、隧道中线及高程进行检测。

单位工程完工后，恢复中线控制桩，加密中线桩，进行断面测量，并将测量资料报监理单位。

工程竣工后，按以下要求移交足够数量的合格控制点：

a）导线点（中线点）为砼标石，内有100mm×100mm×10mm大小的钢板，镶直径2mm、深为6mm的铜丝标志。

水准点标志采用圆形圆头铜质，长50cm，直径1.5