隧道施工方法-盾構(gòu)法施工之施工測量與監(jiān)測（隧道施工課件）

施工測量與監(jiān)測本次課內(nèi)容及學習目標盾構(gòu)隧道施工測量的目的是保證隧道掘進和管片拼裝按隧道設(shè)計軸線施工，是建立隧道貫通段兩端地面控制網(wǎng)之間的直接聯(lián)系，是將地面上的坐標、方位和高程適時地導(dǎo)入地下聯(lián)系測量，作為后續(xù)工程(鋪軌、設(shè)備安裝等）的測量。CONTENTS目錄施工前期測量工作建立地面控制網(wǎng)豎井聯(lián)系測量地下控制測量盾構(gòu)掘進施工測量盾構(gòu)貫通測量地表沉降監(jiān)測及控制措施施工前期測量工作對業(yè)主所交的水平控制網(wǎng)的點位和高程控制網(wǎng)的水準點,在開工前應(yīng)復(fù)測一次水平控制網(wǎng)的點位主要有兩部分組成,一部分是GPS控制點;另一部分是加密的導(dǎo)線點。導(dǎo)線點與其旁邊所做的附點組成閉合導(dǎo)線環(huán)進行復(fù)測,開工前復(fù)測一次以后根據(jù)施工進度在復(fù)測洞內(nèi)控制點時進行復(fù)測,或根據(jù)現(xiàn)場需要組織復(fù)測。高程控制網(wǎng)的水準點,開工前復(fù)測一次,以后根據(jù)施工進度在復(fù)測洞內(nèi)控制點時進行復(fù)測,或根據(jù)現(xiàn)場需要組織復(fù)測。（1）交樁復(fù)核測量施工前期測量工作如圖表10-1課本160頁（2）儀器安裝及配備建立地面控制網(wǎng)平面控制網(wǎng)測量高程控制網(wǎng)測量地面控制測量建立地面控制網(wǎng)一、地面控制測量控制網(wǎng)布置應(yīng)了解工程已有控制網(wǎng)的現(xiàn)狀、坐標和高程系統(tǒng)、布網(wǎng)方法、布網(wǎng)層次和精度等狀況,并對本施工段測量控制點分布的合理性、可靠性等通過踏勘和檢測做出評價(交接樁前,然后對設(shè)計院或業(yè)主提供的控制點進行復(fù)測),選擇適宜的坐標、高程起算控制點,制訂合理的盾構(gòu)施工控制測量方案。因施工現(xiàn)場條件限制,可布設(shè)獨立施工平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。有條件時該網(wǎng)應(yīng)與當?shù)乜刂凭W(wǎng)聯(lián)測,建立明確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。同時應(yīng)注意采用的坐標系統(tǒng)(國家或地方)。建立地面控制網(wǎng)盾構(gòu)施工平面控制網(wǎng)一般分兩級布設(shè),首級為GPS控制網(wǎng)、二級為精密導(dǎo)線網(wǎng)。在滿足精度要求的情況下可采用其他方法布網(wǎng)。施工路線長度較短時,可次布網(wǎng)。盾構(gòu)施工平面首級GPS控制網(wǎng)應(yīng)在已有的國家二等三角網(wǎng)或B級GPS控制網(wǎng)下布設(shè)。精密導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)在C級GPS控制網(wǎng)或國家三等三角網(wǎng)下擴展。建立地面控制網(wǎng)二、高程控制測量盾構(gòu)施工高程控制網(wǎng)應(yīng)在已有的國家二等水準網(wǎng)下一次布設(shè)全面網(wǎng)。盾構(gòu)工高程控制網(wǎng)可采用精密水準等測量方法一次布設(shè)全面網(wǎng)。當水準路線跨越江河、湖塘視線長度小于100m時,可采用一般方法進行觀測,大于100m時,應(yīng)進行跨河水準測量?？绾铀疁蕼y量可采用光學測微法傾斜螺旋法經(jīng)緯儀傾角法和測距三角高程法等,其技術(shù)要求應(yīng)執(zhí)行國家一、二等水準測量規(guī)范。豎井聯(lián)系測量地面近井導(dǎo)線測量和近井高程測量、工作井定向測量和導(dǎo)入高程測量以及地下近井導(dǎo)線和近井高程測量。聯(lián)系測量內(nèi)容應(yīng)包括豎井聯(lián)系測量二、高程傳遞采用懸吊鋼尺（已檢定）法一、平面坐標傳遞三角測量方法脫落坐標傳遞法采用聯(lián)系三角形法、陀螺儀與垂準儀組合定向法精度要求根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求。豎井聯(lián)系測量特點地面近井導(dǎo)線和近井高程路線應(yīng)采用附和路線形式,利用最近的導(dǎo)線點為基點,采用邊角三角形測量,在隧道兩端各引測至少5個導(dǎo)線點,水準點不少于3個。地下應(yīng)理設(shè)永久近井點。近井導(dǎo)線點不應(yīng)少于3個,點間邊長宜大于50m。近井高程點不應(yīng)少于2個。各類點間應(yīng)構(gòu)成檢核條件。在一個貫通區(qū)間始發(fā)井聯(lián)系測量應(yīng)不少于3次,在隧道初始掘進50~100m及貫通前200m應(yīng)進行聯(lián)系測量定向測量若采用陀螺儀與垂準儀聯(lián)合定向方法,其定向精度取決于陀螺儀本身的定向精度。豎井聯(lián)系測量該方法的特點是：陀螺儀定向以前的各個環(huán)節(jié)的方向測量誤差不累計,垂準儀投點誤差比較大,但其作為一個誤差常量影響貫通誤差。地下控制測量地下控制測量應(yīng)包括地下導(dǎo)線測量、施工控制測量導(dǎo)線測量和地下施工水準測量、施工控制水準測量。地下控制測量一、控制網(wǎng)布設(shè)地下控制測量起算點必須采用直接從地面通過聯(lián)系測量傳遞到井下的平面和高程控制點,一般地下平面起算點不應(yīng)少于3個,起算方位邊不應(yīng)少于2條,起算高程點不應(yīng)少于2個。每次延伸地下控制導(dǎo)線和控制水準,應(yīng)對已有施工控制點進行檢測,檢測點如有變動應(yīng)剔除,并選擇其他穩(wěn)定點進行了延伸測量地下控制測量二、平面坐標測量一般直線隧道平均邊長150m,曲線隧道平均邊長60m；01采用DJ2全站儀施測,左、右角各測兩測回,左、右角平均值之和與360°較差應(yīng)小于6''02導(dǎo)線點橫向中誤差應(yīng)滿足下列要求：m橫≤m中×4l/5L(mm)03地下控制測量m橫——導(dǎo)線點橫向中誤差；式中:m中——貫通中誤差；I——導(dǎo)線長度，m；L——貫通距離地下控制測量水準控制測量技術(shù)要求04（1）水準點宜按每200m間距設(shè)置一個（2）水準點可利用導(dǎo)線點標石,也可埋設(shè)墻上標志（3）精密水準測量的主要技術(shù)要求與地表控制測量相同地下控制測量三、測量精度要求城市軌道交通工程地下平面控制的測量時指導(dǎo)隧道施工沿著設(shè)計給出的軸線掘進，達到貫通，并使貫通測量誤差在±50mm以內(nèi)所進行的平面控制測量工作。根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB50308--2008）規(guī)定。地下控制測量四、地下水準測量地下高程控制測量是以通過豎井傳遞至地下的水準點為高程起算依據(jù),采用水準測量方法,沿掘進方向布設(shè)水準點,并確定隧道、設(shè)備在豎直方向的位置和關(guān)系的工作。盾構(gòu)掘進施工測量一、盾構(gòu)掘進施工測量的主要內(nèi)容盾構(gòu)掘進施工測量的工作貫穿于三個階段，即盾構(gòu)始發(fā)前的測量工作、盾構(gòu)掘程中盾構(gòu)姿態(tài)和管片安裝測量及盾構(gòu)接收測量。盾構(gòu)始發(fā)工作井建成后,通過聯(lián)系測量方法將坐標和高程傳遞到工作井的近井點上,并作為井下測量工作的起算數(shù)據(jù)。測量前應(yīng)對這些起算數(shù)據(jù)進行復(fù)測檢查,確保起算數(shù)據(jù)正確。

1、盾構(gòu)始發(fā)前的測量工作內(nèi)容盾構(gòu)掘進施工測量盾構(gòu)基座定位測量與檢測。01反力架定位測量與檢測。02

(1)盾構(gòu)基座和反力架定位測量與檢測利用井下近井點進行盾構(gòu)基座和反力架的定位測量,測量放樣的軸線和點位標志清楚,放樣后要進行檢核測量,確保放樣數(shù)據(jù)正確。盾構(gòu)掘進施工測量預(yù)留洞門鋼圈位置測量同樣可使用全站儀并采用極坐標法進行測設(shè)。測設(shè)完成后應(yīng)對安裝好的工作井預(yù)留洞門鋼圈安裝位置和尺寸進行檢測，其安裝位置和尺寸應(yīng)滿足始發(fā)要求。

2、預(yù)留洞門鋼圈位置測量盾構(gòu)掘進施工測量二、盾構(gòu)掘進過程中盾構(gòu)姿態(tài)和襯砌環(huán)安裝測量1、盾構(gòu)要態(tài)和村動環(huán)安裝測量內(nèi)容盾構(gòu)姿態(tài)測量主要內(nèi)容包括盾構(gòu)的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉(zhuǎn)角及切口里程。01襯砌環(huán)安裝測量在盾尾內(nèi)完成管片拼裝和襯砌環(huán)完成壁后注漿兩個階進行。第一階段，在盾尾內(nèi)管片拼裝成環(huán)后測量盾尾間隙;第二階段，在襯砌環(huán)后注漿和管片出車架后進行測量,測量內(nèi)容包括襯砌環(huán)中心坐標、底部高程、水直徑,垂直直徑和前端面里程。02盾構(gòu)掘進施工測量盾構(gòu)掘進過程中盾構(gòu)姿態(tài)和管片安裝測量,應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)是否安裝有自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)來確定測量方法。

2、盾構(gòu)掘進測量方法的選擇盾構(gòu)接收測量指構(gòu)到達接收井前，在接收并內(nèi)應(yīng)完成的測量工作，主要內(nèi)容包括預(yù)留洞門鋼圈位置測量、盾構(gòu)基座位置測量等。

3、盾構(gòu)接收測量盾構(gòu)接收測量方法和技術(shù)要求與盾構(gòu)始發(fā)前的相關(guān)測量工作基卡相同。盾構(gòu)掘進施工測量三、盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)簡介現(xiàn)代新型的盾構(gòu)都裝備有可選的成套測量與控制系統(tǒng)，既自動導(dǎo)向系統(tǒng)，指導(dǎo)盾構(gòu)掘進施工。導(dǎo)向系統(tǒng)種類主要有四種:陀螺儀導(dǎo)向系統(tǒng)，德國VMT公司SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)、我國盾構(gòu)姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)以及英國ZED導(dǎo)向系統(tǒng)。優(yōu)點是適合長距離方向控制和快速運動物體;缺點是僅對方控制提供參考,精度偏低,需定時歸零,操作較繁復(fù),不給定三坐標量(X、Y、H)推進只起到有限的參考作用。

1、陀螺儀導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)掘進施工測量優(yōu)點是穩(wěn)定、可靠、實時、精度高；缺點是構(gòu)成復(fù)雜、維護量大、對人員要求高、進口價格相對昂貴。

2、德國VMT公司SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)利用高精度全自動化的測量機器人,采用同步跟進測量方式,精確測定盾構(gòu)上觀測點的三維坐標值,通過對盾構(gòu)剛體進行獨立解算,計算盾構(gòu)姿態(tài)。測量過程達到完全自動化和計算機智能控制,在盾構(gòu)推進過程中無需人工干預(yù),具有運行穩(wěn)定、精度高、適用性強等特點。

3、我國盾構(gòu)姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)盾構(gòu)掘進施工測量優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能穩(wěn)定可靠、實時連續(xù)測量等；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護量大、對人員要求高、進口價格相對昂貴、通視條件要求高。

4、英國ZED導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)掘進施工測量四、盾構(gòu)姿態(tài)和管片測定的基本要求盾構(gòu)姿態(tài)測量主要內(nèi)容包括盾構(gòu)的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉(zhuǎn)角及切口里程。目前多由自動測量系統(tǒng)完成,但要定期進行人工測量符合,測量頻率應(yīng)根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)精度確定。盾構(gòu)始發(fā)10環(huán)內(nèi),到達接收井前50環(huán)內(nèi)應(yīng)增加人工測率。以地下控制導(dǎo)線點和水準點測定盾構(gòu)測量標志點,測量誤差應(yīng)在士3mm以內(nèi)。襯砌測量應(yīng)在盾尾內(nèi)完成管片拼裝和襯砌環(huán)壁后漿兩個階段進行。村動測量的基本要求盾構(gòu)掘進施工測量五、人工進行盾構(gòu)姿態(tài)和管片安裝測量基本方法在盾構(gòu)掘進的過程中,對未安裝自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)的盾構(gòu),應(yīng)采用人工測量法進行盾構(gòu)姿態(tài)和管片安裝測量,對安裝自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)的盾構(gòu),在一定的件下也要采用人工測量方法進行盾構(gòu)姿態(tài)和管片測量,這是因為受所配置的盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)精度限制,超過一定距離測量精度不能滿足隧道施工對偏差控制的要求。加之隧道內(nèi)測量條件差,同時也是為了加強檢核,在每掘進一定的距離后必須采用獨立于自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)外的方法,對盾構(gòu)的姿態(tài)和位置進行檢核測量檢核測量時間間隔取決于盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)能夠指導(dǎo)隧道按測量精度和設(shè)計差要求進行掘進的距離。盾構(gòu)掘進施工測量采用人工測量方法進行盾構(gòu)姿態(tài)和管片安裝測量時,應(yīng)針對不同構(gòu)造盾構(gòu)的特點,制訂相應(yīng)的測量方案。測量方案中應(yīng)包括測量觀測標志點的設(shè)置位置、測量方法、盾構(gòu)姿態(tài)和管片偏差計算等。盾構(gòu)貫通測量一、貫通測量隧道貫通后應(yīng)進行貫通量，主要包括隨道的平面貫通測量和高程貫通測量。當兩相向開挖的道通后,應(yīng)及時進行平面貫通測量。貫通測量作業(yè)時，利用貫通面兩邊的已知控制導(dǎo)線點,在貫通面兩側(cè)設(shè)3個左右的導(dǎo)線點,并在貫通面附近設(shè)一點(臨時點也可),這些點與洞內(nèi)已知導(dǎo)線邊形成附和導(dǎo)線,按四等導(dǎo)線對邊角測量的有關(guān)要求測量貫通附和導(dǎo)線,外業(yè)資料滿足要求后,求算貫通是否滿是≤50mm的要求。

1、平面貫通測量盾構(gòu)貫通測量當兩相向開挖的隧道貫通后,應(yīng)及時進行高程貫通測量。高程貫通測量采用的方法及對儀器的要求與地下高程控制測量相同。按國標GB50308-1999對精密水準測量要求進行作業(yè),求出高程貫通誤差,判斷是否滿足≤士25mm的要求。

2、高程貫通測量盾構(gòu)貫通測量二、地面控制網(wǎng)復(fù)測圖10-18GPS網(wǎng)復(fù)測工作流程圖數(shù)據(jù)傳輸、存儲交接GPS測量地面裝、接受有關(guān)資料現(xiàn)場踏勘、熟悉GPS的有關(guān)資料制定GPS復(fù)測方案制定GPS測量方案依據(jù)計劃進行GPS外業(yè)觀測基線預(yù)處理通過是否滿足基線網(wǎng)精確要求是三維無約束自由網(wǎng)平差約束平差計算及精確評定技術(shù)總結(jié)及檢測成果書基線網(wǎng)處理未通過否刪除基線盾構(gòu)貫通測量三、接收井門洞中心位置測定接收井門洞中心位置測定的精度將直接影響貫通精度,它對貫通精度的影響是系統(tǒng)誤差,只要認真測定,其誤差可消除,豎井洞中心的測定可分下列3種。常規(guī)求豎井門洞中心法一般可這樣來進行,測量人員借助于測量工具(鋼尺),通過0°~180°、45~225°、90°-270°、135~315°對徑位置的四條直線交點而定

1、常規(guī)求豎井門洞中心法(簡稱八點法)盾構(gòu)貫通測量豎井門洞中心可采用坐標法來測定。該法借助于經(jīng)緯儀實地測量豎井左右圈切線之切點標志坐標,取中數(shù)求得中心之坐標來實現(xiàn),求定、測定一步到位。

2、坐標法測定門洞中心弦長取中法原理仍以幾何學為理論,將幾何原理和測量理論兩者有機結(jié)合起來,從圖形結(jié)構(gòu)上看具有一定準確度,從計算關(guān)系上看也比較嚴密,該法一直深受道測量技術(shù)人員的歡迎,弦長取中法也稱量弦取中掛垂法。

3、弦長取中法地表沉降監(jiān)測及控制措施一、沉井監(jiān)測1、監(jiān)測的目的認識各種施工因素對地表和土體變形的影響,以便有針對性地改進盾構(gòu)施工工藝和施工參數(shù),減小地表和土體變形,保證工程安全01預(yù)測施工引起地表和土體變形,根據(jù)地表變形發(fā)展趨勢和周圍建(構(gòu))筑物、地下管線沉降情況,決定是否需要采取保護措施,并為確定經(jīng)濟、合理的保護措施提供依據(jù)02地表沉降監(jiān)測及控制措施檢查施工引起的地表沉降和建(構(gòu))筑是否超過允許范圍,并在發(fā)生環(huán)境事故時提供仲裁依據(jù)03為研究地層、地下水、施工參數(shù)和地表和土體變形的關(guān)系積累數(shù)據(jù),為研究地表沉降與土體變形的分析預(yù)測方法等積累資料,并為改進設(shè)計提供依據(jù)04地表沉降監(jiān)測及控制措施2、主要監(jiān)測項目確定監(jiān)測項目考慮的因素有工程地質(zhì)與水文地質(zhì)01隧道埋深、直徑、盾構(gòu)施工方法02雙線隧道的間距或鄰近建筑物情況03設(shè)計提供的變形及其他控制值（如圖）04地表沉降監(jiān)測及控制措施地表沉降監(jiān)測及控制措施3、監(jiān)測控制基準的確定控制基準確定原則監(jiān)測控制基準值在監(jiān)測工作實施前，由建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工、市政、監(jiān)測等相關(guān)部門共同確定，列入監(jiān)測方案。01有關(guān)結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)測控制基準值應(yīng)滿足設(shè)計計算中對強度和剛度的要般應(yīng)小于或等于設(shè)計值。02有關(guān)環(huán)境保護的控制基準值,應(yīng)考慮被保護對象(如建筑物、地下工程線等)主管部門所提出的確保其安全和正常使用的要求03地表沉降監(jiān)測及控制措施監(jiān)測控制基準值的確定應(yīng)具有工程施工可行性,在滿足安全的前提下考慮提高施工速度和減少施工費用。04監(jiān)測控制基準值應(yīng)滿足現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計、施工法規(guī)、規(guī)范和規(guī)程的要來。05對一些目前尚未明確規(guī)定控制基準值的監(jiān)測項目,可參照國內(nèi)外類工的監(jiān)測資料確定。在監(jiān)測實施過程中,當某一監(jiān)測值超過控制基準值時,除了B報警外,還應(yīng)與有關(guān)部門共同研究分析,必要時可對控制基準值進行調(diào)整。06地表沉降監(jiān)測及控制措施4、主要監(jiān)測項目實施方法地表沉降監(jiān)測01建筑物變形監(jiān)測02隧道變形監(jiān)測03深層土位移監(jiān)測04地下水位監(jiān)測05孔隙水壓力監(jiān)測06土壓力監(jiān)測07鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變監(jiān)測08地表沉降監(jiān)測及控制措施分析隧道施工引起的縱橫沉降槽曲線及最大沉降坡度、最小曲率半徑和沉降速率等，以評估盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響程度，為合理確定和調(diào)整施工參數(shù)提供反饋信息。1、地表沉降監(jiān)測地表沉降監(jiān)測及控制措施沉降監(jiān)測方法是根據(jù)監(jiān)測對象周圍的水準點高程進行的?；鶞庶c埋設(shè)方法示意圖（尺寸單位：cm）地表沉降監(jiān)測及控制措施建筑物變形監(jiān)測包括：沉降監(jiān)測（差異監(jiān)測）、傾斜監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測。2、建筑物變形監(jiān)測建筑物沉降觀察點埋設(shè)示意圖地表沉降監(jiān)測及控制措施分析隧道變形包括隧道隆起與水平位移。隧道隆起采用水準儀測量,管片安裝