暗挖法地铁施工测量技术研究
时间：2023-02-14 13:15:06 来源：千叶帆 本文已影响人
王 虎
（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京市 100000）
在地铁施工时，施工测量和反馈在避免施工沉降和塌方上有重要意义。因地铁项目施工范围较大，测量施工不仅需要考虑全局，又要兼具局部，且在地面和地下中的各个测量环节均有所联系，除去一般的施工放样和贯通之外，还需兼顾变形控制，其中的竖井联系测量即出于对现场条件的考虑，通过合适方法将地面点坐标、方位角以及高程传递至地下以当作地下控制测量依据的测量方式［1］。因地铁施工时常遇到较为复杂多变的地质水文环境，对于施工质量而言，施工测量的检查和标定是其基础和前提，复杂的施工环境对其有较高的要求，特别是有较高的测量精度和频率要求，在具体测量过程中，必须用心做好施工测量，整理好成果，确保地铁施工安全。
以樟岚站地铁隧道施工为研究对象，其所用施工方法为顶管法。地铁B出口过街通道下穿福泉快速路，总长约63.4m，顶进时管节顶部覆土约4.1~6.5m，后期回填后管节覆土约7.4~10.2m，通道纵坡约-3.76%。施工时采用多方复测的模式确保测量安全。因距离地面较近，故在具体施工时需测量地面沉降，在复测沉降点时需按照相关测量规范执行。按照施工进度开展地表沉降测量，并在计算机测量管理系统中存储各沉降点，以确保测量精确性。确保地铁施工可以按照设计要求进行贯通的要素在于地面测量、联系测量、井下测量，因此为确保地铁的施工安全必须对这些因素进行分析研究。
在开展测量之前需先按照竖井的尺寸以及施工设计的平面三角形尺寸，在竖井短边处设置稳定性能较好的钢管，并在钢管上绑扎好钢丝［2-3］。具体施工时应保障钢丝平滑度满足要求，且未有弯折出现，在架设完钢丝后需预留一定与井壁间的空隙，且两根钢丝应有大于5mm的间距。最后将钢丝固定好，再在井下钢丝下端用重锤进行悬挂。
3.1 地面测量
该隧道使用首级GPS测量网进行控制测量，隧道沿着路线布设有1-2Km的导线长。通过GPS控制网络进行二级地面精密导线的布设，所布设导线有约240-300m的长度，在地面精密导线的具体铺设时应绕开容易出现沉降的路段。为确保GPS控制网和地面精密导线保持在1200m的距离内，在铺设时可通过合适的方法在地铁施工竖井、风道竖井和出入口上布置精密导线。地面高程控制以1200m作为布设设计距离，该距离的构建主要依靠国家一等和二等水准点。为确保将限制距离控制在±9mm以下，施工时的测量仪器需使用高精度水准仪。为对高程进行统一，在测量时需要使用往返测量的方式进行施工。基于对该隧道各洞口水准高程点的考虑，各个洞口水准基点数应保持在3个及以上。需特别指出的是，可通过如下两种方式对井点位置进行测量：一是确保近井点与悬挂的钢丝距离的最小值与钢丝间距的1.5倍相等，二是近井点和钢丝间角度控制在小于1°。近井点可通过以下方法进行确定：架设和整平全站仪，目测基本位置，打开激光指示功能，调整位置确保两钢丝中间有激光穿过，打开激光对中器，基于激光指示点标记近井点［4］。对井上近井点位置进行测量，可以结合施工现场的具体条件基于相关测量要求后使地面精密导线点和近井点形成闭合导线或者附合导线之后再测量，严密平差以标记近井点的坐标和导线边方位角。对井下近井点位置进行测量时的方法基本相似，但地下埋设测量控制点应大于3个，且有大于2条的地下导线边方位角。在如下图1所示的测量方法中，O1到A到O2的定向角应保持在小于1°的情况，且a应该尽量保持较大值，b/c则需要在1.5以下，O1、O2和A应形成三角形。在和A方向相同的隧道中设置固定点A′，并确保A′、A两点和两根钢丝距离等关系一致。在隧道内按照先前要求和两根钢丝的位置进行三个导线点的设置。重锤稳定后在井上下各设置一台全站仪，以便于同步观测。井上测站为A，后视为B，井下测站为A′，后视为O1。通过全圆法开展方向观测，以光电测距方法测量边长，并对钢丝间距离进行测量，测量边长的次数应至少有3次及以上，且相互间的差值应在1mm以下。
3.2 暗挖控制测量
使用竖井和三角形相联系的方法控制该项目的暗挖测量施工，具体如下图1所示。其中，O1和O2表示钢丝；
A、D表示地面控制点；
B、C表示钢索和三角形的联系点；
a、b、c表示三角形各边边长；
α、β、γ表示方位角；
ω表示方位角。注：没有下标的表示地面上图形，有下标的表示地面下图形。
图1 联系三角形测量示意图
通过在竖井中垂吊两根钢丝的方式对钢丝绳和近井点夹角和距离进行测量，再对地下导线方位角和坐标进行推算。综合所得到的计算成果，即可将该地铁施工的地上和地下部门有效的联系到一起，形成闭环。
一般使用一级导线精度作为地下导线测量的标准精度要求［5］。在隧道施工到全长的30%、60%以及隧道距离贯通80m时需复测地下导线。在延伸施工导线之前，需先检测前4个左右的既有导线点，以保障施工的安全性。
3.3 施工放样测量
使用极坐标法进行测量施工放样，以同步线、高程等作为控制线［6］。为对隧道上下部结构施工时的高程进行控制需在隧道中心线的位置安装激光指向仪，并在施工时对指向仪坡度和中线进行及时校准。
3.4 高程控制测量
在测量地铁竖井高程之前，需先做好临近水准测量［7］。当前有多种测量竖井高程的方法，多数测量方式采用从井上至井下传递高程，具体操作如下图2所示。其中，A表示井上的高程控制点；
B表示井下的高程控制点；
a表示水准仪和前面控制点的距离；
b表示水准仪和后面控制点的距离。为同步竖井高程和坐标传递工作，可将控制点导入到井内。
图2 竖井高程传递示意图
4.1 暗挖区间测点布设
该项目的地面沉降测量布置如下图3所示。在有着较大地质变化的位置布设测量控制点，施工时具体包括对其地表和拱顶沉降情况、底板隆起以及净空收敛等的测量。当地质出现改变时应加密纵断面边坡和平面转角位置的测量控制点。在地铁暗挖区间中，对倾斜沉降测量控制点以及地面建筑沉降控制点都有一定要求，需确保所布设的该类型控制点有5处及以上。
图3 隧道测点布置示意图（单位：cm）
4.2 测量实施方法
应遵守相关规范测量地表和地面的沉降情况。在测量管线沉降时应结合有关规定和项目建设情况保护管线，将现场测得的地表、建筑物、管线等沉降情况数据输入测量系统即可得到相应的变化曲线［8］。
4.3 测量数据分析与信息反馈
基于所测得的实时数据，对其进行整理之后即可得出位移-时间变化曲线图和应力应变-时间函数图。为确保所得测设结果有足够的准确性，应及时收集并整理好施工时的测量数据。根据所得的测量数据变化情况开展回归分析，再基于测量管理等级即可对应力变化情况进行预测，并向参建方反馈所得到的结果，即可实现对地铁施工质量的有效把控。
回归函数计算公式为：
U=a0+b0/lg（1+t）
U=a0{2［1+（1+b0t0）-2［1/（1+b0t）］］}
式中：U表示隧道变形值；
a0、b0表示回归系数；
t0表示时间；
t表示埋设测点之后的时间。
4.4 测量质量控制
为确保测量点的布设位置足够准确，需基于现场勘查结果合理选取测试仪器的类型和数量。在架设或预埋仪器时需检查仪器位置及稳定性等，确保施工时可正常使用。仪器除了在测量施工时需进行数据的记录和传输之外，还需及时校准并做好维护。此外，需根据现场具体情况开展测量工作，应尽可能在白天采集测量数据。
为确保地铁施工质量，避免出现施工事故，在地铁施工时应确保测量工作足够精确。本文基于樟岚站在复杂环境下施工的需求，分析了地铁项目在暗挖施工时的测量技术。首先对地铁施工时的测量必要性进行分析。其次，根据所得测量数据，对沉降变形曲线进行分析，有效弥补理论缺陷。最后，分析测量所得结果和回归函数，预测地铁施工时变形和应力可能出现的情况，以便于制订针对性策略开展施工控制。
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