建设工程—盾构隧道陀螺定向测量施工工法工艺.docx

盾构隧道陀螺定向测量工法1.前言盾构法隧道施工技术以独有的安全、快捷等特点优势，对地面交通、建筑物及地下管线影响较小、施工不受气候条件的影响，施工效率高、安全可靠等优点在城市地下轨道交通、水利给、排水工程施工中广泛使用。在现代城市轨道交通工程建设中，盾构法是修建地铁轨道交通的主要方法之一。通常盾构隧道为单向掘进，且一次衬砌成型，盾构隧道掘进必须要按照预定的位置准确贯通,所以盾构隧道掘进中的方位控制是保证隧道顺利贯通的前提条件。在盾构隧道施工中，隧道平面控制网通常采用导线测量方法，但由于隧道洞口一般位于竖井、斜井、地铁车站内。受施工场地狭小等条件限制，联系测量困难、地下导线起始定向边较短等不利因素造成的地下导线精度较低。在盾构隧道施工中采用合理的测量方法和必要的测量措施，既能减少偏差，又可保障盾构隧道的贯通精度。2 .工法特点2.0.1在隧道施工导线测量过程中，加测陀螺方位角。2.0.2通过陀螺仪和全站仪结合，采用陀螺仪本身的物理特性及地球自转的影响寻找真北方向，在地下隧道中测定方位角。2.0.3采用陀螺定向测量成果，和导线测量成果对比分析，判断导线测量成果的可靠性,降低隧道施工风险，提高隧道贯通精度。3 .适用范围随着我国基础建设的大力发展，有各种断面的隧道开挖。本工法用于各种盾构隧道施工测量，如：矿山、轨道交通、水利给、排水工程等。4 .工艺原理4.0.1根据确定的隧道定向测量方案，进行导线起始定向边测量。4.0.2在隧道掘进施工中，洞内导线测量。4.0.3隧道掘进至预定里程位置时，加测陀螺方位角。4.0.4根据陀螺定向测定的方位角和导线定向坐标方位角进行对比，通过对比分析，以确保测量成果的可靠性。5 ,施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程图5.11盾构隧道陀螺定向测量工法流程图5.2 操作要点5.2.1 定向测量设计根据区间盾构隧道实际长度（隧道长2.3km）、隧道转弯半径（曲线半径为450m）、线路走向等参数，隧道内布设两条支导线，布设导线点18个（单条导线），圆曲线段平均边长110米，其余位置平均边长150米。依据城市轨道交通工程测量规范GB/T50308-2017,当隧道单向贯通距离大于1500米时，应采用高精度联系测量或增加联系测量次数等方法，提高定向测量精度。根据以上原则，本区间隧道分别在掘进至距隧道起点1200米处和1900米处进行陀螺定向测量，对导线坐标方位角进行检核验证。图5.2-1导线点布设不意图测量实施1.导线起始定向边测量依据城市轨道交通工程测量规范GB/T50308-2017中定向测量相关要求，地下近井定向边应大于120m,且不少于2条。本次地下近井定向边布设在始发车站底板上，边长170米，采用两井定向联系测量方法，将地面坐标及方位角传递到地下。每次联系测量定向均独立进行三次，取三次的平均值作为一次定向成果。推算出来的地下起始边方位角的较差应小于912，方位角中误差±8J定向边成果满足规范精度要求后作为洞内导线引测的已知定向边。2 .洞内导线测量隧道内布设两条支导线，导线测量时同时观测两条支导线，在导线终点处角度闭合检查。导线点外业观测采用I级全站仪，水平角观测按左、右角观测4测回，左、右角平均值之和与360。的较差小于4",距离测量采用对向观测，各2个测回，单向测距4次，加入气象改正及仪器加、乘常数改正，并进行高程归化和投影改化后方能进行平差计算。图5.2-2导线测量作业3 .陀螺定向测量陀螺定向测量是将陀螺仪和全站仪结合在一起，将陀螺的特性与地球自转有机结合，寻找真北方向，根据陀螺仪测定的真北方向及全站仪水平度盘读数，计算任意方向的真方位角。（1）陀螺定向的技术要求地下定向边陀螺方位角测量应采用“地面已知边一地下定向边一地面已知边”的测量程序。地面已知边、地下定向边的陀螺方位角测量每次应测三测回，测回间陀螺方位角较差应小于20%陀螺定向时仪器常数在地面已知边进行测量，测前、测后、仪器常数独立观测3个测回，3个测回的陀螺全站仪常数平均值较差小于15%（2）陀螺定向测量作业本区间隧道分别在掘进至距隧道起点1200米处和1900米处分别进行陀螺定向测量。盾构隧道掘进至1200米处陀螺定向测量本次陀螺定向测量采用南方NTS-342G陀螺全站仪（寻北精度±5”）,在盾构隧道内约1200米处，DXYX8DXYX9导线坐标方位角进行检核。地面定向边采用轨道交通二等GPS控制网TY2TYl作为已知边。通过各边的起点（设站点）坐标计算的子午线收敛角见下表:表5.2.2-1子午线收敛角测站点名子午线收敛角备注TY2-OoO3'06.4"DXYX8-0°02'53.6”陀螺仪架设在面已知点TY2,观测地面已知边（TY2TYl）陀螺方位角，观测结果见卜表：表5.2.22地面已知边（TY2TYl）陀螺方位角测量结果阶段测回陀螺方位观测值测回间差值（）1测回2测回3测回测前1359。Eo(T-8132359。08"8-53359。18'13"135均值（中误差）359°18'07.0"(±3.6")7测回观测中误差±6.2"测后1359。1807"、-2-62359o18,09w2-43359T8'13”64均值（中误差）359o18,09.7w(i1.8w)一测回观测中误差±3.1"测前测后均值（中误差）359°18'08.4"(土2.0)由上表可知，将陀螺方位角测前、测后均值取平均，得到本次地面已知边的陀螺方位角为：359。18,08.4”（中误差±2.0）。由地面已知边的陀螺方位角计算陀螺仪常数，其计算公式为：常数=AT陀=+T陀式中A:已知边大地方位角；T陀:该边的陀螺方位角；Q:已知边的坐标方位角；Y：子午线收敛角；按该点的高斯平面坐标求得，陀螺仪常数：-24.7”（中误差±2.0）。陀螺仪架设在地下导线点DXY8,观测导线边DXYX8-DXYX9陀螺方位角，观测结果如下表：表5.2.2-3地下导线边DXYX8-DXYX9陀螺方位角测量结果测回陀螺方位观测值测回间差值（”）123197o22,08m-3-6297o22,13-3397o22,14w63均值（中误差）97022,ir(i1.8w)一测回观测中误差±3.2"利用地下导线边的陀螺方位角、子午线收敛角和仪器常数,推算得到DXYX8DXYX9导线边坐标方位角，结果见下表：表5.2.2-4地下导线边DXYX8DXYX9方位角推算结果陀螺方位角子午线收敛角仪器常数陀螺仪推算坐标方位角97o22,llw-0o02,53.6w-24.7w97o23,39.9w图523陀螺定向测量作业（2）盾构隧道掘进至1900米处陀螺定向测量隧道掘进至距起点约1900米处，再次对导线坐标方位角进行检核，本次继续使用南方NTS-342G陀螺全站仪，在盾构隧道内约1900米处，DXYXI4DXYXI5导线边的方位角进行检核。地面采用轨道交通二等GPS控制网TY2TYI作为已知边。通过各边的起点（设站点）坐标计算的子午线收敛见下表：表5.225子午线收敛角点名子午线收敛角备注TY2-0°03'06.4"DXYX14-0°02'39.2”陀螺仪架设在面已知点TY2,观测地面已知边（TY2TYl）陀螺方位角，观测结果见卜表：表5.2.26地面已知边（TY2TYD陀螺方位角测量结果阶段测回陀螺方位观测值测回间差值（）123测前1359o16,58.0w0-0.82359o16,58.0"0-0.83359T658.8"0.80.8均值（中误差）359°16'58.3"(±0.3")一测回观测中误差±0.5"测后I359o1711.0"2.7-5.62359o17,08.3h-2.7-8.33359o17,16.55.68.3均值（中误差）359o17'12.0m(i2.5h)一测回观测中误差±4.4"测前测后均值（中误差）359。1751"(±1.3")由上表可知，将陀螺方位角测前、测后均值取平均，得到本次地面已知边的陀螺方位角为：359。1751”（中误差±1.3"）。由地面已知边的陀螺方位角计算陀螺仪常数，其计算公式为：常数=AT陀=+T陀式中A:已知边大地方位角；T陀:该边的陀螺方位角；:已知边的坐标方位角；:子午线收敛角；按该点的高斯平面坐标求得，陀螺仪常数：-02.4”（中误差±1.3）陀螺仪架设在地下导线点DXYXI4,观测导线边DXYXl4DXYXl5陀螺方位角，观测结果见下表:测回陀螺方位观测值测回间差值123125。53,30.32.2-2.7225。53'30.8"().5-2.2325o5333.0w2.7-0.5均值（中误差）25o53,31.4w(±0.8w)一测Pl观测中误差士14'表5.2.2-7地下导线边DXYXl4DXYXl5陀螺方位角测量结果利用地下导线边的陀螺方位角、子午线收敛角和仪器常数，推算得到DXYXI4DXYXl5导线边坐标方位角，结果见下表：表5.2.2-8地下导线边DXYX14-DXYX15方位角推算结果陀螺方位角子午线收敛角仪器常数陀螺仪推算坐标方位角25o53,31.4w-0o02,52.6w-021.4"25°55'49.2"图5.24陀螺定向测量作业5 .坐标方位角对比根据洞内导线点DXYX8、DXYX9坐标计算，DXYX8DXYX9坐标方位角为：97。23,38.3”。1200米处DXYX8DXYX9导线边方位角和陀螺仪推算坐标方位角对比见下表：表5.229方位角对比表点名陀螺仪推算坐标方位角导线坐标方位角差值DXYX8DXYX997。23'39.9"9702338.3m1.6"根据洞内导线点DXYXI4、DXYXl5坐标计算，DXYXl4DXYXI5坐标方位角为:25o55,46.8%1900米处DXYXl4DXYXI5导线边方位角和陀螺仪推算坐标方位角对比见下表:表5.2210方位角对比表点名陀螺仪推算坐标方位角导线坐标方位角差值DXTY14DXTY1525o55,49.2m25。55'46.8"2.4"6 .测量成果质量判定由上表5.2.2-9和表5.2.2-10方位角对比表可见，分别在盾构隧道1200米处和1900米处两条导线边陀螺定向测量，通过陀螺定向测量与导线测量所得方位角均小于3.0”，由此判定导线测量成果质量可靠，可供后续施工使用。陀螺定向测量可作为盾构隧道导线测量的有效检核手段，可保证平面控制测量的可靠性，为隧道高精度贯通提供保障。6 .材料与设备6.1 材料与设备实施本工法所需主要设备及软件见下表6.1-1。表6.11主要设备、软件表序号设备名称型号单位数量1全站仪LeicaTS16台12陀螺全站仪南方NTS-342G台13单棱镜与标牌徒卡套34干湿温度计与气压计套15对讲机南风NANFoNG(NF-668)台36计算机联想台27平差软件武汉大学研发软件COSA地面测量数据处理软套18控制点强制对中盘套407 .人员组织实施本工法人员分工见下表7-lo表7-1人员分工表序号岗位数量主要工作内容备注1技术负责人1技术指导、管理2技术员2内、外业测量作业实施3观测员I外业观测4记录员1外业数据记录5测量员2棱镜架设6劳务人员2控制点安装埋设8 .质量控制技术标准工程测量标准GB50026-2020；城市轨道交通工程测量规范GB/T50308-2017；城市测量规范CJJ/T8-2011；地下铁道工程施工质量验收标准GB/T50299-2018；盾构法隧道施工及验收规范GB50446-2017；武汉市轨道交通工程施工测量管理办法武地铁建20195号。9 .安全、环保措施9.1 安全措施9.1.1 认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合本单位实际情况和工程的具体特点，设置专职安全员和班组兼职安全员执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好安全生产。9.1.2 所有进入施工现场的测量人员必须三级安全教育培训考核合格，在测量前要确保作业环境安全，测量过程中要注意仪器设备的安全防护。9.1.3 测量作业现场按符合防火、防触电等安全规定及安全施工要求。9.1.4 在整个测量作业过程中需全程带安全帽等防护用品，测量人员需随时注意高空坠物、机械伤人等危险源。9.1.5 加强职业卫生管理工作，佩戴防护用品，地下施工测量时佩戴粉尘防目镜及防尘口罩，夏季发放防暑降温药品，采取防暑降温预防措施，保护员工职业健康安全。9.2 环保措施9.2.1 在测量作业前，由项目负责人按国家或地方有关施工环保措施及企业环境管理体系要求，进行必要的培训。9.2.2 在测量工程中产生的废油漆、废油漆瓶等按环境管理体系要求进行环保处理。9.2.3 在测量任务中产生的废物、废料（钢筋、废纸张等）进行环保处理，要做到文明施工要求。9.2.4 重复使用、多次利用，对于可以回收利用的废弃物，应积极回收，减少对环境的污染及损耗。10 .效益分析陀螺定向测量可作为，在盾构隧道施工中传统导线测量方法的有效检核手段，可在检核中提前发现问题，及时调整纠偏，减小由于测量误差引起的隧道管片偏差，避免后期隧道调线。同时为盾构隧道掘进提供准确可靠的方位导向，为隧道高精度贯通提供保障，也为工程的提前完工创造条件，可降低整个工程的直接费用。