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地鐵區間隧道盾構法施工中的測量技術
2020-03-21 08:26:17   來源:焦作新礦機械

近年來我國經濟高速發展,公共交通領域發展更加迅猛。地鐵作為一種地下軌道交通,很大程度上方便了人們的出行。然而在地鐵施工的過程中,區間隧道施工一直是一個難點。本文簡要分析在地鐵區間隧道施工方法中盾構法的優勢和適用環境,以四個工程階段測量為例著重介紹了盾構測量的方法和所需要的儀器以及操作要領,從而印證盾構法測量技術的安全性、可靠性和優越性。

我公司是生產制造建筑隧道機械、地鐵鋼管片、聯絡通道鋼管片、破碎輸送機械,建筑施工機械鐵路、高鐵,地鐵隧道、工程機械的專業廠家。

  公司占地面積5萬余平方米,建筑面積5500余平方米,擁有固定資產1680萬元,員工68余人,中高級工程技術人員10余人,擔負著全部產品的開發和生產指導。公司已通過ISO:9001-2008國家質量體系認證,擁有完善的質量保證體系,全面嚴格管理制度,強大的生產能力和先進的檢測手段。

目前地鐵區間隧道施工方法主要有明挖法、礦山法、盾構法等,各種方法有不同的優缺點和適用環境。盾構法主要適用于柔軟地層,其主要優點是對地面土壤環境影響小,機械化程度高,人力需求度低,施工過程中安全高效,施工進度快且不受地上交通環境的影響。這些特點使其成為了目前主流的地鐵區間隧施工方法。但是其缺點也很明顯,主要受制于昂貴復雜的機械儀器,且對施工人員專業性知識要求高。為了保障施工的安全高效進行,測量技術尤為重要。本文以盾構法施工中四個主要工程階段測量入手著重介紹盾構測量技術的主要方法。

1 主要工程階段測量

根據實際施工情況,將盾構法施工測量主要分為四個階段:聯系測量、始發測量、推進測量和貫通洞門測量。

1.1 聯系測量

在盾構隧道貫通測量中豎井聯系測量是重要的組成部分,在所有檢測緩解當中占據重要地位。豎井聯系測量主要作用是將地面控制點的坐標、方位角和高程傳遞到地下隧道當中,這樣一來地上和地下的控制網就被聯系在同一個平面和高程系統當中,從而測算出隧道施工的相關數據,指導盾構機的推進,保證隧道的正確貫通。

(1)聯系三角形測量。平面聯系測量主要有聯系三角形法、投點儀法和陀螺經緯儀聯合定向法等。最常用的為聯系三角形法。當豎井完成施工后,盾構正式施工開始前,先埋設穩定的控制點于基坑底部,然后在豎井內懸吊2根直徑為0.3mm的高強度碳素鋼絲,鋼絲上懸掛適當重量為10kg的垂球,最后使用阻尼液(如機油)穩定重錘。通過豎井絞車及導向滑輪懸掛2根高強度碳素鋼絲并分別在其上懸掛垂球,即圖1中的垂線1和垂線2。地面導線點即圖1中的Z、A,則待求的地下導線點即是B、G。在布設三角形時應當注意以下要求:垂線邊長a、d 越長越好,e、f、e′、 f′角度越小越好,不可大于 2°,c/b、c′/b′的比值越小越好,應小于 1.5。

圖1 聯系三角形測量示意圖

在按照要求布置三角形后,依次測量 a、b、c、d、b′、c′的長度以及 e、f、e′、f′的角度。 得到數據值后計算三角形方差 。 其公式為:sinj=bsinf/a。 其中,a的計算值 as ,a的不符值 h=as-a,改正值 Δa=-h/4,Δb=-h/4,Δc=h/2,從而可以得出 j=sinj=

得到三角形方差j后,計算已知A點坐標為(XA,YA),AZ的方位角為Z0。根據平差后的三角形邊角進行計算。 由于AF的方位角Z1=Z0+e,FE 的方位角Z2=Z1+180+j,E′B 的方位角 Z3=Z2+180-j′,求算 BG 的方位角Z0= Z3+180+e′。

B 點坐標公式為:XB= XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3,YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3。

(2)高程測量。懸垂鋼尺法、水準測量法以及光電測距三角高程測量法都屬于傳遞高程的測量方法,在實際的工作當中通常采用懸吊鋼尺的方法進行高程傳遞。在始發井旁邊布設不少于2個近井水準點,測量近井水準點的高程線路附合到地面精密水準點上,在豎井內懸吊鋼尺,鋼尺下段懸掛重錘,地上和地下安置的2臺水準儀同時讀數,可得 HB=HA+a-(m-n)-b。 每次應獨立觀測三測回,3測回變換儀器高,3次測得地上、地下水準點的高差較差應小于3mm。如井底已有高程點,應進行高程檢核。

1.2 始發測量

始發前聯系測量完成后,繼而進行始發測量。其主要流程包括測量盾構機安裝、測量定位盾構機導軌、測量盾構機初始姿態。

(1)測量盾構機安裝。盾構機安裝主要包括兩個部分,即反力架和始發臺,兩者可以在盾構機始發時提供初始推力以及初始的空間姿態。在安裝反力架和始發臺時,需要注意以下幾點:反力架左右偏差應控制在±10mm之內,高程偏差應控制在±5mm之內,上下偏差應控制在±10mm之內。始發臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角偏差應在±2‰范圍內,盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差應小于±2‰,水平趨勢偏差應在±3‰ 范圍內,軸線方位角誤差不大于1′30″。注意一定要保證如上幾點,不然會影響盾構機的正常運行,影響工作狀態甚至發生危險。

(2)測量定位盾構機導軌。測量定位盾構機導軌注意點很多,主要注意事項有:保證原設計的隧道中線與施工中控制導軌的中線偏差不能超限,保證堅實平整的導軌基面。

(3)測量初始盾構機姿態。在測量初始盾構機姿態時重點測量盾構機刀盤中心三維坐標以及俯仰角、橫擺角、扭轉角等方面。

盾構機姿態的控制質量直接影響施工精度。若盾構機姿態得不到精確的及時的修正,輕則導致掘進的方向偏失,影響施工質量,重則造成事故,不可輕視。因此,需要嚴格的精準的及時的控制盾構機姿態,基本要求是:縱擺角應不大于10mm/m,橫擺角應不大于10mm/m,扭轉角不大于20mm/m。

目前盾構機姿態測量有人工測量和自動測量兩種。人工測量人力需求量大,測量數據量多,工作量大,又因以人為主體,不可避免的出現測量精度低,誤差大的問題。且測量時間周期長,無法做到及時更改修正姿態,造成工期的延誤。而自動測量則可以實現實時的精確地數據測量,測量精度高,誤差較小,全天候進行測量,得到數據時效性高,速度快,及時精確修正姿態,已經成為了目前的主流發展方向,在未來的應用前景廣泛。

1.3 推進測量

當進入掘進過程中時,對盾構機的測量要求更高,數據時效性和精準性成為主要問題。目前主流的推進測量使用自動導向系統,該系統測量精確度高,數據時效性強,可最大限度保證盾構施工軸線準確性。其主要測量盾構機每環推進的三維姿態及已成型的管片姿態。自動導向系統可以實現大部分的調整要求,但是仍需對管片竣工進行測量。管片竣工主要需要三種測量數據。

(1)平面測量數據。在3m的鋁合金刮尺中心貼反射片,并在刮尺中間固定一把水平尺,在所要測環的底部放置刮尺,注意保證刮尺水平放置,在井下控制導線點安裝全站儀,最后測量這環的中心三維坐標,即可得到數據。

(2)高程測量數據。該測量需要得到管片底部和頂部的高程數據?筛鶕训玫降臄祿约皽y尺反光鏡片到隧道底部或中心的相對尺寸來計算得出管片底部和頂部的高程數據。

(3)管片測量數據。管片測量數據可直接用手持測距儀分別放在管片底部和腰側來測量管片的橫豎直徑,注意需要測量多次,然后取平均值。

經過上述操作,可得到實際工程中的測量數據,用這些數據和設計數據進行對比,即可計算出成型管片和設計數據的誤差和偏移量,從而對盾構機的姿態進行精確的實時的調整,保證掘進精度。

1.4 洞門測量

貫通施工階段是整個工程階段的后期,為保證盾構機準確出洞,在貫通前需要進行接收井洞門測量。為此我們需要精確測定洞門中心。

洞門圈中心坐標為: x0=(xA+xB)/2, y0=(yA+yB)/2

洞門圈中心高程為: H0=(HC+HD)/2

洞門中心測量是工程后階段最重要的測量步驟,應當盡可能保證數據的準確性和精度,為此應采取各種措施減少測量中的誤差。例如,使用對中標志,采取多次試驗,根據每次試驗的測量結果加權平均,避免誤差過大的情況。并注意根據施工現場的具體情況,合理采取措施,靈活應用測量方法。在實踐中,探求減少誤差的合理方法。同時,定向邊精度對于貫通測量精確度的影響極大,定向邊精度每提升一點,都可以極大得提高貫通測量精度。

2 結語

本文對于地鐵區間隧道盾構法施工中的測量技術進行了簡單的探討。在幾種主流的不同的地鐵區間隧道施工方法中,盾構法對于機器和操作的要求非常高。這意味著施工人員需要熟練應用設備,對測量的基礎專業知識掌握牢固,同時要求施工人員責任心強,對于測量保持著精益求精的態度,這些都是保證工程順利完工的基礎要素。應當注意的是,本文就常見的測量技術和注意要點進行了研究,在實際的工程操作中,應當注意因地制宜,根據不同的實際情況采用最適合實際情況的操作,避免機械化的模仿操作。

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