盾构(TBM)施工测量要求
关于盾构（TBM）施工测量的若干技术要求
各盾构(TBM）项目部（工区）:
近年来,随着盾构（ＴＢＭ）法施工的工地不断增多，与其相配套的施工测量技术也逐渐成熟，但因测量人员经验及素质原因和导向系统设备原因、加上洞内施工和环境的影响、盾构(TBM)和导向系统之间设计配套、以及隧道平纵线形设计因素、地质因素等客观原因，部分工地出现了导向系统故障多、误差大、影响掘进时间长、一些工地甚至多次出现了较大的掘进偏差等现象。
为使施工测量工作更好地服务于现场,高可靠性、高精度地实时提供盾构（TBM）姿态数据,使盾构（TＢＭ)按照设计轴线精确掘进，各项建筑能够满足设计、限界要求，现根据相关测量规范、导向系统工作特点及各工地施工测量经验总结,列出以下盾构（TBM)施工测量若干要求,请各项目部根据本工地实际情况参照执行:
一、盾构（TBＭ)初始姿态测量与人工导向
1、机器初始位置测量
盾构（TBＭ)组装完成/始发前，必须用人工测量方法测定机器盾壳或内部精密结构件特征点，计算机器姿态数据：包括刀盘切口里程、切口处平面、高程偏差、盾尾处平面、高程偏差、偏航角、俯仰角、滚动角等。
对于新机器，需要自行安装或要求导向系统技术服务人员安装若干个人工测量点,然后测量、计算人工测量点在盾构独立坐标系中的坐标并妥善保存,建立掘进过程中的人工导向系统。
对于旧机器,也需恢复、测量并计算复核人工检查点既有数据。
人工测量点位布置原则：
（１）人工测量点位应布置在与TBＭ掘进轴线相对位置不会发生变动的地方，能够真实反应机器姿态;
(２) 点位之间尽可能拉大距离,提高推算刀盘切口姿态数据的精度。(3）在掘进过程中,置镜同一地方应至少能够观测到三个以上符合以上两条要求的点位，可多设几个检查点以备选择；同时根据掘进时通视条件，在机器上合适位置焊接仪器强制对中钢板(保证在人工测量过程中不发生移动即可)。
2、导向系统
导向系统测量结果与人工测量结果进行对比,较差不大于导向系统中误差的2倍(导向系统中误差由项目部测量组根据不同的机器和导向系统,以及设计文件和相关规范规定的掘进偏差中误差确定),如超出限差时应查找原因。
3、人工导向系统
所有盾构(TBM)都必须建立人工导向系统,做为机器自身导向系统的检查和备份系统。
（1）出现以下情况时,需要进行人工导向：
(ａ）导向系统故障不能工作，需要继续掘进时；
(b) 激光靶/马达棱镜安装托架变形、位置改变或修理、替换后重新安装时；
(c）掘进方向或高程偏离设计轴线较大时；
(ｄ）怀疑导向系统测量结果有问题时；
(ｅ) 区间隧道贯通前;
（f) 平时,也应按照一定的频率对导向系统进行检核校正。
(2）测量要求
(ａ) 最少测量三个人工测量点;如能够找到机器上理论的垂直面或水平面，也可用垂球或水平尺准确测量机器的滚动角和坡度做更直接的校核。
(b) 所有人工测量点应在同一测站上测量,以减小测量误差引起的刀盘偏
差数据误差的成倍放大。
（ｃ）人工测量点间距离应尽可能大,三点形成的空间形状尽量接近等边三角形,决不能近似一条直线（任意一点到其他两点连线的距离不宜小于1米）。
(3）计算方法
(ａ) ＡuｔoCＡD配合Excel或计算器进行坐标转换和曲线反算。
(b) 编制的Excel表格计算。
（c) 近似计算方法，用计算器现场计算。
（4) 测量限差
人工导向结果的误差与各测量点到刀盘的距离（越小越好)、人工测量点间距离(越大越好）、各点形成的空间图形的面积大小(越大越好)、是否在同一测站上测量、转镜次数以及常规测量精度等因素密切相关;各工地应根据以上这些因素,结合历次人工测量与导向系统结果的较差，来确定合理的限差。
（5）测量结果取舍
人工测量结果与导向系统结果较差在限差以内时,以导向系统为准；超
出限差,应查找原因,必要时重测，当确认人工测量结果无误时，应对导向系统测量元件坐标重新进行测量计算,并更改相应初始设置。
二、导向系统数据输入及复核
1、导向系统初始数据
导向系统各部件安装位置数据、角度偏差数据、全站仪和导向系统软件上的主要设置等初始数据均应进行复核确认,并备份。
２、隧道设计轴线(DTＡ／CL）
注意DTA／CL与线路中线、内轨顶面设计高程之间的相对关系。
DTＡ/CL除用导向系统软件计算外，应由测量组内不同人员用其他软件或手工对计算全过程进行独立复核并相互核对无误,方可输入导向系统使用,保存计算和复核记录;然后在掘进前将相关图纸和ＤＴＡ/CＬ报股份公司测量队复核。
三、搬站测量
1、搬站
（1）应设计专门的搬站记录表,包括全站仪托架和后视棱镜托架编号、坐标和高程（搬站前后)、机器姿态数据(搬站前后）、搬站前后各项姿态数据较差的限差等数据。
（2）搬站前,应提前做好准备工作。
(3）关闭导向系统前,应保证其在正常工作状态,记录下搬站前机器姿态并截屏保存;如因洞内通视条件不好或其他原因，导向系统不在正常工作状态时，应等其正常工作后再关闭，不能急着搬站。
（４)从关闭导向系统到搬站结束后再开机，直到导向系统工作正常的过程
中，盾构(TBＭ)位置不能变化、刀盘不能转动、不可进行调向操作、更不可盲推。测量组应向主司机、值班工程师、值班经理等交待清楚。
（５)搬站时，可以利用已有的全站仪托架向前传递坐标、高程,但仅限一次；下一次搬站就应从地面控制点用导线测量托架和后视棱镜坐标。
（６)利用已有的托架传递时，可按导向系统搬站程序（自动测量）进行，也可用导线方式测量；建议不采用坐标法直接测量记录新托架坐标,坐标法只能用来校核导线测量结果。
（7)搬站结束，导向系统开机正常工作后,再次记录搬站后的机器姿态并截屏保存。
（8)对比搬站前后机器姿态数据，如果各项偏差小于限差，则说明搬站成果合格。否则应查找原因,必要时重测。
搬站前后进行姿态数据对比,是盾构（TＢＭ）现场测量重要的一项复核工作。如果搬站过程中出现错误,或导向系统硬件存在较大的系统误差,上个搬站期间托架发生了位移等情况,则马上可以发现并及时改正。测量组应给施工现场加以强调,一定要保证这项工作的进行。
如果连续在托架上向前传递坐标，中间某一次出错而没发现，则后面的全错。
2、搬站间隔和后视距离
搬站和后视距离过短，会造成误差累积大、出错几率大、测量工作量大等问题。搬站距离过长,会造成系统误差和偶然误差大(如每次搬站前后数据较差大、较差符号相同、机器姿态数据跳动大）、视线阻挡次数多或测量信号较弱等问题。
条件允许时,应尽量加大搬站距离；必要时,可对后配套影响净空的部分结构件移动位置，尽量加大测量窗口。但应注意:全站仪尽量不要安装在管片（围岩）变形较大地段,视线不要过于贴近边墙和设备,姿态数据跳动较大时（振幅由掘进偏差限差来具体决定），应及时搬站。
因各种原因造成搬站距离较短且不易加长时，应尽量增加全站仪托架到后视棱镜的距离,可连续搬几站使用同一个后视点，但应及时检查全站仪托架坐标高程。
3、搬站记录
搬站记录应真实填写，测量负责人及时对记录进行检查并签字保存。
四、托架导线复测
1、误差累积
由于以下原因，连续在托架上传递坐标高程次数较多时,累积的误差会达到相当大的程度。
(１) 托架安装在拱顶或边墙上，距离掌子面较近,管片（围岩）位移变形会造成托架位移、水准气泡偏移等情况（在一段距离内，几乎是向同一方向偏移,而产生累积现象）；
（2) 某些机器上后视距离特别短、测量误差成倍放大;
(３) 洞内环境恶劣,视线贴近边墙,会产生较强的旁折光和垂直折光,且同方向累积;
(4）常规测量误差累积。
2、托架导线复测规定
因此,对托架导线复测做出以下规定:
(１) 在托架上向前传递坐标,不应超过一站。尤其是在围岩变形较大、管片位移和旋转较明显以及搬站距离较远时。
(2）应定期用导线和光电高程（常规水准更好)方法对托架坐标进行测量检查,并以导线和水准结果为准。
（3）导线测量时,应同时测量全站仪和后视棱镜托架并修正,这样两个托架坐标精度才一致；否则可能会出现更大的误差。
(４）将导线测出的全站仪和后视棱镜托架坐标高程与在边墙上传递的两点坐标高程以及方位角进行对比，并进行统计分析,确定各项具体限差。
导线检查可以发现导向系统的错误和累积的误差，但时间滞后。是现场测量另一项重要的复核工作。
五、管片监测
1、管片标高监测
管片标高监测是指对管片底部高程和后配套拖车前方管片左右侧螺栓高程的监测。
（1) 监测目的和频率：
测量出管片的竖直偏差值，及时发现管片“在盾尾内->脱出盾尾->管片小车底部－＞脱出管片小车－>进入１号拖车-＞进入2号拖车－＞……->脱出后配套拖车->脱出后配套拖车后”这整个过程中的沉降变化情况,并及时反馈信息、指导施工。
管片标高监测频率一般为５环1次，在特殊地段、特殊时期根据监测情况和施工需要，监测频率可加大为2环1次~1环1次。
(2) 监测范围与监测要求
监测范围包括最近3天已拼装成型的管片。每次测量时要将倒数第
2、3环管片底部的高程测出来,监测成果现场计算，马上通报值班工程师、
盾构机主司机。
(３) 特殊情况下的处理措施
(ａ) 管片底部露出管片小车后,两次监测成果相差>１０mm
处理措施:现场通报值班工程师、盾构机主司机;通报土木总工、测量负责人；加大监测频率，监测频率改为2环1次~1环1次。
（ｂ) 管片竖直偏差>50mm
处理措施:通报值班工程师、盾构机主司机；马上停机,通知测量负责人复核测量成果,在未采取相应措施前，盾构机不得向前推进；通报土木总工、经理；加大监测频率，监测频率改为2环1次～1环１次。
２、管片水平姿态测量
管片水平姿态测量指的是管片拼装后水平偏差的测量工作
(１) 测量目的和频率
ａ.通过对管片中心坐标的测量，推算出管片的水平偏差值；
b.对同一环管片水平偏差的重复测量,及时发现管片水平偏差变化情况。一般情况下为每天1次，必要时根据需要加密测量频次
(2) 测量范围与测量要求
测量范围包括最近３天已拼装成型的管片。采用平尺测量管片中心坐标时，平尺一定要气泡居中,棱镜要放在平尺的正中间。
(３）特殊情况下的处理措施
(ａ) 两次测量成果相差＞20ｍm
处理措施：通报值班工程师、盾构机主司机;通报土木总工、测量负责人；加大测量频率，测量频率改为每天２次。
（b) 管片水平偏差>５0mm
处理措施：通报值班工程师、盾构机主司机;马上停机，由测量负责人复核测量成果，在未采取相应措施前,盾构机不得向前推进；通报土木总工;加大测量频率,测量频率改为每天2次
3、管片旋转
盾构掘进过程中机器有使管片旋转的趋势，如果注浆效果不好，凝固过慢，掘进速度较快时,管片会产生较大的旋转。
管片旋转如果影响到全站仪托架,会使托架倾斜，同时坐标和高程也会发生改变。
全站仪倾斜角度如果超过3’47”（徕卡全站仪水准气泡补偿范围是３’47”)，为了保证测量结果的正确性，仪器即自动停止工作,引起导向系统停止工作。同时出现相关提示。
可通过变更刀盘转动方向，使仪器气泡不偏离太多;也可在每循环掘进过程中暂时关闭补偿器，全站仪可连续工作，但误差稍大。掘进结束后应及时整平、后视。并加大检查托架坐标高程的频率。
管片旋转检测
在管片的左右两侧圆心附近高度各粘贴一反射片,架设全站仪，在一个循环的掘进前后分别测量两点高差，即可得出管片的旋转角度。也可测量出两点的绝对高程。
同时对若干环管片的旋转进行监测，可以得出管片旋转与管片和刀盘距
离的规律;也可以在不同循环对同一环管片进行多次检测；并观测刀盘不同的旋转方向对管片旋转的影响等。
管片旋转较大时，搬站时全站仪托架不可过于靠前，并及时通知工程部,采取必要措施减小管片的旋转。
4、监测资料分析
管片姿态测量结果要马上计算出来，并与前面的测量结果进行分析、比较,找出管片姿态变化的规律,作出管片姿态位移曲线图，并及时反馈施工。
六、盾构(ＴBＭ)姿态控制
１、各项目经理部测量组应根据本工程相关规范要求的方向和高程偏差限差，结合本项目盾构（TＢM)的导向系统类型、安装位置、搬站前后机器姿态数据对比统计等因素,确定盾构（TBM)掘进过程中的偏差限差（以导向系统显示值为准）。
２、任何时候盾构机水平、竖直方向的姿态不得大于限差,达到限差盾构机立即停机，查清原因,采取相应措施后，方能继续推进。
3、盾构姿态测量成果是盾构施工的一项重要依据，值班工程师、盾构机主司机在掘进过程中依据盾构的姿态调整好掘进过程中的各项参数,保证施工质量。
4、盾构姿态偏差较大,需要对盾构机姿态进行调整时，由工程部及时下发技术交底,主司机和值班工程师严格按技术交底要求控制好盾构机的姿态。在调整盾构机姿态时，每循环趋势改变不要过大,以防止管片错台、破损等。
5、盾构（ＴBM）刚始发,因为地质和设备原因，盾构姿态更容易出问题，且偏差超限时更难调整、更难改线，因此应密切注意盾构姿态特别是平面和高