甘肃省庆阳市镇原人 744500
摘要：随着我国城市化步伐的加快，盾构施工技术在穿越复杂地质施工方面具有极高的安全性和高效性，因此被广泛应用于地铁建设中。其具体采用的施工工艺与传统的暗挖隧道施工工艺存在明显区别，在实际测量中，相对于传统的测量方法，存在密切相关性的同时，也有很多明显的区别之处。基于此，本文对盾构施工人工测量与自动测量的原理与方法进行分析。
关键词：盾构施工；人工测量；自动测量；方法
1盾构施工技术解析
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。地铁隧道盾构施工技术国内最早应用于1996年广州地铁建设，在此项目中运用盾构施工技术不仅有效的提高了隧道施工的速度，节约了大量人工，更重要的是为地铁隧道在复杂的城市地质环境中提供了有力的安全保障。自此之后盾构施工技术便广泛应用于各大城市地铁隧道的建设之中。
2盾构机测量方法
2.1标尺法
标尺法是常见的人工测量方法之一，能够对环片偏差进行测量。其基本原理如下：水平摆放在盾构机中的标尺的中心位置有一坐标，施工人员首先需要测量这个坐标，并在此基础上利用几何关系进行前后胴体中心坐标的推算。推算完成后，施工人员将推算结果与隧道设计轴线进行比较，最终得到两者之间存在的偏差。
2.2三点法
三点法进行测量的主要步骤为以下几个阶段：组装盾构机阶段，施工人员进行螺母的焊接工作。螺母的焊接需在盾构机内部完成，并需要选择合适的位置均匀焊接。焊接完成后，施工人员将反射片进行固定。固定时应在螺母上选择最优的位置。除此之外，施工人员还应注意独立控制网的建立。利用三点法进行测量不仅需要耗费大量的时间，还将面临复杂的计算，因此在自动测量的定期复核中比较常用。
2.3陀螺仪法
物体本身存在一个自身轴，陀螺则是指物体能够绕着这条轴做高速旋转运动，在不受任何外力矩作用时，陀螺由于其本身存在转动惯量，依然能够维持自身匀速旋转的状态。当陀螺处于匀速自转状态下时，其旋转轴指向通过惯性固定在高空的方向，根据这一特点，建设者可以确定任意点的真实子午线位置。不仅如此，施工人员还可根据这一特性计算坐标的方位角。一般来说，盾构施工测量的过程中并不经常使用机械陀螺仪法进行测量。因为陀螺仪自身体积过大，与有限的盾构机空间不符，同时陀螺仪需要较长的定位时间，故不适合经常使用。大多数情况下，施工人员采用光纤陀螺仪自动测量系统代替机械陀螺仪进行测量。在沥滘大石区间盾构工程的前期，施工人员通过光纤陀螺仪对相关的方位角和坐标进行测定。
2.4自动全站仪法
从某种程度上来说，自动全站仪法和三点法的基本原理是一致的。在自动全站仪法中，施工人员应首先进行监测点的布设。在布设过程中，施工人员需要根据布设要求合理选择布设位置。监测点布设完成后，施工人员进行相关的测量工作，设置自动全站仪，对监测点进行实时监测，最后将实时监测数据及时传输到中央控制室，同时将偏差通过控制屏实时显示出来。事实表明，自动全站仪优势明显，不仅能够获得高精度的测量结果，还能实现对检测点的实时监控，因而在盾构机姿态测量方面独具优势，获得了广泛的使用。
3人工测量原理简介
3.1前、后尺的安装定位
盾构机的零位测量是整个前、后尺安装的前提。在具体的安装过程中，施工人员应根据盾构机的结构合理选择安装位置。为了使读数方便，施工人员应选择长、宽、厚分别为50cm、5cm和0.5cm的铝板作为前、后尺，并在铝板上刻画出红黑刻度，在尺中心两侧各10cm的位置做好标记。
安装定位时，施工人员应首先确定放出盾构机的中心的位置，同时使得水平放置的尺的中心与盾构机中心轴线一致。安装定位完成后，为了保证安装位置的准确性，施工人员还应对其底部中心的三维坐标进行测定。
3.2盾构机出洞前的准备工作
盾构机出洞前，施工人员需准确测量盾构机的相关数据和参数。施工人员不仅需要对盾构机的长度和半径进行测量，还需要测量前尺和后尺之间的水平距离。与此同时，施工人员也不可忽视前尺到盾首的水平距离以及后尺到盾尾的水平距离。实际测量的过程中，施工人员应注意的是，每环推进的距离是不相同的。在这种情况下，每推进一环后拼装环的大里程和盾尾之间的距离也是不相同的。距离的具体数值并不是指某一次推进后的值，而是指每次推进后得到距离的平均值。
3.3人工测量姿态计算
在盾构施工过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定长度或时间之后，应通过洞内的独立导线独立检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工检测。
盾构机参考点测量。盾构机组装时生产厂家已在盾体上布置了盾构姿态测量参考点，并精确测定了各参考点的三维坐标，盾体前参考点及后参考点实际上是虚拟的，并不存在。在进行盾构姿态人工检测时可直接利用这些相关数据，测站位置选在盾构机第一节台车的连接桥上，此处通视条件非常理想，便于架设全站仪，只要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了。测量时应根据现场条件尽量使所选参考点之间的连线距离大一些，以保证计算精度，最好保证左、中、右各测量一两个点，这样可以提高测量计算的精度。
盾构姿态计算。先把已知参考点的相对坐标（至少3个点）输入至CAD文件中，再把每次所测相同编号参考点的三维绝对坐标输入到同一个CAD文件，利用CAD里面的/对齐0命令，通过测量垂线在水平和垂直方向上的偏离值来求解盾构机前后点的姿态。
3.4盾构机垂直偏差
在计算盾构首尾垂直偏差的过程中，施工人员应遵循以下原理：在经纬仪的帮助下，施工人员对前后尺进行读数。除此之外，工作人员还需要在满足设计距离的基础上计算前、后尺的实际高程。计算过程中，施工人员利用L前尺和L后尺对盾构中心轴线上的高程和盾构机的坡度进行确定。同时施工人员对盾首和盾尾的实际高程进行计算，并将计算所得高程与设计高程进行比较，得到盾构机首尾垂直偏差。
结语
综上所述，盾构施工过程中，施工人员既可以采用人工测量方法，也可以采用自动测量方法。本文主要对这两种方法的原理和方法进行探究，两种测量方法各有优势。在盾构姿态测量的过程中，应将自动全站仪测量和人工测量方法结合在一起，以自动全站仪测量为主要测量方法，同时以人工测量方法作为辅助。只有这样，施工人员才能从繁琐的施工测量中脱身，从而更好地投身于控制网的布设，达到施工作业的精准、快速。
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作者简介
李健健、1995年—男、甘肃省庆阳市镇原人、测绘助理工程师、主要从事地铁施工测量做工作。