两井定向在地铁盾构法施工中的应用探索

张定宇

摘要：盾构法具有掘进速度快、劳动强度低、施工噪音小、不受季节、气候条件影响等优势，而在城市地铁隧道施工中被广泛应用。但是，由于地下岩壁与土层断面尺寸多变，使得掘进精度极易出现较大误差，而影响隧道施工的安全性，因此，施工单位在盾构施工中引入两井定向的方法，即将地面控制网的平面坐标与方向，传递给井下的控制点与导线边，进而确保地铁贯通的定向精度能够满足施工标准要求。本文将结合工程实例，对两井定向的原理以及在地铁盾构法施工中的实际应用效果予以分析和阐述。

关键词：地铁;盾构法;两井定向;具体应用

1 工程概况

某城市地铁交通2号线建设工程第一标段，站点起始里程为DK08+252.099，终点里程为DK09+175.454，盾构区间在出站点后有16m的直线段，然后左线以345m的曲线半径，右线以355m的曲线半径分离，最大线间距为17m，然后统一并拢为16m，并转为平行直线段行进，最终进入下一站点的直线间距为16m。从该站点起始位置出发后，经过4‰的向上坡度，然后转为20‰向下的坡度，在进入下一站点之前，转为6‰向上的坡度，最后以4‰向下的坡度进入站点。该站点起始端两侧的接收井间距为176m，井深为18m。根据施工设计图纸以及《城市轨道交通工程测量规范》（GB_T50308-2017）的要求，该区段隧道的横向贯通中误差不得超过±50mm，高程贯通中误差不得超过±25mm，二者之间的比值结果应当小于2倍。地下导基线边方位角的互差不得超过±16″方位角中误差不得超过±8″，导线边的边长互差不得超过±8mm，重合点坐标较差不得超过30mm×ld/Ld，其中ld代表导线长度，Ld代表贯通长度，单位为m。

2 两井定向在地铁盾构法施工中的具体应用

2.1 应用原理分析

在盾构掘进施工开始之前，首先以该地铁站两端的始发井作为基准点，分别在始发井的位置悬挂直径介于0.2—0.5mm之间的碳素弹簧钢丝，在选择钢丝时，应当保证该材质的钢丝强度能够满足标准要求，当钢丝的位置固定以后，在其下面悬挂一个重量为10kg左右的重锤，并将重锤浸泡阻尼液当中，当这一系统保持相对平衡以后，此时的坐标方位角保持不变。在布设近井点时，布设位置与钢丝之间的距离保持在10—15m左右，并测量出两根钢丝的平面坐标，根据坐标值能够快速计算出两根钢丝连线的坐标方位角。全站仪可以安置在近井点的位置，当测量仪器安装就位后，可以利用无定向导线测量的方法对两根钢丝进行联测，通过联测，可以得到井下近井点位置的平面坐标，最后运用分析软件对测量结果数据进行分析处理[1]。

2.2 投点所需的设备与材料

投点是两井定向操作中的一道关键工序，主要以定向水平为标准悬挂垂球，目前，最为常见的投点方法是垂球线单重投點法，这种方法又划分为单中稳定投点法与单重摆动投点法，前者主要将垂球置于水桶当中，连接介质是定向水平的测角量边与静止球体构成的静态体系。而后者的连接介质则是固定垂球线与定向水平构成的动态体系。无论是单中稳定投点法还是单重摆动投点法，所需的主要材料及设备包括：垂球、钢丝、油桶、全站仪以及其它附属设施。其中，垂球的重量为10kg左右，钢丝的直径介于0.2—0.5mm之间，材质为高强度优质碳素钢。油桶的直径应当大于垂球直径，二者的直径差为100mm，由于二者之间存在的一定的距离间隔，因此，在垂球摆动时，不会与油桶壁发生刮碰。在该工程当中，所使用的全站仪的型号为Leica TS16（1″），数量为两台，观测点分别位于同一根钢丝上面的井上与井下两个控制点位。另外，测量时所需的反射片，其规格为3.5cm×3.5cm，型号为Leica，同时，选用带基座的脚架来支撑全站仪。

2.3 两井定向作业流程

首先需要确定地面两处近井点的坐标值，分别记作JJD1和JJD2，而隧道内部的近井点坐标记作Y1和Y2，并在这两个位置分别架设全站仪，为了提高观测精度，现场测量人员应当独立观测三次，来读取相应测站近井点到钢丝的水平距离和水平角。然后将每一次的观测结果输入到南方平差易2005平差软件当中，通过软件的分析与处理，来计算出隧道始发基线控制点的平面坐标，并将这一坐标记作（X，Y）。通过内业起算数据，技术人员可以利用平差易2005平差软件对地面平面加密近井点以及钢丝坐标数据进行处理，而无定向导线依然应用该软件来计算出Y1和Y2基线控制点的坐标数据。最后根据始发基线平面控制计算成果得出平面控制网结论，即：全长相对闭合差的规范要求为1/35000，计算结果为1/71510，方位角闭合差的规范要求为±13.23″，计算结果为-4.12″，测角中误差的规范要求为±2.5″，计算结果为1.66″，相邻点相对点位中误差的规范要求为±8mm，计算结果为6.6mm，测距相对中误差的规范要求为1/80000，计算结果为1/81526，通过与规范要求的比对，其测量误差范围均满足标准要求[2]。

3 两井定向在地铁盾构法施工中的应用结论

在该地铁隧道盾构施工中，施工单位主要采取了两井定向与无定向导线相结合的施测方法，通过对测量结果数据的比对可以看出，每一个施测点位的误差范围均在标准范围之内，因此，这种方法对隧洞的成功贯通发挥了至关重要的作用，该地铁站的地下隧洞贯通以后，通过对各控制点的复测，测得左线隧道贯通的纵向误差为13.1mm，横向误差为6.2mm，竖向误差为9.1mm，右线隧道贯通的纵向误差为8.3mm，横向误差为6.6mm，竖向误差为-6.4mm，误差值均在标准误差范围之内。

结束语：

目前，虽然两井定向测量技术已经日渐成熟，但是，在实际应用过程中仍然暴露出一些亟待解决的问题，比如在测量过程中，井上与井下需要测量的控制点较多，无形当中就增加了实测工作量。因此，在应用两井定向测量技术时，施工单位应当积极借鉴和汲取成功的经验，在提高测量精度的同时，为城市地铁隧道的顺利贯通提供强大的技术支持与保障。

参考文献

[1] 姚江，朱家俊，史楠. 两井定向在地铁盾构法施工中的应用[J]. 云南水力发电，2020，36（9）：156-158.

[2] 詹小峰. 两井定向联系测量在北京地铁盾构隧道施工中的应用[J]. 市政技术，2016，34（z1）：95-97.