长距离顶管测量控制关键技术

饶应贵  王延鑫

摘要：顶管施工工艺在国内已经比较成熟了，据调查我国的顶管机在全球都处于领先地位。顶管施工主要的优点是不拆迁，不破坏地面建筑物，不影响交通，占地少，开挖量少，顶进过程中可交叉施工，互不干扰。特别是在市政道路各个交叉路口采用顶管作业时，不影响道路通行。据此诸多优点，顶管作业得到广泛应用。现依托中牟县110KV电力排管项目，总结顶管施工过程中测量控制工作，为后续顶管施工项目提供参考。

关键词：顶管工艺；测量控制；总结

The key technology of long distance pipe jacking measurement control

   Rao Yinggui  Wang Yanxin  

（No.7 ENGINEERING CO.,LTD.OF FHEC OF CCCC,Zhengzhou, 451450）                

ABSTRACT: Pipe jacking technology has been relatively mature in China, and according to the survey, pipe jacking machines in China are in a leading position all over the world. The main advantages of pipe jacking construction are no demolition, no damage to ground buildings, no impact on traffic, less land occupation, less excavation, and cross construction during jacking without interference with each other. Especially when pipe jacking is used at various intersections of municipal roads, it will not affect road traffic. According to these advantages, pipe jacking is widely used. Now, relying on zhongmou county 110KV electric power pipeline project, this paper summarizes the survey control work in the process of pipe jacking construction, and provides reference for subsequent pipe jacking construction projects.

Key Words: Pipe Jacking Technology; measurement control; Summary

作者简介：饶应贵 1984年06月，男，工程师，大学本科，主要从事地下工程施工技术研究。E-mail：[e-mail]。作者简介：王延鑫 1985年03月，男，工程师，大学本科，主要从事地下工程施工技术研究。E-mail：[e-mail]。

1引言

顶管工艺是在不开挖的情况下，将混凝土管或适合的管材，通过顶进机械钻进通过市政路口，铁路线，河流等障碍物的工艺工法。顶管适合的土质是淤泥质黏土、砂性土、黄土和强度较低的强风化岩石。在河南省郑州中牟县地区地层岩石少，大多数为黄河冲击平原，土质为黄砂土适合顶管作业。目前顶进机械主要有泥水平衡和土压平衡两种方式的顶进机械。

2工程概况及重难点

郑州国际文化创意产业园双回路高压排管项目位于郑州市中牟县，沿线经过宝兴路、郑开大道北辅道、广惠街、文创路、文信路、文渊路、紫薇路、紫寰路等现状路口，经过贾鲁河、西干渠、大孟沟、水溃沟现状河道，经过2个规划路口，经过贾鲁河改线、大孟支沟规划河道。下穿郑开城际铁路一处。全长11.115公里，其中包括149个井位。工程内容包括顶管（钢筋混凝土管）、电缆排管、顶管井、检查井及沉井顶管井。顶管段落采用DN1500混凝土管材，最大顶管长度是1716米。

该工程重点是过郑开大道的顶管距离约1716米，也是测量控制的难点，因为郑开车流量较大，是郑州到开封的主要通道，路面宽度约100米，还有规划的郑开大道北辅导和南辅道。为了避免大开挖，处于安全考虑，该处采用DN1500混凝土管，每节管材长两米顶管通过郑开大道。为了满足顶管精度要求，测量队分别在接收井和始发井加密控制点，始发井和接受井分别设置3个均通视的GPS高级点，按照控制网等级D级设置。具体如下图：

 

图1

3顶进前测量控制

    为了保证测量成果满足顶管精度要求，需要测量人员认真负责，按照规范要求认真对待。顶进前需要进行地面控制测量、竖井联系测量等。

3.1地面控制测量采用附和导线形式进行，以SF1和SF3为起算边，闭合于JS2-JS3边，按照一级附和导线进行控制测量，建立独立控制网。根据《工程测量标准》GB 50026-2020附和导线的角度闭合差计算公式为：

式中：为闭合边的方位角，为起算边的方位角，观测左角，为观测的站数。

根据误差传播定律，取二倍测角中误差作为极限差，闭合导线方位角闭合差计算公式为：

查询工程测量标准(2020)可得测角的中误差可达到5’’则可求出:

根据公式想要精度满足要求，则尽量控制测角个数。

     3.2 水准测量采用复合水准路线，往返测量，检验往测和返测的高差不符值，每个水准点的高差不符值都需要小于，其中L为测段长度用公里为单位。

3.3 始发井联系测量

为了减少观测误差，在SF2号点上架设全站仪，精确放样出顶管轴线在始发井壁上和井壁延长线上的投影点。在接收井以同样的方法放样出顶管轴线，在井壁做上明显标记。为了检核放样偏差，全站仪架设在井壁延长线的控制点上，将仪器照准对面井壁，在接收井边将吊车的吊绳置于顶管轴线上，观测吊车吊绳的偏差作为校核。

轴线平面位置利用吊锤引入始发井，在始发井壁用墨斗弹线做标记，吊锤的锤头应大于15kg。也可以利用全站仪将轴线引至井壁上，作为后续顶管的中线轴线。具体做法如下图所示：

图2

地面高程点则利用标定的钢尺，钢尺前端吊不小于15kg的吊锤，地面用吊杆支撑，在地面和井下分别架设水准仪。设地下水准点高程为H地下，则有公式：

式中：H地上为地面水准点高程；a，b分别为地面水准尺读数和井下水准尺读数；r1，r2为地面和井下钢尺的读数；Δt，ΔL为钢尺的温度改正数和尺长改正数。

图3

3.4 控制标准

查询《工程测量标准》GB 50026-2020关于隧道贯通误差为100mm，考虑现场地质情况较为复杂，本工程采用接收井圈为大于顶管管径200mm，经过验证，接收井扩大200mm能够满足现场施工精度要求。

4 顶进过程中的测量控制

    铺设导轨的过程中一般在长度约20米的导轨上测量8-10个点的高程，要求这些点的高程和设计图纸的纵坡一致，调整和固定好导轨。

    顶进过程中一般可以在中线上安装全站仪，随时测量顶进机械姿态，测量平面坐标和高程与设计图纸坐标和高程对比，发现偏差即可纠偏，原则上“勤纠偏，快纠偏”。根据经验如果发现坐标和高程的偏差超过2公分后就需要纠偏。纠偏可采用挖土法进行，测量标高比设计标高正偏差则挖下侧土，反之挖上侧土，如果发现横向坐标正偏差则挖右侧土，负偏差则挖左侧土。也可以利用工具管校正，利用分布在工具管周围的四个校正千斤顶，调节工具管的方向而达到纠偏的作用，最大纠偏不能超过3公分，如发现偏差超过3公分，则可在顶进过程中缓慢纠偏。

5 贯通误差估算

   贯通误差的影响主要由地面控制测量误差、联系测量误差、管内导线误差和施工误差导致的。因为施工误差相对固定，本次估算暂时不考虑，假设地下导线起始边方位角度误差为m0，则有公式：

   （1）

式中： 距离测量引起的角度误差，   角度观测误差影响，吊锤投点角度影响。

由于下地三角形与地面三角形类似，因此可按照下式求得：

  （2）

式中：为侧边中误差；为转换常数，其值为206265；为联系三角形井壁两点的距离；为联系三角形测站到近井壁的距离。

根据现场条件，可达0.1mm，a=10m，b=2m，可布设到30°左右，则= ±1.717秒。

    角度观测误差影响计算公式如下：

  （3）

式中：m为地面上观测方向的中误差；m1为地下观测方向的中误差，根据工程测量规范中相应规定技术标准，m可达1.8″，由于地下观测相对地面观测精度会有所降低，所以认为m1≈2″。则=±9.424″。

    吊锤投点受井深和吊锤之间的距离影响，一般认为吊锤线的投点精度最高可以达到20万分之一，始发井深为20m左右，可认为上下观测位置的高度差为20m，吊锤间最长为12m，则(m0)p=±1.7″。

将以上所得的数值代入式（1）中，可得m0=9.728″

    考虑地面控制测量和趋进测量中带入的方位误差，取3次独立定向成果的平均值作为最终成果，则地下起始边的方向中误差m2a可用下式计算：m2a=m上2+m02/3=4.742

地下起始边点位误差和侧边引起的横向贯通误差可暂不考虑，则有横向贯通中误差影响公式：

式中：n为导线边数；L为顶管总长；根据顶管长度推算，n=6，=±1″（国家二等三角测角中误差，1″级仪器12测回施测，考虑控制测量中最弱边点位中误差的最大影响，代入公式解算出±0.165m，而接收井按照外扩0.2米设置，该方案可行，但是需要按照最高标准来实施测量工作。

总之，顶管测量工作是一项艰苦而繁杂的工作，需要充分的耐心和细心，以规范为底线，精细化测量，用心放好每一个点位。根据经验顶管距离小于1000米的，均可以先地面控制测量、竖井联系测量这种方法进行，接收井扩孔一般设置20公分能满足施工需要。希望大家能通过阅读本文章能有所启发，为公司高质量发展做出贡献。

参考文献：

王浩.长距离顶管平面控制测量关键技术.城市道桥与防洪，2021，第2期：102-106

王白发.工程测量标准GB50026-2020.北京，中国计划出版社，2020