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盾构法隧道测量问题与对策中铁投资集团.北方投资发展有限公司2016年9月青岛1盾构法修建隧道与传统的工法相比，具有安全、快速、低成本等优势，在国内地铁建设领域已被广泛应用。目前，股份公司拥有盾构达300余台，已经成为中国中铁的核心装备。然而，盾构法隧道因测量而导致的超限事故屡有发生，引起了股份公司的高度重视。受股份公司安全生产部委托，中铁北方投资公司于2014年5月开始调查各种常用盾构导向系统的现状，并于2015年3月成立了科研课题组，确立了研究方向，结合石家庄地铁一号线的实践，对盾构法隧道测量中的诸多问题进行了深入研究，形成了针对性较强的技术及管理对策《盾构法隧道测量工作指引》。2015年10月份在上海“中国中铁2015年地铁工程项目管理暨安全质量管控推进会”上作了经验技术交流。2015年12月份股份公司印发了中铁股份生产（2015）140号文关于印发《中国中铁股份有限公司盾构法隧道测量管理卡控要点》的通知。在此汇报我们的工作与体会，请各位领导与同行批评指正！2盾构法隧道测量概述12盾构法隧道常见的典型测量事故案例目录《盾构法隧道测量工作指引》(问题防范对策)4234石家庄地铁1号线盾构法隧道测量管理实践45结语31、盾构法隧道测量简述1.1盾构法隧道测量特点1.2盾构法隧道测量步骤1.3盾构法隧道测量与矿山法隧道测量比较1.4盾构导向系统简介41盾构法隧道测量简述盾构法隧道测量，是盾构机赖以精确导向的一系列设备与作业的总称；应具有如下特点：——系统性：盾构法隧道测量包括策划准备、联系测量、盾构始发测量、洞内控制测量、盾构掘进测量、盾构接收测量等一系列的测量活动，是一项系统性很强的专门技术工作。——精确性：掘进中要求管片安装偏差控制为：高程和平面±50mm，成型隧道中线允许偏差为：高程和平面±100mm。——实时性：盾构机在推进的过程中，要求实时地反映盾构机的姿态。1.1盾构法隧道测量特点51盾构法隧道测量简述盾构法隧道测量的步骤如下策划准备联系测量盾构始发测量洞内控制测量盾构掘进测量盾构接收测量1.2盾构法隧道施工测量步骤61盾构法隧道测量简述1.3盾构法隧道施工测量与矿山法隧道测量比较7施工方法测量仪器测量方法常规测量分工控制原理及流程纠错措施矿山法常规测量仪器控制测量：地面控制网+洞内控制网。三级公司精测队实施：地面控制网和洞内控制网；控制原理：主要通过导线点来控制洞体空间位置（导线点，3个自由度）二衬前如发现个别部位超欠挖，可采取措施进行处理。放样测量：采用传统的全站仪水准仪，对掘进和衬砌分次放样。项目部测量组实施放样测量。控制流程：导线网→线路中线→开挖及二衬轮廓。盾构法常规测量仪器+导向系统控制测量：地面控制网+联系测量+地下控制导线。三级公司精测队实施：地面控制网；控制原理：主要通过导线网和导向系统来控制盾构机姿态（刚体，6个自由度），进而控制管片姿态。出现隧道超限，只能通过调线调坡或重建来处理。放样测量：采用导向系统对掘进和管片拼装一次“放样”。项目部测量组，实施联系测量、地下控制导线、导向系统测量、人工复核测量。控制流程：导线网+导向系统→盾构机姿态→管片姿态→成型隧道轮廓。1盾构法隧道测量简述结合上表比对分析，盾构法隧道测量相较矿山法隧道测量具有如下特点：——测量内容更多：增加了联系测量、导向系统测量与跟踪式人工复测。——纠错难度更大：盾构法隧道中，管片拼装与掘进同时进行，复核纠错的时间较少（不存在掘进放样与衬砌放样的时间差），一旦出现超限，只能通过调线调坡或重建方式来处理。——后方支持更少：盾构机掘进速度非常快，可供测量作业的时间非常有限，联系测量、地下控制测量与导向系统测量大多由现场测量组独立完成，相较于矿山法隧道，所获取后方精测队的支持极为有限。——测量原理更复杂：盾构测量相较矿山隧道测量，增加了导向系统这一重要环节。而导向系统是诸多测量仪器、仪表、软硬件的集成，其原理及操作更加复杂。自动导向系统是盾构法隧道测量的关键设备，下面就其原理和构成，做简要介绍。1.3盾构法隧道测量与矿山法隧道测量比较81.4盾构自动测量导向系统简介盾构自动测量导向系统：是一种集测量、仪器仪表和计算机软硬件技术于一体，具有对盾构掘进姿态进行动态测量功能的系统。硬件负责获得数据，与之配套的软件则负责处理数据，导向系统则在盾构推进的过程中实时测量，并把信息及时反馈给工作人员。按实现的技术原理分为：激光靶导向系统技术原理、棱镜法导向系统技术原理。激光靶导向系统原理棱镜法导向系统原理1盾构法隧道测量简述9六六1.4盾构自动测量导向系统简介1盾构法隧道测量简述10安装在成型管片上的测站点盾构机成型隧道安装在成型管片上的后视点固定在盾构机上的导向系统激光靶盾构导向系统（硬件）组成1.4盾构自动测量导向系统简介激光靶全站仪黄盒子激光靶导向系统集成后视棱镜1盾构法隧道测量简述11工业电脑盾构自动测量导向系统常见类型上海力信RMS-D英国ZED日本演算工房德国VMT1.4盾构自动测量导向系统简介1盾构法隧道测量简述12通过对国内比较有代表性的四类导向系统的调查发现，导向系统行业呈现“一有三无”的特点：——有市场：据不完全统计，国内盾构达一千余台，每台盾构都必须配置一套导向系统。一套德国VMT激光靶导向系统售价高达160万元，国产力信也达90万元之多。——无标准：当前国内尚无针对导向系统的技术标准。——无教材：对于导向系统，厂家均会提供使用说明书，鉴于各厂家对自己商业秘密的保护，抑或就是一种商业模式，各家的说明书差异较大，涉及到核心内容时大多语焉不详，导致大多从业者知其然而不知其所以然。由于缺乏教材和专业参考书籍，给从业人员的业务学习带来诸多困难。——无监管：导向系统作为一种集成化后的计量设备，目前尚无技术监督管理，其精度的检定或校准也无从谈起。1.4盾构自动测量导向系统简介1盾构法隧道测量简述132盾构法隧道常见的测量事故案例序号测量事故常见类型危害程度典型事故案例1控制网精度超限非常严重华北某城市地铁XX区间2计划线错误非常严重华南某城市地铁XX区间3导向系统零位未校核严重中原某城市地铁XX区间4移站断差失控严重华北某城市地铁XX区间5管理缺陷+导向系统权限漏洞非常严重西南某城市地铁XX区间盾构隧道测量典型事故类型盾构法隧道测量存在问题相对较多，现场测量事件/事故也频繁发生，从产生原因分析，大致分为五种类型。142盾构法隧道常见的测量事故案例案例一：事故情况：2014年12月，华北某城市地铁XX区间盾构机接收时发现掘进轴线与设计轴线存在偏差159mm，造成盾构机姿态与洞门下缘相抵触，割除局部洞门钢环后，勉强接收，但造成洞口加固区出现小面积坍塌。主要原因分析：洞内控制导线最末端的控制点，精度超限，未能及时检核发现，在精度超限的控制导线的指引下，盾构机掘进，导致接收段落成型隧道超限，并造成接收困难。事故处理：通过调线调坡后，满足使用功能。相关案例：2003年11月华南某城市地铁沥大区间隧道轴线超限152盾构法隧道常见的测量事故案例案例二：事故情况：2008年12月，华南某城市XX区间左线在掘进完成后，贯通测量时发现，约119m成型隧道偏离轴线，最大偏移量1793mm。主要原因分析：在盾构机接收前150m范围内，VMT系统出现异常，数据丢失，测量人员重新输入计划线数据时，出现错误，曲线要素少输入“-”号，导致曲线转为反向。掘进过程中，相关人员已觉察异常，但未引起重视。随后，测量人员自己发现了问题的所在，出于畏惧心理，没敢向上汇报实情，而是错上加错，私自设置了迂回曲线进行盾构机接收。事故处理：对成型隧道调坡处理后，仍有70m隧道拆除重建。相关案例：2014年西南某城市地铁也出现过类似事故。162盾构法隧道常见的测量事故案例案例三：事故情况：2014年7月，中原某城市地铁XX区间盾构始发刚掘进16.5m时，发现盾尾间隙变化异常，经人工测量后，发现盾构机垂直姿态偏差达184mm。主要原因分析：经检查发现，系导向系统中倾斜仪装反所致。本案例中的导向系统系日本演算工房，其售后服务能力在同类产品中较弱，所以厂商和施工单位均没能及时发现盾构机倾斜仪装反的错误，导致将下坡向指为上坡向，进而造成超限事故。相关规范中，对于盾构机导向系统，均没有校准（检定）的要求，对于导向系统的使用也没有相应的技术监督管理。本案例充分说明，“导向系统零位检定“的必要性与重要性。事故处理：将盾构机导向系统重新安装调试；隧道线路进行调坡处理。相关案例：2013年华东某城市有类似事件发生。172盾构法隧道常见的测量事故案例案例四：事件情况：2014年5月，华北某城市地铁XX区间，YK13+160.8~+192.0段（约26环），掘进时连续出现盾构机姿态偏差较大，造成成型管片轴线偏差最大达93mm（规范要求100mm）。主要原因分析：在该段隧道测量移站作业过程中，移站前后盾构机姿态数据经对比，偏差达60mm，项目部未采取重新测量或校核情况下，采用新的数据进行掘进控制，造成移站点附近盾构机姿态出现波动较大，相应段落管片姿态偏差较大，轴线临近超限且错台较多。移站前移站后18目前，国内地铁一般对“移站断差”不做控制，石家庄地铁1号线是从2015年初开始管理该指标的。移站断差控制不好，会引发盾构机“纠偏”频繁，轻则会导致管片错台、开裂，重则会导致成型隧道超限。事件处理：该段成型隧道虽然临近超限且错台较多，但尚能满足限界要求。2盾构法隧道常见的测量事故案例案例四：（续前）192盾构法隧道常见的测量事故案例案例五：事故情况：2015年1月，西南某城市地铁XX区间，受地质上软下硬影响，盾构机掘进过程出现上漂现象，为了躲避业主的视屏监控，在项目部领导不知情的情况下，现场测量人员通过私自修改计划线数据，使工业电脑操作界面上显示的姿态“合格”，后经第三方复核测量发现，管片姿态出现较大偏差，最大达235mm。主要原因分析：项目部盾构测量工作存在管理缺陷，加之使用的测量导向系统未对操作权限进行详细分级设置，测量人员为逃避监控，违规操作，私自修改计划线数据，导致隧道超限问题发生。事故处理：经调线调坡后满足运营限界要求。相关案例：前述，华南某城市的XX区间，也存在私自修改计划线数据的情况。20综上五个典型案例来看，盾构法隧道测量超限事故就其引发原因至少有五种之多。课题组通过对众多的测量事故调查发现，当前盾构法隧道测量现状不容乐观，简要概括为“四多四少”特点：——作业环节多管控手段少——边干边学者多精通业务者少——责任大付出多地位低收入少——超限事故多刨根问底少精通盾构测量=熟悉盾构施工工艺+掌握导向系统+精通控制测量；同时满足这三个条件的人寥寥无几！212盾构法隧道常见的测量事故案例3《盾构法隧道测量工作指引》（问题防范对策）3.1《盾构法隧道测量工作指引》简介3.2工作分解结构（WBS）★WBS简介★WBS示例：盾构导向系统计划线数据3.3责任矩阵（RAM）★RAM简介★RAM示例：盾构导向系统计划线数据3.4《指引》中的开创性工作简介盾构法隧道测量工作指引222014年05月份受股份公司安全生产部的委托，对导向系统的使用性能作调查研究。2014年12月份中铁北方公司在开展石家庄地铁盾构测量专项检查时，发现测量工作现状令人担忧，开始着手研究制定管理及技术措施。2015年03月份北方公司召开了参建单位三级公司总工程师参加的盾构测量专题会，出台了盾构施工测量6大环节43个要点（工作结构分解雏型）。2015年03月份根据股份公司李凤超总监的安排，北方公司成立了“盾构法隧道测量课题组”，成员单位有中铁一局精测公司、石家庄地铁06标（中铁七局）、11标项目部（中铁一局）。2015年06月份北方公司召开现场盾构测量专题会议，将所编制的《盾构法隧道测量工作指引》（初稿）下发给5个盾构标段试行。2015年06月~10月在石家庄地铁盾构标段现场检验，深度调研，并修改完善《盾构法隧道测量工作指引》。2015年12月股份公司安全生产部颁布《盾构法隧道测量管理卡控要点》；安排北方公司印刷《盾构法隧道测量工作指引》1500