顶管工程中利用激光直线定向测量

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摘要：目前雨污水工程中管道敷设，一般采用全断面开挖施工，随着城市化进程的加快，污水管道的敷设越来越深，开挖施工随着管道的埋置深度的加深越来越不经济。加之城市基础设施十分拥挤繁杂，排水管线往往会穿越既有公路、铁路等交通设施，开挖施工往往会严重制约。在这些条件的限制下无论是设计还是施工单位均在寻求一种便捷的新型技术。目前，非开挖技术应用十分广泛，一次性敷设管道长度记录不断被刷新，对于各种地层的适应能力越来越强，施工质量和速度可以得到更好的保证，但是国内顶管施工中的测量技术还比较落后，主要体现在：(1)在短距离顶管施工方面，测量工作的主要内容是在顶进过程中的检查测量，正常顶进时每隔60～80cm测量一次，测量误差较大时，每隔30～40cm就要观测一次，因而工作强度大，效率低，较大程度地制约了工程施工进度。(2)地下施工定向方法精度不高，仪器笨重，程序繁琐；导向测量的方法效率低，强度大。而城市地下顶管工程施工路径越来越长，精度要求越来越高，路线越来越复杂，传统的测量方法和仪器已不能适应现代地下工程的特点。为此有必要在经济合理的前提下，加快国内顶管施工测量技术的精密化、自动化和智能化。

关键字：激光扫平仪、激光束单点定向改为激光十字平面定向、工艺流程、平面控制点布设、竖井护壁布置导向点、竖井坐标传递、布置导轨

中图分类号：P2文献标识码： A

1、工艺原理

本工艺在顶管工程中改变了以往的测量思路，将传统激光束单点定向改为激光十字平面定向，对顶管施工不间断提供导向依据，及时发现顶进管道中心与设计轴线偏差，更加直观的确定开挖掌子面的范围，挺高了施工精准度。同时也减少了繁杂的测量工作和简化了测量流程。

准确计算顶管轴线坐标采用全站仪进行布置控制点，在工作井与接收井顶面布置控制点，并通过激光全站仪将控制点布置于理论顶进轴线上，控制点的布置应位于工作井顶面以下两米位置，且工作井四壁均以此法布置顶进轴线平行线和对应法线，以法线作为二级控制。坐标计算采用CAD结合方法，通过绘图计算得出直观的测量方案及任意点的坐标值。

利用扫平仪将两线交汇点经过瞄直原理，将其准确定位于临时工作平台上，通过扫平仪投射至井底，并埋好控制桩。依据徕卡RUGBY400DG激光扫平仪向其五向投线，首先用铅垂激光点对准轴线交汇点，并且整平。旋转机头使得四条激光线准确经过四个控制点。

高程控制，利用水准仪将水准点布设在顶管工作井壁上方，利用钢尺丈量其至顶管坑深度，将高程引致坑底，并在扫平仪投线的激光线上做好高程标记，计算出水平激光线高程。依据扫平仪上的水平激光线控制管线的流水坡度。

依据激光线布置导轨，使其与激光相平行，并依据管径计算轨距，导轨依据激光线称轴线对称布置，采用管底流水坡度计算轨道高程。并用锚固导轨用C30水泥混凝土将其浇筑，导轨外漏高度由具体管径而定。

每次下管之前迅速进行方向定位，如管中心位置发生偏移及时采取相应的纠偏措施。

2、工艺流程：

平面控制点布设

竖井护壁布置导向点

竖井坐标传递

架设激光扫平仪

高程基准线布置

布置导轨

3、施工操作要点

1） 平面控制点布设

（1）、依据甲方提供控制点作为首级及控制点，进行控制点加密，控制点之间距离不宜大于500m，距顶管线轴线两侧50～200m以内，点之间至少有两个点通视。对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖30CM深的桩孔，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护。

制定详细的GPS静态布控方案，加密点外业观测时间不小于120min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100 000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差为小于5ppm，平面二维约束平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm。高程采用苏式DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于±20。

（2）、竖井护壁布置导向点

查看图纸准，确读图理解设计意图，计算顶管轴平面坐标，以此在CAD中绘制轴线上的任何一点坐标，也可以通过方位角计算出轴线坐标，并放样与竖井护壁上，利用全站仪或者激光经纬仪瞄直法定向是几何定向，使得激光点投射于竖井护臂之上，投射四点中相互为90°夹角，其两点位于轴线面上，两点位于法线面，投射的激光点位置用冲击钻将其打眼，用木制楔子紧紧楔入，并且利用带有十字丝的螺丝钉将其准确定位。导向点的距地面不宜过高，应在地面以下1～2m，方便地上人员观测，能使得激光扫平仪的激光线准确经过每一点，确保其定向精度。在此要注意法线方向上的两点要根据实际工作井尺寸、设备、操作顺序等，在免干扰或者干扰较小的位置形成交汇点。

(3)、竖井坐标传递

在工作井内管道顶进轴线方向上架设一台激光扫平仪，并要求底座平台与工作井底板单独连接，除此之外不能与其他任何设备有接触，以免其他设备的震动或移动导致底座平台的震动，否则会间接导致激光扫平仪的不稳定，从而导致测量数据的不准确。在工作井底板浇筑时利用激光扫平仪竖向激光线同时穿过四个护壁控制点，并向下竖向投射控制点， 根据激光点位置做好标记，利用冲击钻在标记位置植入钢筋，并再次架设仪器，调整仪器，找出激光点在钢筋上的具置，利用钢锯在其上准确刻出十字丝。

(4)布置导轨

1、在顶进管道入土前，导轨承担导向功能，以保证管节按照设计高程和前进方向和坡度前进。依据激光线布置导轨，使其与激光相平行，并依据管径计算轨距，导轨依据激光线呈轴线对称布置，采用管底流水坡度计算轨道高程。并用C30砼将导轨浇筑在底板上，导轨外漏高度由具体管径而定。

2、两导轨应顺直、平行、等高，其坡度应与管道设计坡度一致。当坡度小于1%时，导轨可按平坡铺设。

3、导轨安装允许偏差应为：轴线位置3mm；顶面高程0～＋3mm；两导轨内距：±2mm。

4、安装后的导轨必须稳固，在顶进中承受各种负载时不产生位移、不沉降、不变形。

(5)、高程基准线布置

计算竖井的深度，将地面标高引入井下，利用激光扫平仪的水平线制定基准水平面，在工作井护壁上做好标记，利用该水平线的高程值，计算管内底标高差值，利用刻度尺时刻测量水平和竖向的刻度，以此计算顶管的方向是否偏离设计轴线。将每次复测时间控制在几分钟以内，时刻监测顶管走向，及时发现顶管工程是否有低头、抬头、水平偏离等现象。

4、工程实例

工程概况：西咸新区空港新城第一大道市政工程

该工程新城第一大道是新城内道路骨架中的“五纵四横”之一，全长7.24km，为城市主干线，并是新城的排水设施主线，管径可达d3000。

2西咸新区空港新城第五大道市政工程

工程概况：该工程为新城第五大道是新城内道路骨架中的“五纵四横”之一，全长6.8km，为城市主干线，并是新城的排水设施主线，管径可达d3000。管道埋深可达31m。

我公司施工的以上实例工程顶管工程定向测量，通过在施工过程中严格按照本工法中的工艺流程和质量要求进行施工，取得了较良好的经济社会效益，顶管工程施工完毕后，对其顶进质量验收，发现均达到规范要求满足验收标准。

参考文献：

1、崔国新 机械顶管施工测量方法市政技术-―2006第1期

2、余建峰 顶管施工过程中地层变形的三维有限元模拟广州建筑-2006第3期