1顶管施工测量方法

第２４卷第１期市政技术

Ｖ０１．２４Ｎｏ．１

２００６年１月

ＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ７Ｉ’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｎｕａｒｙ，２００６

文章编号：１００９—７７６７（２００６）０１一００６３—０４

机械顶管施工测量方法

崔国新

（北京市中宣市政工程有限公司，北京

１０００５４）

摘要：机械顶管施工必须在顶管坑内设置一条方向线，指引顶管机掘进，确保管道实际中心线与设计中心线重合或偏差在允许的范围内。测量工作的关键就是设置这条标志线。文章论述了加密中线点、中线投影、安置激光经纬仪以及投点精度分析的方法，此方法应用在实际工程中取得了良好效果。关键词：机械顶管；施工测量；不定向导线；中线投影；精度分析中图分类号：Ｕ４５２．１３

文献标识码：Ｂ

ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｕｒＶｅｙｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｉｐｅＪａｃｋｉｎｇ

ＣＵＩＧｕｏ—ｘｉｎ

机械顶管施工由于机头和其后的管道始终处于运动状态，不能通过“在管道内设置测站”的方法测定机头的准确位置，必须有一条平行（或重合）于管道中心线且不受机头及管道运动影响的标志线（也称“方

适当的中线点、放样顶管坑及接收坑“十字中线”。当顶管坑与接收坑不通视时，采用“三角形法”或“不定向导线法”测量顶管坑到接收坑的方向与已知边的夹角，然后再加密中线点。

１．１

向线”），施工人员可以通过此标志线，随时确定机头

的位置，指引顶管机掘进．确保管道实际中心线与设计中心线重合或偏差在允许的范围内。因此。测量工

内插法

经纬仪安置在顶管坑中心０点．盘左后视接收

坑中心Ｐ点。用内插法在距０点约２０ｍ的地方标定中线点Ｉ；倒镜在另外一侧，距Ｄ点约２０ｍ的地方标定中线点Ⅱ’，盘右后视Ｐ点，倒镜标定Ⅱ”点。若Ⅱ７点与Ⅱ”点不重合，取两者连线中点作为Ⅱ点。通过Ｄ、Ｉ、Ⅱ三点放样顶管坑十字中线。１．２三角形法

如图１所示，Ｄ、Ｐ两点不通视，在可以同时看到０、Ｐ两点的地方设置一点￡，￡点安置全站仪，方向法

作的关键就是设置这条标志线。

激光束是最好的方向线。把管道设计中线投影

到顶管坑内，在中线上安置激光经纬仪，使激光束位于管道中线所在的铅垂面内：设置激光经纬仪竖直角，使激光束坡度与管道设计坡度一致，激光束与管道设计中心线平行。这样就完成了顶管机赖以定位的方向线。

机械顶管施工测量的主要工作是：将地表中线投影到顶管坑内：用坑内中线控制激光经纬仪的安装和

测量￡Ｄ￡Ｐ，测量边长０￡、ＯＰ。鳃△跳Ｐ，计算出

厶ＰｏＬ、

调试；使用激光束指引顶管机沿设计轨道顶进。本文重点讨论直线机械顶管的施工测量方法。

１中线点加密

顶管坑内的中线是施工控制基准线。它是通过投

影得到的。投影前。必须在地面上高精度加密或放样

图１

Ｌ

三角形法加密中线点示意图

Ｄ点安置仪器，后视￡点拨角ａ＝么尸观，定出中

线点Ｉ、Ⅱ。

精确丈量Ｄ点到Ｉ、Ⅱ两点的水平距离。通过解算△￡ＰＩ或△ＬＰⅡ求出勿角或ｐ角。当Ｄ点被挖掉

收稿日期：２００５一０７—１４

作者简介：崔国新（１９６７一），男，河北丰润人，工程师，学士，主要从事

工程施工测量的组织管理工作。

万方数据　

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后，可通过测量∥角或ｐ角检查中线方向。１．３不定向导线法

当不能用“三角形法”解决实际问题时，在Ｄ、Ｐ

两点间布设“不定向导线”。假设Ｄ点坐标为（３００，５００）；Ｄ１边方位角为０。。测量１、２…．、凡点的导线边夹角及０１、１２…．、ｎＰ边长。计算出Ｐ点坐标。然

后计算ＤＰ方位角．从而计算出０Ｐ方向与０１边夹角

“。以后的测量工作同“三角形法”。

不定向导线布置原则：点尽量少、边长相等、导线点均匀分布在线的两侧。

导线测量技术要求：测角用２”经纬仪，方向观测法，两测回。一测回两倍照准差≤１８”、方向值两测回较差≤１２”。距离测量用２＋２×１０巧及以上级别测距仪．观测次数为“１次往测”、两测回（“测回”是指：照准目标１次，读数２—４次的过程）。

不定向导线平差：

Ｄ、Ｐ两点一般由工程平面控制网放样或测绘单位直接标定得到，所以Ｄ、Ｐ两点的坐标差一般是已知的。导线测量得到的坐标差与已知坐标差进行比较得到坐标差闭合差。通过近似平差，当相对闭合差满

足一级复合导线精度要求时，认为导线测量合格。再根据边长比例分配坐标差闭合差，计算得到仅角。

２中线投影方法２．１经纬仪投点法

当顶管坑深度较小时．可以用经纬仪直接把地面上的中线方向投影到顶管坑内，实现中线投影。

如图２所示，在中线点Ａ上安置经纬仪，盘左后视另一中线点Ｂ，锁紧水平制动钮，纵转望远镜在顶管坑内标定一点Ｃ，；盘右后视Ｂ点，纵转望远镜在顶

管坑内标定一点Ｃ：，若两点不重合，取两点连线中点

作为投影点Ｃ，此点用于安置激光经纬仪。

图２经纬议直接投点示意图

曰点安置经纬仪，后视Ａ点，在顶管坑壁投影一点Ｄ，用于激光经纬仪后视定向。２．２挂垂线投点法

当顶管坑深度较大时．通过在管道设计中线所在

万　

方数据的铅垂面内悬挂垂线，然后在顶管坑内２台经纬仪把垂线点投影到坑底，完成中线投影。

在顶管坑上搭建支架．悬挂细钢丝Ａ及Ｂ，用经纬仪调整钢丝位置，使其位于管道设计中线上，钢丝下端挂重锤（必要时，重锤浸在油中．以加速及保持垂线稳定）。在顶管坑内安置２台经纬仪，对Ｂ钢丝

进行投点得Ｂ’点。Ｂ’点架设经纬仪．后视Ａ钢丝，在

坑壁上投点４７，并用于定向。２．３激光铅垂仪法

在顶管坑上搭设平台ｆ操作平台必须与仪器架设平台分开搭建不得有接触），在架设仪器平台中间开一直径１５～２０ｃｍ的洞，用铁盖板或木盖板覆盖洞口。首先在盖板上标定中线点（该点用小十字线法栓点，以备二次使用），安置激光铅锤仪后，再将盖板移开，通过激光铅锤仪，在地板上投影中线点。在投影过程中，转动仪器１周，在地板上得到一系列的点．并且组成一个圆，那么圆心就是中线点（在实际使用时，由于顶管坑较浅，地板上投影的所有点基本上完全重合，所以转动仪器只作为检测手段）。２．４综合投影方法

综合投影是把以上几种方法结合在一起．从精

度、速度、人员物资消耗等多方面进行优化组合，实现中线投影的方法。

顶坑地板上的中线投影点用于安装激光经纬仪。制作支架固定在地板上；支架上端焊接一个“回”形

框，其上顶面开一条长槽，用于连接仪器；下面板开一

个洞，用于激光经纬仪对中视线通过。

首先，固定激光束水平方向；其次，调整激光经纬无论那种方案．都必须在顶坑附近加密出中线点Ｉ、Ⅱ，用以控制地表中线。Ｉ点是经纬仪安置在Ｄ中线加密点精度分析

在施工现场，Ｏ、尸两点是已经标定好的，加密中

Ｏ’Ｐ，为视线方向，视线偏离０Ｐ方向主要是由于

３激光经纬仪安装与调试

仪垂直角，使激光束坡度与管道坡度一致。４投点精度分析

点，后视Ｐ点直接通过视线标定的：Ⅱ点是经纬仪倒镜标定的。

４．１

线时由于仪器受安置误差、后视Ｐ点的偏心误差及瞄

准误差、望远镜调焦误差、标定误差等影响，使Ｉ、Ⅱ两点偏离设计中线ＤＰ方向，如图３所示。

Ｄ点仪器对中误差、Ｐ点偏心误差、瞄准误差造成的：

而调焦误差、标定误差造成Ｉ、Ⅱ两点偏离视线。下面

万　

方数据

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市政技术

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影响也可以忽略。

点的标定误差丁取１ｍｍ（由于点距离仪器仅

１５

ｍ，所以可以高精度标定点位）。点位总误差：

ｍ＾＝ｍ＝±、／ｍ２中＋ｆ

（８）

把数值代人式（８）得：ｍ＝ｍＢ－±１．０２ｍｍ。可见锁

口圈梁上中线点Ａ、Ｂ的点位误差主要是点标定误差

造成的，其他误差均可以视为０，所以必须仔细标定Ａ、日两点，以便提高精度。

４．２．２顶管坑底部点的标定误差

坑底点的标定误差７－也取１ｍｍ。所以，顶坑内投影点的总误差

ｍ投＝±、／ｍ２中＋７－２＝±１．４３ｍｍ。

（９）

在顶坑内标定两点，用于安装激光经纬仪及后视定向，由于两点的点位误差，使得两点连线方向与Ｉ、Ⅱ两点连线方向产生夹角仅。（见图６）。

图６锁口圈梁上中线点的设置误差示意图

仅。＝±Ｊ％＝±２８”

（１０）

Ｚ、／２

４．３挂垂线投点法精度分析

垂线定位如同标定锁口圈梁上中线点Ａ、Ｂ，只不

过此时Ａ、曰所代表的是２条细钢丝位置，其误差受经纬仪对中误差及钢丝定位误差影响．其值可以用式（８）计算。

ｍ畿＝±、／ｍ２中＋ｆ＝±１．０２

ｍｍ。

因为顶坑比较浅。所以认为悬挂的钢丝线在铅垂

方向没有偏差．这样顶坑底部钢丝线的位置中误差仍为ｍ丝＝±１．０２ｍｍ；用２台经纬仪在坑内直接对某一

钢丝投点，误差也可以认为是Ｏ。

依照公式（１０），坑内２条钢丝连线方向与Ｉ、Ⅱ

两点连线方向产生夹角：

ｄｍ丝＝±—芒ｐ＝±２０”。

Ｚ、／２

４．４激光铅垂仪投点精度分析

采用激光铅垂仪投点方法．坑内点位误差来源于

仪器安置误差、仪器自身误差、点的标定误差。

４．４．１仪器安置误差

万　

方数据仪器安置在中线点的误差由两部分组成：设置中线

点误差和仪器对中误差。设置中线点类似设置锁口圈梁点

Ａ口。所以，

，ｎ点２，％２±１．０２ｍｍ；

仪器对中误差取１ｍｍ。所以，仪器相对于地表中线的安置误差为：

ｍ安置＝±、／ｍ蕉＋１＝±１．４３

ｍｍ。

４．４．２仪器自身误差

很难精确测定，所以近似取±１

ｍｍ。

４．４．３点的标定误差

由于标定点到仪器的距离一般在１０～１２ｍ，所以

标定点位误差取±１．５

ｍｍ。

点的总误差为：ｍ总点＝±２．３ｍｍ。

依照公式（１０），得：

仪小仪＝±ｊ堡些ｐ＝±４５”。Ｚ、／２

４．５地表不通视确定顶进方向误差对施工的影响

无论是用“三角形法”还是“不定向导线法”．在确定顶进方向时，测量误差对方向的影响都是有限的，根据测量相关知识，可以把此项误差作为通视情况下

Ｐ点的偏心误差进行处理．这样做对顶坑中线投点精度没有什么影响。

５结语

机械顶管施工测量的基本工作就是把地表顶进

方向线投影到顶坑内。并设置激光束指导顶管机掘

进。测量工作的关键是地表中线点加密、中线投影、激光经纬仪安装调试。本文论述的机械顶管施工测量方法在北京市“回龙观～清河污水处理厂连通线”

工程中加以应用，特别是在穿越“青岛啤酒厂”地表不通视段，应用“不定向导线”确定顶进方向，取得了很好效果。此法在暗挖工程施工中也取得了非常好的效果。

参考文献：

［１】李青岳，陈永奇．工程测量学［Ｍ】．北京：测绘出版社，

１９９５．１３６—１３７．

［２】张项铎，张正禄．隧道工程测量［Ｍ】．北京：测绘出版社，１９９８［３］章书寿，陈福山．测量学教程［Ｍ】．北京：测绘出版社，１９９１．