一種地鐵長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量方法

　　【摘 要】：實(shí)現(xiàn)地鐵長(zhǎng)大隧道高精度貫通，地下控制測(cè)量是關(guān)鍵。文章提出盾構(gòu)自始發(fā)、過(guò)中間風(fēng)井不能實(shí)施二次始發(fā)聯(lián)系測(cè)量時(shí)的測(cè)量方法：地鐵長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)設(shè)置約束邊，多階段基線成果平均后，納入洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行平差，進(jìn)行陀螺儀坐標(biāo)方位檢核。工程實(shí)踐表明，該方法能提高測(cè)量精度，確保隧道順利貫通。

　　本文源自楊定強(qiáng)， 天津建設(shè)科技 發(fā)表時(shí)間：2021-04-23 《天津建設(shè)科技》(雙月刊)創(chuàng)刊于1990年，由天津市建設(shè)科技信息中心主辦。本刊堅(jiān)持為建設(shè)科技事業(yè)發(fā)展服務(wù)的方針，堅(jiān)持為建設(shè)系統(tǒng)廣大科技人員服務(wù)的宗旨，緊密圍繞天津市建設(shè)系統(tǒng)的科技重點(diǎn)工作進(jìn)行宣傳報(bào)道，主要刊載建筑業(yè)、建材業(yè)、市政業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、公用事業(yè)五大行業(yè)的科技成果、學(xué)術(shù)論文、重點(diǎn)工程、推廣項(xiàng)目、地方標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及政策法規(guī)等，并介紹各專業(yè)的科技發(fā)展趨向以及國(guó)內(nèi)外建設(shè)科技發(fā)展動(dòng)態(tài)信息。

　　【關(guān)鍵詞】：地鐵;聯(lián)系測(cè)量;隧道;盾構(gòu)

　　近年來(lái)，城市軌道交通工程建設(shè)發(fā)展迅速，線路呈網(wǎng)絡(luò)化、向外輻射的趨勢(shì)，區(qū)間隧道越來(lái)越長(zhǎng)，控制測(cè)量是隧道順利貫通的核心和關(guān)鍵[1] 。地鐵長(zhǎng)大隧道控制測(cè)量方法：設(shè)中間風(fēng)井時(shí)，在車站或明挖區(qū)間進(jìn)行始發(fā)聯(lián)系測(cè)量，主要采用兩井定向或一井定向聯(lián)系測(cè)量確定始發(fā)基線邊，當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)遠(yuǎn)離中間風(fēng)井一定距離后，再次進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，確定二次始發(fā)基線;不設(shè)中間風(fēng)井時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)條件允許情況下，可采用鉆孔投點(diǎn)的方法實(shí)施聯(lián)系測(cè)量。

　　在實(shí)際工程中，往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)置了中間風(fēng)井，但不能實(shí)施兩井定向或一井定向，路面又不具備鉆孔投點(diǎn)條件的情況。基于此，本文介紹了一種在中間風(fēng)井附近設(shè)置一組約束邊，利用陀螺儀定向技術(shù)[2] 進(jìn)行坐標(biāo)方位校核地下控制測(cè)量方法。

　　1工程概況

　　成都地鐵 17號(hào)線一期九江站—白佛橋站右線采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長(zhǎng)度 2 501.156 m。在距始發(fā)端 900 m處設(shè)置一座中間風(fēng)井，長(zhǎng)25 m、寬29.7 m。進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量的階段：始發(fā)階段，掘進(jìn)至 100～150、300～ 400、700 m，風(fēng)井貫通前150～200、1 000、1 600、2 200 m，隧道貫前100～150 m。在聯(lián)系測(cè)量1 000、1 600、2 200 m，貫通前 100～150 m 處進(jìn)行陀螺儀定向邊檢測(cè)工作。右線聯(lián)系測(cè)量共9次，陀螺定向檢測(cè)共4次，測(cè)量難度大、任務(wù)重，精度要求高。

　　2控制測(cè)量

　　2.1測(cè)量方法

　　在盾構(gòu)掘進(jìn)至中間風(fēng)井前，中間風(fēng)井三層框架結(jié)構(gòu)已施工完成，頂板、中板間為滿堂支架，預(yù)留的孔洞不滿足一井定向的測(cè)量條件。區(qū)間沿快速路鋪設(shè)，來(lái)往車輛較多，周邊環(huán)境復(fù)雜，不具備路面開孔投點(diǎn)的條件。為確保隧道貫通，在風(fēng)井設(shè)置約束邊，與始發(fā)基線構(gòu)成閉合導(dǎo)線并進(jìn)行陀螺定向測(cè)量，檢校坐標(biāo)方位角，較差滿足要求后，作為后續(xù)掘進(jìn)的二次始發(fā)基線。見圖1。

　　第一階段：完成1 000 m聯(lián)系測(cè)量，平差計(jì)算始發(fā)基線成果;取本次始發(fā)基線測(cè)量值與風(fēng)井貫通前 150～200 m 聯(lián)系測(cè)量始發(fā)基線成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，確定約束邊測(cè)量值;進(jìn)行陀螺儀定向，檢核約束邊方位是否滿足測(cè)量限差要求。

　　第二階段：當(dāng)完成 1 600 m 聯(lián)系測(cè)量后，取本次始發(fā)基線的測(cè)量值與 1 000 m 聯(lián)系測(cè)量始發(fā)基線成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測(cè)量值;取本次約束邊測(cè)量值與 1 000 m 聯(lián)系測(cè)量約束邊測(cè)量值均值;將本階段始發(fā)基線邊均值、約束邊均值作為起算數(shù)據(jù)納入洞內(nèi)精密導(dǎo)線進(jìn)行整體平差。

　　盾構(gòu)掘進(jìn)至 2 200 m、貫通前 150～200 m 處地下控制測(cè)量方法同上。

　　2.2測(cè)量實(shí)施

　　2.2.1聯(lián)系測(cè)量

　　本次測(cè)量使用了 GPS 控制點(diǎn) G103、G105、G108、 G109，精密導(dǎo)線點(diǎn)D120作為起算點(diǎn)，作業(yè)前先對(duì)其穩(wěn)定性檢查，邊長(zhǎng)及角度檢核。見表1。

　　控制點(diǎn)檢核無(wú)誤后，地面導(dǎo)線以 G103—G105、 G108—G109 為起算邊，經(jīng)過(guò) D120、D812(近井點(diǎn))、 D808(近井點(diǎn))、D805 構(gòu)成附合導(dǎo)線。外業(yè)水平角觀測(cè)四測(cè)回，往返測(cè)距各兩測(cè)回并進(jìn)行儀器加乘常數(shù)、氣壓及溫度改正。測(cè)量過(guò)程中對(duì)觀測(cè)限差進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證外業(yè)數(shù)據(jù)的可靠性[3] 。內(nèi)業(yè)采用武漢大學(xué)科傻測(cè)量控制網(wǎng)平差軟件處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，附合導(dǎo)線角度閉合差為3.8″，X坐標(biāo)閉合差-6.7 mm，Y坐標(biāo)閉合差 4.5 mm，相對(duì)精度1∶85 752，測(cè)量精度滿足要求。

　　聯(lián)系測(cè)量采用兩井定向，中間風(fēng)井前各階段聯(lián)系測(cè)量觀測(cè)程序：井上在點(diǎn) D812、D808 設(shè)站，分別后視 D120、D805，觀測(cè)GS1、GS2角度、距離;井下在點(diǎn)Y01、 Y02 設(shè)站，分別后視 Y02、Y01，觀測(cè) GS1、GS2 角度、距離。對(duì)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差。

　　1 000 m聯(lián)系測(cè)量時(shí)在中間風(fēng)井附近設(shè)置約束邊 Y600—Y700，與始發(fā)基線 Y01—Y02構(gòu)成閉合導(dǎo)線，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后，取始發(fā)基線本次測(cè)量值與風(fēng)井貫通前 150～200 m 聯(lián)系測(cè)量成果均值。將始發(fā)基線均值作為起算數(shù)據(jù)參與洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測(cè)量值。閉合導(dǎo)線角度閉合差為-10.0″，邊長(zhǎng)閉合差1.8 mm，相對(duì)精度<1∶100 000;測(cè)量成果滿足要求。見表2。

　　盾構(gòu)掘進(jìn)至1 600 m進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，經(jīng)平差計(jì)算，取 1 600 m 聯(lián)系測(cè)量始發(fā)基線成果與 1 000 m 聯(lián)系測(cè)量始發(fā)基線成果均值參與洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測(cè)量值，取該成果與 1 000 m 聯(lián)系測(cè)量約束邊成果均值，將本階段始發(fā)基線、約束邊成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，控制點(diǎn)成果滿足要求后，進(jìn)行下一階段控制測(cè)量工作。見表3。

　　2.2.2陀螺定向測(cè)量

　　陀螺定向方位角測(cè)量采用“地面已知邊—地下檢測(cè)邊—地面已知邊”的測(cè)量程序[4] ;其中地面已知邊為 G103—G105，地下檢測(cè)邊分別為 Y600—Y700、Y900— Y1000、Y1350—Y1400、Y1400—Y1500。

　　外業(yè)地面已知邊觀測(cè)在點(diǎn)G103設(shè)站，后視G105，獨(dú)立觀測(cè)四測(cè)回，每測(cè)回均先進(jìn)行測(cè)前零位測(cè)量，采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測(cè)數(shù)據(jù) 5組，逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)中值符合要求后，進(jìn)行測(cè)后零位測(cè)定;陀螺定向完成后，在點(diǎn) G105 設(shè)站，后視G103，按照上述方法進(jìn)行陀螺定向，滿足要求后，取兩端定向均值為陀螺觀測(cè)方位角。地下檢測(cè)邊觀測(cè)方法同上。

　　內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算：儀器常數(shù)=已知邊方位角-陀螺觀測(cè)方位角;地下檢測(cè)邊方位角=儀器常數(shù)+地下檢測(cè)邊陀螺方位角平均值。

　　2.2.3注意事項(xiàng)

　　1)整個(gè)測(cè)量過(guò)程盡量保證控制網(wǎng)一致，不得隨意更換控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，相鄰控制邊邊長(zhǎng)布設(shè)合理，相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間、導(dǎo)線點(diǎn)與其相連的GPS點(diǎn)之間的垂直角不應(yīng)>30° [5] ，視線距障礙物的距離不應(yīng)<1.5 m。觀測(cè)過(guò)程中在照準(zhǔn)光學(xué)對(duì)中覘牌、反射片進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，注意更改儀器常數(shù)，確保正確測(cè)距。

　　2)聯(lián)系測(cè)量中所用的阻尼液稠度不宜過(guò)濃，不得采用重機(jī)油等其他液體。懸吊鋼絲的重錘不能碰壁或觸底。近井點(diǎn)至鋼絲的距離不宜過(guò)短，以免影響鋼絲測(cè)角。測(cè)量時(shí)應(yīng)避免在有風(fēng)、高溫、潮濕的天氣條件下進(jìn)行。

　　3)洞內(nèi)宜布設(shè)成雙導(dǎo)線，形成多邊形閉合環(huán);小半徑曲線地段應(yīng)提前考慮點(diǎn)位的通視情況且邊長(zhǎng)應(yīng)盡量拉長(zhǎng)。洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)應(yīng)隨時(shí)記錄溫度、濕度情況，應(yīng)避開熱源、振源。

　　4)進(jìn)行陀螺儀測(cè)量時(shí)，地面已知邊應(yīng)選在無(wú)明顯振動(dòng)，無(wú)風(fēng)流、交通、人流影響的位置并避開高壓電磁場(chǎng);地下檢測(cè)邊應(yīng)選在施工影響范圍外且邊長(zhǎng)應(yīng)>60 m，視線距隧道邊墻的距離應(yīng)>0.5 m[4] 。測(cè)量前應(yīng)檢查儀器常數(shù)的穩(wěn)定狀態(tài)。在檢測(cè)過(guò)程中，由于地面已知邊與地下檢測(cè)邊相距較遠(yuǎn)，存在地理經(jīng)緯度差異，為確保測(cè)量成果的準(zhǔn)確性，需加入補(bǔ)償子午收斂角進(jìn)行改正 γ=(λ-λ1)sinφ 式中：γ——補(bǔ)償子午收斂角; λ——儀器架設(shè)點(diǎn)經(jīng)度，精確到"; λ1——儀器架設(shè)點(diǎn)3°帶中央經(jīng)線，一般為3的整倍數(shù); φ——儀器架設(shè)點(diǎn)緯度，精確到'。

　　3測(cè)量成果分析

　　3.1基線測(cè)量

　　區(qū)間右線始發(fā)基線方位角最大較差為 2.7″，邊長(zhǎng)最大較差為 2.4 mm，約束邊成果 4 組，方位角較差最大值為-1.85″，邊長(zhǎng)最大差值為 0.3 mm，滿足要求[4] 。見表4。

　　3.2陀螺測(cè)量

　　區(qū)間右線測(cè)量所得坐標(biāo)方位與陀螺方位進(jìn)行比較，陀螺較差滿足要求[4] 。見表5。

　　3.3貫通測(cè)量

　　九江北站方向以貫通前150 m聯(lián)系測(cè)量距離貫通面最近 3個(gè)已知點(diǎn)成果為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)量至貫通點(diǎn)(GTDY);白佛橋站方向以底板控制點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)量至貫通點(diǎn)。經(jīng)平差處理，貫通測(cè)量成果良好，滿足要求。見表6。

　　3.4控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)

　　右線在九江北站方向、白佛站方向分別以始發(fā)基線 Y01—Y02、Y201—Y100-1 為起算邊，構(gòu)成附合導(dǎo)線，內(nèi)業(yè)按精密導(dǎo)線進(jìn)行嚴(yán)密平差，測(cè)量精度滿足要求[4] 。將地下約束邊貫通前、聯(lián)測(cè)坐標(biāo)方位角進(jìn)行比較，約束邊聯(lián)測(cè)成果差值滿足要求。見表7。

　　4結(jié)論

　　該控制測(cè)量方法始發(fā)基線、約束邊各階段方位角較差較小，各階段測(cè)量成果可控，滿足要求;具有外業(yè)工作強(qiáng)度小，聯(lián)系測(cè)量占用隧道時(shí)間少，減少鋼絲觀測(cè)組數(shù)，無(wú)須進(jìn)行大范圍的地面控制測(cè)量，不用進(jìn)行風(fēng)井投點(diǎn)或地面開孔投點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)。