北京地鐵某區(qū)間控制測(cè)量技術(shù)

華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊(duì) 武 娟

北京中色測(cè)繪院有限公司

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭亞宇

北京地鐵某區(qū)間控制測(cè)量技術(shù)

華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊(duì) 武 娟

北京中色測(cè)繪院有限公司

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭亞宇

一、工程概況

北京地鐵某線工程起自南四環(huán)北側(cè)馬家樓，向北沿馬家堡西路、菜市口大街、宣武門外大街、宣武門內(nèi)大街、西單北大街、西四南大街、西四北大街、新街口南大街至新街口，再由新街口向西，沿西直門內(nèi)大街、西直門外大街至首都體育館后轉(zhuǎn)向北，沿中關(guān)村大街至清華西門，之后向西進(jìn)入頤和園路，并經(jīng)圓明園、頤和園，終至龍背村。該線路全長28.14 km，共設(shè)車站24座。

二、工程特點(diǎn)

1.施工方法多而復(fù)雜。該標(biāo)段包括一站兩區(qū)間，全長3 001 m。如，北京南站主體采用明挖順作法施工，出入口過路段輔以暗挖法施工；兩區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道使用暗挖法施工。

2.施工干擾多，施工配合要求高。如，北京南站地處交通樞紐，人員流動(dòng)性大，車輛多，施工場(chǎng)地狹小，施工交通干擾大；車站周圍住房密集，且大多為民房，擾民和民擾問題突出。盾構(gòu)法施工從陶然亭車站進(jìn)入，從角門北站推出，和相鄰標(biāo)段的施工配合、施工協(xié)調(diào)要求高，同時(shí)相互間的施工干擾多。盾構(gòu)法施工通過北京南站，要求北京南站配合施工，同時(shí)對(duì)北京南站的施工造成一定影響。

3.工程量大，工期短。區(qū)間線路長3 001 m，施工工期529 d；北京南站施工工期592 d，同時(shí)還要配合區(qū)間施工。標(biāo)段的工期壓力非常大，要求較高的設(shè)備完好率和較強(qiáng)的施工生產(chǎn)組織能力。

4.管網(wǎng)改移及建、構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)工作量大。如，北京南站附近地下管線密布，大部分為市政主干線，數(shù)量多、種類多，涉及的管線管理單位多、牽涉面廣，大部分需要改移，協(xié)調(diào)難度大；區(qū)間沿線穿越居民住宅樓、橋梁、河道多，對(duì)地表沉降控制要求高，監(jiān)控量測(cè)工作量大。

三、施工測(cè)量技術(shù)方案

施工測(cè)量指的是標(biāo)定和檢查施工中線、測(cè)設(shè)坡度和放樣建筑物等作業(yè)。測(cè)量是施工的導(dǎo)向，是確保工程質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。地鐵工程的施測(cè)條件和復(fù)雜環(huán)境，對(duì)于施測(cè)的精度要求相當(dāng)高，必須精心施測(cè)、仔細(xì)整理成果，工程測(cè)量成果必須符合相關(guān)規(guī)范要求。如，北京地鐵隧道工程規(guī)定開挖的貫通中誤差為橫向±50 mm、豎向±25 mm，極限誤差為貫通中誤差的2倍，縱向貫通誤差限差為L/5 000（L為貫通距離,以km計(jì)）。

1.測(cè)量控制網(wǎng)的檢測(cè)。為滿足盾構(gòu)施工的需要，應(yīng)檢測(cè)業(yè)主提供的首級(jí)GPS控制點(diǎn)、精密導(dǎo)線及精密水準(zhǔn)點(diǎn)，保證上述各級(jí)控制點(diǎn)、相鄰點(diǎn)的精度（精密水準(zhǔn)路線閉合差）分別小于±10 mm，±8 mm和（L為線路長度，以km計(jì)），并以此作為盾構(gòu)測(cè)量工作的起算依據(jù)。地面控制網(wǎng)是隧道貫通的依據(jù)，受施工和地面沉降等因素的影響，這些點(diǎn)有可能發(fā)生變化，所以在測(cè)量時(shí)和施工中應(yīng)先對(duì)地面控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，確定控制網(wǎng)的可靠性，檢測(cè)內(nèi)容包括檢測(cè)相應(yīng)精密導(dǎo)線點(diǎn)、檢測(cè)高程控制點(diǎn)等。

2.施工控制網(wǎng)布設(shè)。在地面控制網(wǎng)檢測(cè)無誤后，依據(jù)檢測(cè)的控制點(diǎn)加密施工控制網(wǎng)，以保證日后施工測(cè)量及隧道貫通測(cè)量工作的順利進(jìn)行。施工控制網(wǎng)的加密測(cè)量包括施工平面控制網(wǎng)加密測(cè)量和施工高程控制網(wǎng)加密測(cè)量兩個(gè)方面。

（1）施工平面控制網(wǎng)加密測(cè)量。通常，地面精密導(dǎo)線的密度及數(shù)量都不能滿足施工測(cè)量的要求，因此應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)一步加密施工控制網(wǎng)，以滿足施工放樣、豎井聯(lián)系測(cè)量和隧道貫通測(cè)量的需要。施工平面控制網(wǎng)采用Ⅰ級(jí)全站儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)角4測(cè)回（左、右角各2測(cè)回，左、右角平均值之和與360°的較差應(yīng)小于)，測(cè)邊往返觀測(cè)各2測(cè)回，用嚴(yán)密平差處理數(shù)據(jù)，點(diǎn)位中誤差小于±10 mm。

（2）施工高程控制網(wǎng)加密測(cè)量。根據(jù)實(shí)際情況，將高程控制點(diǎn)引入施工現(xiàn)場(chǎng)，并沿線路走向加密高程控制點(diǎn)，高程控制點(diǎn)必須布設(shè)在沉降影響區(qū)域外，且保證其穩(wěn)定。水準(zhǔn)測(cè)量采用二等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，施測(cè)精度為（L為水準(zhǔn)路線長，以km計(jì)）。

3.聯(lián)系測(cè)量。聯(lián)系測(cè)量是將地面測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞到隧道內(nèi)，以便指導(dǎo)隧洞（道）施工。具體方法是：將施工控制點(diǎn)通過布設(shè)使其趨近導(dǎo)線和趨近水準(zhǔn)路線；建立近井點(diǎn)，通過近井點(diǎn)把平面和高程控制點(diǎn)引入豎井下，為隧道開挖提供井下平面和高程依據(jù)。聯(lián)系測(cè)量是聯(lián)接地上與地下的一項(xiàng)重要工作。為提高地下控制測(cè)量精度，保證隧道的準(zhǔn)確貫通，應(yīng)根據(jù)工程施工進(jìn)度進(jìn)行多次復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)次數(shù)應(yīng)隨貫通距離的增加而增加，一般1 km內(nèi)取3次。聯(lián)系測(cè)量主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）趨近導(dǎo)線和趨近水準(zhǔn)測(cè)量。地面趨近導(dǎo)線應(yīng)附和在精密導(dǎo)線點(diǎn)上。近井點(diǎn)與GPS點(diǎn)或精密導(dǎo)線點(diǎn)通視，并使定向具有最有利的圖形。趨近導(dǎo)線測(cè)量用Ⅰ級(jí)全站儀測(cè)量，測(cè)角四測(cè)回（左、右角各2測(cè)回，左、右角平均值之和與360°的較差應(yīng)小于4，測(cè)邊往返觀測(cè)各2測(cè)回，用嚴(yán)密平差處理數(shù)據(jù)，點(diǎn)位中誤差應(yīng)小于±10 mm。測(cè)定趨近近井水準(zhǔn)點(diǎn)高程的地面趨近水準(zhǔn)路線應(yīng)附合在地面相鄰的精密水準(zhǔn)點(diǎn)上。趨近水準(zhǔn)測(cè)量采用二等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，施測(cè)精度要求為

（2）豎井定向測(cè)量。為保證盾構(gòu)施工基線邊方向的準(zhǔn)確性，采用投點(diǎn)儀和陀螺儀定向方法或吊鋼絲聯(lián)系三角形法為主要手段進(jìn)行定向測(cè)量。以豎井聯(lián)系三角形定向測(cè)量為例，首先通過豎井懸掛2根鋼絲，由近井點(diǎn)測(cè)定與鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標(biāo)以及它們的方位角，然后在井下認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知，通過測(cè)量和計(jì)算便可得出地下導(dǎo)線的坐標(biāo)和方位角，這樣就把地上和地下聯(lián)系起來了。豎井聯(lián)系三角形定向測(cè)量如圖1所示。

（3）高程傳遞測(cè)量。高程測(cè)量控制通過豎井采用長鋼卷尺導(dǎo)入法把高程傳遞至井下，向地下傳遞高程的次數(shù)與坐標(biāo)傳遞同步進(jìn)行。先作趨近水準(zhǔn)測(cè)量，再作豎井高程傳遞，豎井傳遞高程采用懸吊鋼尺（經(jīng)檢定后），井上和井下2臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè)讀數(shù)，每次錯(cuò)動(dòng)鋼尺3～5 cm，施測(cè)3次，高差較差不大于3 mm時(shí)，取平均值使用。當(dāng)測(cè)深超過20 m時(shí)，3次誤差控制在±5 mm。豎井高程傳遞如圖2所示。

地下施工控制水準(zhǔn)點(diǎn)，可與地下導(dǎo)線點(diǎn)合埋設(shè)于一點(diǎn)，亦可另設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)密度與導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)基本相同，在曲線段可適當(dāng)增加一些，其測(cè)量方法和精度要求與地面精密水準(zhǔn)測(cè)量相同。地下施工水準(zhǔn)測(cè)量可采用S3水準(zhǔn)儀和5 m塔尺進(jìn)行往返觀測(cè)，其閉合差為（L以km計(jì)）。

4.地下施工控制導(dǎo)線測(cè)量。地下導(dǎo)線測(cè)量按Ⅰ級(jí)導(dǎo)線精度要求施測(cè)。測(cè)角中誤差導(dǎo)線全長閉合差≤1/15 000。在隧道未貫通前，地下導(dǎo)線為一條支導(dǎo)線，建立時(shí)要形成檢核條件，以保證導(dǎo)線的精度。地下施工控制導(dǎo)線是隧道掘進(jìn)的依據(jù)，每次延伸施工控制導(dǎo)線前，應(yīng)對(duì)已有的施工控制導(dǎo)線的前3個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。將地下導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)為導(dǎo)線鎖的形式，形成較多的檢核條件，以提高導(dǎo)線點(diǎn)的精度。導(dǎo)線點(diǎn)如有變動(dòng)，應(yīng)選擇另外穩(wěn)定的施工控制導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行施工導(dǎo)線延伸測(cè)量。施工控制導(dǎo)線在隧道貫通前應(yīng)測(cè)量3次，其測(cè)量宜與豎井定向測(cè)量同步進(jìn)行。重復(fù)測(cè)量的坐標(biāo)值與原測(cè)量的坐標(biāo)值較差小于±10 mm時(shí)，應(yīng)采取逐次的加權(quán)平均值作為施工控制導(dǎo)線延伸測(cè)量的起算值。曲線段施工控制導(dǎo)線點(diǎn)宜埋設(shè)在曲線5大樁（或3大樁）點(diǎn)上，一般邊長不小于60 m，導(dǎo)線測(cè)量采用全站儀施測(cè)，左、右角各測(cè)2測(cè)回，左、右角平均值之和與360°較差應(yīng)小于邊長往返觀測(cè)各2測(cè)回，往返觀測(cè)平均值較差應(yīng)小于7 mm。

5.施工放樣測(cè)量。施工中的測(cè)量控制采用極坐標(biāo)法進(jìn)行施測(cè)。為了加強(qiáng)放樣點(diǎn)的檢核條件，可用另外2個(gè)已知導(dǎo)線點(diǎn)作起算數(shù)據(jù)，用同樣方法來檢測(cè)放樣點(diǎn)位置正確與否；或者利用全站儀的坐標(biāo)實(shí)測(cè)功能，用另2個(gè)已知導(dǎo)線點(diǎn)來實(shí)測(cè)放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，放樣點(diǎn)理論坐標(biāo)與檢測(cè)后的實(shí)測(cè)坐標(biāo)X，Y值相差均在±3 mm，可用這些放樣點(diǎn)指導(dǎo)隧道施工；也可放線2個(gè)點(diǎn)，用尺子量測(cè)兩點(diǎn)之間的距離進(jìn)行復(fù)核，如距離相差在±2 mm，可用這些點(diǎn)指導(dǎo)隧道施工。暗挖隧道施工放樣主要是控制線路設(shè)計(jì)中線、里程、高程和同步線。隧道開挖時(shí)，在隧道中線上安置激光指向儀，調(diào)節(jié)后的激光代表線路中線或隧道中線的切線或弦線的方向及線路縱斷面的坡度。每個(gè)洞的上部開挖可用激光指向儀控制標(biāo)高，下部開挖采用放起拱線標(biāo)高來控制。施工期間經(jīng)常檢測(cè)激光指向儀的中線和坡度，采用往返或變動(dòng)兩次儀高法進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。在隧道初支過程中，架設(shè)鋼格柵時(shí)要嚴(yán)格控制中線、垂直度和同步線，其中格柵垂直度允許誤差為3°,中線和同步線的測(cè)量允許誤差為±20 mm。

6.盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的相關(guān)測(cè)量和掘進(jìn)測(cè)量。

（1）盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前的相關(guān)測(cè)量。主要包括：盾構(gòu)機(jī)始發(fā)設(shè)施的定位測(cè)量，其中包括盾構(gòu)導(dǎo)軌安裝測(cè)量和盾構(gòu)機(jī)拼裝測(cè)量等；盾構(gòu)機(jī)內(nèi)參考點(diǎn)復(fù)測(cè)，即盾構(gòu)機(jī)拼裝竣工后應(yīng)進(jìn)行的測(cè)量，主要包括盾構(gòu)機(jī)各主要部件幾何關(guān)系測(cè)量等；SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性與精度復(fù)核，主要包括對(duì)SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)中的TCA儀器和棱鏡位置的測(cè)量。

（2）掘進(jìn)測(cè)量。主要包括：一是洞內(nèi)平面控制點(diǎn)測(cè)量。洞內(nèi)控制導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在隧道貌岸然的兩側(cè)墻壁上，采用強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志，在通視條件允許的情況下，每100 m布設(shè)一點(diǎn)。以豎井定向建立的基線邊為坐標(biāo)和方位角的起算依據(jù)觀測(cè)。采用Ⅰ級(jí)全站儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)角4測(cè)回，測(cè)邊往返觀測(cè)各2測(cè)回。二是洞內(nèi)高程控制測(cè)量。洞內(nèi)水準(zhǔn)測(cè)量以豎井高程式傳遞水準(zhǔn)點(diǎn)為起算依據(jù)，采用二等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法施測(cè)，測(cè)量精度要滿足三是盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量。測(cè)量瞬時(shí)盾構(gòu)機(jī)與線路中線的平面、高程偏離值，盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)。四是對(duì)SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)的檢核測(cè)量，以保證襯砌環(huán)的環(huán)中心偏差和環(huán)片在豎直和水平兩個(gè)方向的姿態(tài)。五是成環(huán)管片環(huán)位置和姿態(tài)測(cè)量，以保證隧道施工的精度達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)論

本文，筆者針對(duì)北京地鐵區(qū)間線路控制測(cè)量的要求和特點(diǎn)，提出了具體實(shí)施方案，重點(diǎn)解決了施工控制測(cè)量的精度問題。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵車站及線路高的精度施工,確保各標(biāo)段能以高精度順利貫通,為地鐵施工提供有力保證。