三角聯(lián)系測量和鉆孔投點在地鐵暗挖隧道施工中的應(yīng)用

王勇

【摘要】測量工作是工程建設(shè)在規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行、管理等各階段進行的必要工作。本文通過三角聯(lián)系測量和鉆孔投點的形式，來講述在地鐵暗挖施工中精確、簡單、實用的測量控制方法。在對聯(lián)系測量和鉆孔投點陳述的基礎(chǔ)上，以沈陽地鐵二號線第一合同段起—松區(qū)間實測情況為例，來證明這兩種方法在地鐵暗挖施工中的實用性。

【關(guān)鍵詞】三角聯(lián)系測量；鉆孔投點測量 ；淺埋暗挖隧道

中圖分類號：U45 文獻標(biāo)識碼： A

1、前言

工程建設(shè)項目的種類和性質(zhì)是多種多樣的，為其服務(wù)的測量工作必然各具特點并有不同的要求，但其基本原理和基本方法又有許多共同之處。一般來說，工程建設(shè)可以分為如下三個階段：規(guī)劃設(shè)計階段、施工建設(shè)階段、運營管理階段。故就其本質(zhì)而言，工程測量的基本任務(wù)就是為各項工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理提供足夠規(guī)模和必要精度的測繪保障。

本文著重闡述的是測量工作中的可操作性，因為在地鐵施工中控制測量工作是一項非常重要而超前的工作，只有施工前把平面控制點的精度控制在要求精度范圍之內(nèi)，施工的精準(zhǔn)度才能按照設(shè)計要求順利進行，而利用三角聯(lián)系測量和鉆孔投點方式可以精確、簡單、方便的對這些點做好精密控制并能達到預(yù)期的設(shè)計要求。

2、主要工作內(nèi)容及方法

2.1接樁與復(fù)測

由勘測部門交樁后，必須對所交測量樁點進行復(fù)測，當(dāng)導(dǎo)線網(wǎng)和高程網(wǎng)精度分別能夠滿足工程測量規(guī)范中的四等導(dǎo)線測量和二等水準(zhǔn)測量的要求后，即可對測量樁點進行標(biāo)識、保護和使用。

2.2平面及高程控制網(wǎng)的加密

為滿足施工需要，并能在施工中簡單、方便、準(zhǔn)確的做好線路控制，必須對原有控制網(wǎng)進行加密。

2.2.1平面控制網(wǎng)的加密

控制網(wǎng)的加密采取兩種方法，其一是充分利用原有控制點，采用三方向測邊交會法（用前方交會法和導(dǎo)線測量方法檢核）；其二是利用原有精密導(dǎo)線點組成附合導(dǎo)線進行加密的方法（采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同精密導(dǎo)線）。

2.2.2高程控制網(wǎng)的加密

利用原有精密水準(zhǔn)點組成附合水準(zhǔn)路線或閉合水準(zhǔn)路線進行加密，并采用城市二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3地鐵隧道區(qū)間聯(lián)系測量

2.3.1 聯(lián)系三角測量的工作原理

聯(lián)系三角測量工作（如圖一）與兩垂線O1、O2連測的點A、A1為連測點，地面（井上）連接測量是在連接點A安置全站儀，將D點與兩垂線方向連測病有進井點D測設(shè)地面連接導(dǎo)線至A點,以求出兩垂線的坐標(biāo)及其連線的坐標(biāo)方位角。井下連接測量是在井下連接點A1安置全戰(zhàn)儀，將D1點與垂線方向連測，并同時測井下導(dǎo)線，求出定向基點D1的坐標(biāo)。

2.3.2聯(lián)系測量的具體做法

采用聯(lián)系三角測量法在隧道豎井口設(shè)立至少2個近井高程控制點和至少3個近井平面控制點，以創(chuàng)建多個檢核條件。隧道定向分四個階段進行：

第一階段：使用向下投點的激光鉛直儀和雙軸補償全站儀，用聯(lián)系三角形方法進行定向，以指導(dǎo)豎井通道的開挖。（如圖一：聯(lián)系三角法定向示意圖）

圖一：聯(lián)系三角法定向示意圖

(1)第一階段一井定向的具體做法：

聯(lián)系測量的方法及過程

采用由井上向井下投點聯(lián)系測量的方法

首先選用一塊200×300×2cm的鋼板，在其約中心的位置處開一個￠200mm的小孔，將鋼板平鋪在豎井口的一個角上，使小孔沿井對角線方向離角點約0.8m左右固定鋼板，在其上安置激光鉛直儀，同時在地上近井點安置全站儀，精確觀測該投點A的坐標(biāo)及其與地面控制點的邊角關(guān)系。

在井下，預(yù)先固定一塊20×20cm的鋼板，根據(jù)A投下來的點位，精確標(biāo)記該投點位置A′，并多次精確校正該投點的位置。同理完成第二個投點B及 B′的聯(lián)系測量。在井下用鋼尺檢核A′及B′的距離，較差小于2mm為合格，以A′和B′作為第一階段井下施工控制點。豎井投點平面示意圖（見圖二：聯(lián)系三角法投點平面圖）

是

圖二：聯(lián)系三角法投點平面圖

第二階段：豎井及橫通道開挖至隧道正部位時，利用鉆機在中線部位從地面向下打垂直鉆孔，進行第二次投點，與首次豎井投點相結(jié)合形成兩井定向。兩井定向的結(jié)果修正豎井通道的施工控制并指導(dǎo)隧道掘進。

第三階段：當(dāng)?shù)罔F器隧道單向掘進至60m時，再次鉆孔進行第三次投點，此次投點與首次鉆孔投點相結(jié)合作為新的定向邊，修正前段施工測量，并指地鐵導(dǎo)隧道繼續(xù)掘進。

第四階段：當(dāng)?shù)罔F隧道單向掘進至160m時第四次鉆孔投點，此次投點與首次鉆孔投點相結(jié)合作為新的定向邊，修正前段施工控制，并指導(dǎo)地鐵隧道繼續(xù)掘進直至貫通。各階段地面鉆孔示意圖（見圖三：鉆孔投點示意圖）

圖三：鉆孔投點示意圖

2.3.3高程傳遞

采用重錘懸吊鋼尺，兩臺水準(zhǔn)儀同時觀測的方法。作業(yè)時三次同步讀數(shù)，在較差不大于3mm 的前提下取平均值。（如圖四高程傳遞示意圖）

圖四：高程傳遞示意圖

2.4地下施工控制導(dǎo)線測量

采用支導(dǎo)線和支水準(zhǔn)路線，并經(jīng)往返觀測和多次復(fù)核，復(fù)核頻率為每15天一次（或根據(jù)實際情況而定）。作業(yè)時嚴(yán)格按照《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)進行。

地下設(shè)置導(dǎo)線為雙支導(dǎo)線，建立時形成檢核條件，保證導(dǎo)線的精度。導(dǎo)線點為混凝土標(biāo)石，內(nèi)有150mm×150mm×10mm的鋼板，４根Φ18的羅紋鋼及Φ8的盤條與隧道仰拱焊接，鋼板中內(nèi)鑲直徑為2mm的標(biāo)志。直線段為150m一個導(dǎo)線點，曲線段通視情況下不小于60m設(shè)置一個導(dǎo)線點。

2.5高程控制測量

2.5.1高程控制點的埋設(shè)

地下水準(zhǔn)點與地下導(dǎo)線點埋設(shè)于同一點上

2.5.2地下高程測量

地下水準(zhǔn)測量采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺進行往返高程測量；地下控制水準(zhǔn)測量在隧道貫通前獨立進行3次，并與地面向一傳遞高程同步進行，重復(fù)測量的高程點與原測值應(yīng)小于5mm，采用逐次水準(zhǔn)測量的加權(quán)平均值作為下次控制水準(zhǔn)測量的起算值，地下附合控制水準(zhǔn)測量按地下施工控制水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進行作業(yè)。

3、導(dǎo)線建立及控制限差

3.1地面控制導(dǎo)線網(wǎng)建立

地面控制測量主要依據(jù)設(shè)計提供的測量樁點（自行復(fù)測），若根據(jù)施工實際需要樁點加密時，加密點與設(shè)計提供導(dǎo)線采用相同的測量等級精度。

3.2地下控制導(dǎo)線網(wǎng)建立

3.2.1 導(dǎo)線布設(shè)及要求

洞內(nèi)導(dǎo)線在隧道示貫通前沿掘進方向設(shè)一條支導(dǎo)線（長度大于200m時，應(yīng)建立控制導(dǎo)線），并將豎井投點納入導(dǎo)線控制網(wǎng)中，指導(dǎo)掘進施工。每次延伸施工控制導(dǎo)線前，應(yīng)對已有的施工控制導(dǎo)線前三個導(dǎo)結(jié)點進行檢核。

曲線隧道施工控制導(dǎo)線點宜埋設(shè)在曲線五大樁上，一般長不小于60米，導(dǎo)線測量采用全站儀施測，左、右角各測兩測回，左、右角平均值之和與360.較差小于6”,邊長往返觀測各二測回，往返觀測平均值較差應(yīng)小于7mm。

導(dǎo)線復(fù)核

區(qū)間隧道平面控制測量，擬通過設(shè)在地面上的測量孔（在貫通區(qū)間全長的三分之一、三分之二處、貫通前50－100m）投點復(fù)核，測量孔采用鉆機成孔。當(dāng)隧道開挖至測量孔位置時，即利用通過測量孔投測下來的控制點復(fù)核洞內(nèi)導(dǎo)線點，精確控制隧道中線。必要時可根據(jù)實際情況在需多設(shè)測量孔點復(fù)核。

3.3高程網(wǎng)建立

3.3.1 地上高程網(wǎng)建立

根據(jù)設(shè)計提供的水準(zhǔn)控制點按二等水準(zhǔn)測量要求進行復(fù)核，并且貫通聯(lián)測到相鄰標(biāo)段所用的水準(zhǔn)控制點上。復(fù)核結(jié)果在誤差范圍內(nèi)且經(jīng)平差后，再在結(jié)構(gòu)四周按二等水準(zhǔn)測量精度要求測設(shè)數(shù)個水準(zhǔn)基點作為高程控制及變形沉降觀測用。水準(zhǔn)基點的埋設(shè)要穩(wěn)固可靠。

地下高程網(wǎng)建立

地下水準(zhǔn)測量用三等水準(zhǔn)測量方法和儀器施測，閉合差滿足限差要求。開挖至隧道全長的三分之一和三分之二處，貫通前50~100m，分別對地下水準(zhǔn)按三等水準(zhǔn)測量復(fù)核，確認(rèn)成果正確或采用新成果，保障高程貫通精度。

3.4導(dǎo)線控制及高程控制限差

地上導(dǎo)線點的坐標(biāo)互差不大于±12 mm

地下導(dǎo)線點的坐標(biāo)互差在近井點附近不大于±16 mm,在貫通面附近不大于±25 mm

地上高程點高程的互差不大于±3 mm

地下高程點的互差不大于±5 mm

相鄰高程點的互差不大于±3 mm

經(jīng)豎井懸吊鋼尺傳遞高程的互差不大于±3 mm

地下導(dǎo)線起始邊（基線邊）方位角的互差不大于±16 mm

導(dǎo)線邊的邊長互差不大于±8 mm。

對于影響隧道橫向貫通的施工誤差嚴(yán)格控制

4、結(jié)合實例

結(jié)合沈陽地鐵二號線一標(biāo)段起—松區(qū)間施工情況及貫通誤差來說明三角聯(lián)系測量和鉆孔投點在地鐵暗挖施工中的簡單、精確和實用性。

4.1三角聯(lián)系測量和鉆孔投點實例

4.1.1三角聯(lián)系測量

由于沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間為暗挖施工，對于施工前進方向的控制比較困難，因此利用豎井三角聯(lián)系測量開展工作（形式如圖一：聯(lián)系三角法定向示意圖）其成果詳見（表一沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間三角聯(lián)系測量成果；表二：沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間水準(zhǔn)點投點成果

表一：沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間三角聯(lián)系測量成果

表二：沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間水準(zhǔn)點投點成果

4.1.2鉆孔投點測量

由于施工進行一階段后有利于鉆孔投點，因此在這一階段進行了投點測量工作 （形式如圖二：鉆孔投點示意圖）其成果詳見（表三：沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間鉆孔投點測量成果）

表三：沈陽地鐵二號線起—松區(qū)間鉆孔投點測量成果

結(jié)合上表數(shù)據(jù)成果進一步證實三角聯(lián)系測量和鉆孔投點的精度較高。

4.2貫通測量數(shù)據(jù)成果比較

根據(jù)投點成果進行隧道前進方向的控制，在地鐵二號線一標(biāo)段起—松區(qū)間貫通測量中其縱向誤差最大為0.005mm；橫向誤差最大為0.008mm；高程誤差最大為0.0031mm。

5、結(jié)論

三角聯(lián)系測量配合鉆孔投點的方法在淺埋暗挖隧道施工中比較適用，操做比較簡單，精度也很高。因為每個鉆孔在施工中采取了保護措施，可以及時方便的對洞內(nèi)控制點進行檢核。沈陽地鐵二號線一標(biāo)起-松區(qū)間采用此方法進行控制，各貫通面貫通誤差均在10mm以內(nèi)。

參考文獻

１、《地下鐵道、輕軋交通工程測量規(guī)范》GB50308

２、《工程測量規(guī)范》GB50026

３、《城市測量規(guī)范》GJJ8