某隧道暗挖區(qū)管幕工程測量控制研究

周先平

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東廣州 510101)

1 概述

某隧道暗挖區(qū)長約255 m。其中東工作井:長27.9 m，寬15.1 m，深31.86 m;西工作井:長 29.3 m，寬15.1 m，深30.40 m。暗挖區(qū)地表環(huán)境復(fù)雜，有某大樓、審查所等重點建筑物、構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。暗挖段為該隧道重難點施工段，結(jié)構(gòu)采用頂管及凍結(jié)帷幕的超前支護形式。頂管采用直徑1 620 mm(壁厚不小于20 mm)管幕36根，由東側(cè)暗挖區(qū)始發(fā)，西側(cè)暗挖區(qū)接收，待頂管作業(yè)完成后進行分區(qū)域凍結(jié)形成止水帷幕，然后進行隧道結(jié)構(gòu)的支護開挖及襯砌。該隧道暗挖段下穿限定區(qū)域，地理環(huán)境復(fù)雜，是國內(nèi)第一座采用曲線管幕法施工的隧道。曲線管幕頂進及施工是該隧道暗挖段成功的關(guān)鍵，測量工作又是曲線管幕頂進及施工的關(guān)鍵工作。

2 測量控制方案設(shè)計原則

測量控制方案設(shè)計滿足可靠、合理、經(jīng)濟原則。該隧道暗挖區(qū)管幕工程測量控制所采用的主要技術(shù)和測量儀器(設(shè)備)，具有成熟、穩(wěn)定、可靠、實用的特點，可充分滿足測量控制要求、實際應(yīng)用、頂管頂進糾偏管理的需要。測量控制點的位置、數(shù)量和坐標(biāo)精度滿足該隧道暗挖區(qū)管幕工程施工的需要，可有效地控制頂管施工的頂進精度。力求最優(yōu)的性能價格比，在保證管幕工程測量精度要求的前提下盡量減少控制測量的費用。

3 測量方案

聯(lián)系測量，是通過豎井將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)傳遞到地下，使地面與地下建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，為管幕工程的施工提供坐標(biāo)基準(zhǔn)。聯(lián)系測量工作分為平面聯(lián)系測量(定向測量)和高程聯(lián)系測量(導(dǎo)入標(biāo)高)，是保證管幕工程和隧道開挖正確貫通，地下設(shè)備正確安裝的重要工序。根據(jù)該隧道暗挖區(qū)管幕工程的實際情況，本方案采用全站儀后方交會法、全站儀導(dǎo)線定向法和全站儀一井定向法進行平面聯(lián)系測量，三角高程法和水準(zhǔn)儀長鋼尺法進行高程聯(lián)系測量。其具有測量定向和高程傳遞精度高、成果可靠、操作簡單快捷等優(yōu)點。

3.1 平面聯(lián)系測量

在進行平面聯(lián)系測量之前，首先進行地面近井點的測量標(biāo)志埋設(shè)工作。在豎井四周用埋石的方法對稱布設(shè)4個相互通視的近井點A，A'和B，B'。其中A，A'兩個近井點沿隧道中線方向布設(shè)，B，B'兩個近井點沿隧道中線的橫剖方向。然后在遠離豎井的位置分別埋設(shè)每個近井點的后視定向控制點，共計4個定向控制點。用一級導(dǎo)線依次測量出4個近井點和4個定向控制點的坐標(biāo)。平面聯(lián)系測量主要采用全站儀后方交會法、全站儀導(dǎo)線定向法和一井定向法進行平面坐標(biāo)的井下傳遞。當(dāng)工作井深度較淺，且通視條件良好時，采用全站儀后方交會法;當(dāng)后方交會后視點存在困難時，采用全站儀導(dǎo)線定向法;當(dāng)工作井深度較深，且達不到通視條件時，采用全站儀一井定向法［1，2］。

1)工作井深度不大于5 m的情況使用全站儀后方交會法。

首先在頂框架四周或圍檁四周各布設(shè)4個控制點，并使用近井加密導(dǎo)線點測得其三維坐標(biāo)。在施工放樣測量過程中，直接將全站儀置于工作井內(nèi)，通過后視頂框架或圍檁上的兩個控制點進行后方交會，算出全站儀所在點位坐標(biāo)以及高程并進行置站。通過測量頂框架或圍檁上的另兩個控制點的坐標(biāo)進行復(fù)核測站數(shù)據(jù)。

2)工作井深度大于5 m小于10 m的情況使用全站儀導(dǎo)線法。

全站儀導(dǎo)線定向采用精度為1″的全站儀，在向井下投點時，采用導(dǎo)線測量的方法進行投測，如圖1所示。當(dāng)工作井開挖達到9 m時，即使用全站儀導(dǎo)線定向法進行投點。為減少轉(zhuǎn)站以及結(jié)構(gòu)振動所帶來的誤差，預(yù)先將點埋設(shè)于地下連續(xù)墻上(至少4個點，且盡量在一個水平面上)。

首先將全站儀置站于近井導(dǎo)線加密點，對工作井圍檁或頂框架上的豎井控制點進行復(fù)測。如果滿足要求則再將全站儀置站于圍檁或者頂框架上視野較為寬闊的豎井控制點，且后視較遠的控制點，并通過測量圍檁或頂框架上的其他豎井控制點的三維坐標(biāo)來檢核測站精度。在保證精度的情況下，即可對預(yù)先埋設(shè)在地連墻上的點進行測量，完成其點位坐標(biāo)的采集。

3)工作井深度超過10 m時使用全站儀一井定向法。

基本原理是:在進行聯(lián)系測量之前，首先按照一級導(dǎo)線測量精度，將豎井附近的地面控制點坐標(biāo)，引測到井口附近，埋設(shè)兩個近井點A，A'，A，A'的方向沿隧道中線方向。高精度全站儀一井定向法經(jīng)過內(nèi)角與檢核和測站間距離檢核等多項檢核后，最后采用間接平差的方法，計算和評定B和B'點的坐標(biāo)和精度，從而實現(xiàn)平面聯(lián)系測量。此方法需要兩臺全站儀進行井上井下同時觀測，且不能受工作井內(nèi)其他工序施工影響，投點所需時間長，且位于地面的點B，B'容易受到破壞。故在完成投點工作后應(yīng)及時將點引測到地下連續(xù)墻邊墻上(至少保證邊墻上有4個點)。在后期的施工放樣過程中，可以直接使用位于地下連續(xù)墻邊墻上的點進行后方交會。為保證在后期施工過程中能正常使用全站儀進行后方交會，工作井每開挖10 m應(yīng)至少進行一次一井定向測量。每15 d進行一次復(fù)測，如在施工過程中發(fā)現(xiàn)點位存在位移等情況，應(yīng)及時進行一井定向復(fù)測［3］。

3.2 高程聯(lián)系測量

1)三角高程法。工作井深度較淺的時候(小于10 m)采用三角高程法進行高程傳遞。為保證三角高程的可靠性，應(yīng)對后視點進行復(fù)核。三角高程可以隨同后方交會或者導(dǎo)線法測量一同進行，從而達到節(jié)省時間引點工作的時間。2)水準(zhǔn)儀長鋼尺法。水準(zhǔn)儀長鋼尺法是通過懸吊經(jīng)過檢核的長鋼尺，使用水準(zhǔn)儀(0.5 mm精度)在地上、地下觀測鋼尺和水準(zhǔn)尺，加以尺長、溫度等各項改正，將高程傳遞到地下。如圖2所示，A為設(shè)在地面井口附近高程已知的近井水準(zhǔn)基點，B為井下導(dǎo)入高程點，其高程待求。通過豎井下放長鋼尺，在鋼尺的底端掛上重錘，并將重錘浸入到油桶中。鋼尺在重力作用下穩(wěn)定并保持鉛垂線方向。然后井上、下測量人員分別安置整平水準(zhǔn)儀，讀取立于A，B兩點水準(zhǔn)尺的讀數(shù)a1與b2。然后轉(zhuǎn)動水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)長鋼尺，井上、下同時讀取讀數(shù)b1和a2。最后再對立于A，B點上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，以檢查儀器高度在觀測期間是否發(fā)生變動，避免粗差的產(chǎn)生。則井下B點的高程為:HB=HA+a1－b2－(b1－a2)+∑ΔL。其中，∑ΔL為鋼尺的總改正數(shù)，包括尺長、拉力、溫度和鋼尺自重等改正［4］。按照上述方法，再傳遞獲得另一個井下的高程控制點C，通過測量高差hBC，來檢核和評定高程聯(lián)系測量的精度。

圖1 全站儀導(dǎo)線定向法示意圖

圖2 數(shù)字水準(zhǔn)儀長鋼尺法高程聯(lián)系測量示意圖

4 精度估算及控制

該隧道暗挖區(qū)管幕工程測量包括3個過程:一是地面控制測量;二是豎井聯(lián)系測量;三是頂管貫通測量。因此管幕工程測量整體精度是由此三部分的測量精度累積而成，測量采用Sokkia SET1X型電子全站儀，測角精度1″，測距精度(2+2 ppm×D)mm?，F(xiàn)以頂管精進精度為例說明。

地面控制和聯(lián)系測量點位中誤差及井下定向邊的方位角中誤差對進洞導(dǎo)線的橫向貫通誤差影響為:

其中，L為頂管中線長度距離。

將頂管長度225 m，m0=22.6 mm，mα=10.6代入得到 m橫=24.8 mm。

結(jié)合頂管頂進誤差和延伸導(dǎo)線測量控制精度，頂進貫通軸線精度小于 ±50.0 mm。

施工過程中選取若干里程處設(shè)計與實測軌跡對照，發(fā)現(xiàn)最大偏差為41 mm，小于精度要求。詳細數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 設(shè)計與實測偏差對照圖

5 結(jié)語

本測量方案完成之后，在該隧道暗挖區(qū)施工中起到了重要的作用，實測結(jié)果與設(shè)計值相差較小，完全滿足施工精度的控制要求，保障了施工的順利進行。

［1］DG/T J08-2049-2008，頂管工程施工規(guī)程［S］.

［2］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］TB 10121-2007，鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB 50026-2007，工程測量規(guī)范［S］.