地鐵盾構(gòu)隧道測(cè)量誤差研究

陳宇等

摘 要：本文在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)記錄的基礎(chǔ)上，以地鐵盾構(gòu)隧道測(cè)量為研究對(duì)象，探討了盾構(gòu)隧道測(cè)量的誤差分配及控制措施，論文首先簡(jiǎn)要闡述了盾構(gòu)隧道測(cè)量的定義和范疇，而后分析了隧道貫通誤差的來(lái)源，最后深度探討了貫通誤差的分配及誤差控制方法。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)；誤差；貫通；隧道測(cè)量

地下工程測(cè)量是指建設(shè)和運(yùn)營(yíng)地表下面工程建筑物需要進(jìn)行的測(cè)量工作，包括地下工程勘察設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段的測(cè)量工作。地下工程測(cè)量的任務(wù)是保證線狀工程在規(guī)定誤差范圍內(nèi)正確貫通，保證面狀工程按設(shè)計(jì)要求竣工。盾構(gòu)方法以其獨(dú)特的施工工藝特點(diǎn)和較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，在隧道施工中得到廣泛應(yīng)用，從18世紀(jì)末盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世以來(lái)，與盾構(gòu)施工相伴而生的盾構(gòu)施工測(cè)量，一直在為盾構(gòu)施工起著保駕護(hù)航的作用。

1 盾構(gòu)隧道測(cè)量概述

盾構(gòu)施工測(cè)量不僅要保障盾構(gòu)機(jī)沿著隧道設(shè)計(jì)軸線運(yùn)行，隨時(shí)提供盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的瞬時(shí)姿態(tài)， 為盾構(gòu)機(jī)操作人員提供盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)修正參數(shù)， 同時(shí)還要對(duì)隧道襯砌環(huán)的安裝質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定。要保證盾構(gòu)機(jī)從始發(fā)井經(jīng)區(qū)間隧道準(zhǔn)確進(jìn)入接收井， 必須以較高的精度實(shí)施盾構(gòu)法隧道施工測(cè)量。盾構(gòu)法隧道工程施工， 需要進(jìn)行的測(cè)量工作主要包括：

（1）地面控制測(cè)量：在地面上建立平面和高程控制網(wǎng)；

（2）聯(lián)系測(cè)量：將地面上的坐標(biāo)、方向和高程傳到地下，建立地面地下統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)；

（3）地下控制測(cè)量：包括地下平面和高程控制；

（4）隧道施工測(cè)量：根據(jù)隧道設(shè)計(jì)進(jìn)行放樣，指導(dǎo)開(kāi)挖及襯砌的中線和高程測(cè)量。

所有這些測(cè)量工作的作用是：

（1）在地下標(biāo)定出地下工程建筑物的設(shè)計(jì)中心線和高程，為開(kāi)挖、襯砌和施工指定方向和位置；

（2）保證在開(kāi)挖面的掘進(jìn)中，施工中線在平面和高程上按設(shè)計(jì)的要求正確貫通，保證開(kāi)挖不超過(guò)規(guī)定的界線，保證所有建筑物在貫通前能正確地修建；

（3）保證設(shè)備的正確安裝；

（4）為設(shè)計(jì)和管理部門(mén)提供竣工測(cè)量資料等。

2 隧道貫通誤差介紹

地下工程測(cè)量與地面工程測(cè)量相比，盡管測(cè)設(shè)方法有很多共同之處， 但地下工程測(cè)量仍有其特殊性。線狀地下工程逐步開(kāi)挖、施工面狹窄、不同工段之間不能通視，因此，測(cè)量工作不能互相照應(yīng)，不便組織檢核，出了差錯(cuò)很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)測(cè)量工作的正確性只有到開(kāi)挖工段間貫通后才能得以證明?？梢?jiàn)側(cè)量工作在地下工程建設(shè)中具有十分重要的作用， 稍有疏忽必將造成無(wú)可挽回的損失。盾構(gòu)法隧道施工中，地面控制測(cè)量、聯(lián)系測(cè)量、地下控制測(cè)量和細(xì)部放樣的誤差積累， 將使開(kāi)挖工作面的施工中線不能理想銜接，產(chǎn)生的錯(cuò)開(kāi)現(xiàn)象稱(chēng)為貫通誤差。貫通誤差在線路中線方向的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為縱向貫通誤差（簡(jiǎn)稱(chēng)縱向誤差），在垂直于中線方向的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為橫向貫通誤差（簡(jiǎn)稱(chēng)橫向誤差），在高程方向的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為高程貫通誤差（簡(jiǎn)稱(chēng)高程誤差）。縱向誤差只影響隧道中線的長(zhǎng)度， 與工程質(zhì)量關(guān)系不大，對(duì)隧道貫通沒(méi)有多大影響；高程誤差僅影響接軌點(diǎn)的平順（邊掘進(jìn)邊鋪軌的隧道尤為突出）或隧道的坡度，要求較高，實(shí)踐表明，應(yīng)用一定的測(cè)量方法，容易達(dá)到所需的精度要求。

3 貫通誤差分配

盾構(gòu)隧道工程測(cè)量， 地面控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以任意選擇， 但地下控制測(cè)量只能布設(shè)成導(dǎo)線形式，而且是支導(dǎo)線形式。測(cè)量精度的確定實(shí)質(zhì)是貫通誤差限值的配賦。由于施工中線和貫通誤差是由洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量確定，不計(jì)，因此測(cè)量誤差對(duì)貫通精度的影響， 施工誤差和放樣誤差對(duì)貫通精度的影響可忽略主要取決于地上、地下控制網(wǎng)的布設(shè)情況和豎井聯(lián)系測(cè)量， 即隧道貫通誤差主要來(lái)源于洞內(nèi)、外控制測(cè)量和豎井聯(lián)系測(cè)量。隧道施工中，地面控制測(cè)量和洞內(nèi)控制測(cè)量往往由不同單位分開(kāi)施測(cè)， 故應(yīng)將容許貫通誤差加以適當(dāng)分配。平面控制測(cè)量，地面上的條件較洞內(nèi)好，則地面控制測(cè)量的精度要求應(yīng)高一些，而洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量的精度要求可適當(dāng)放低一點(diǎn)。地面控制測(cè)量的誤差作為影響隧道貫通精度的一個(gè)獨(dú)立因素，單向開(kāi)挖洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量的誤差也作為一個(gè)獨(dú)立因素，通過(guò)豎井開(kāi)挖的貫通精度受豎井聯(lián)系測(cè)量的影響較大，故又把豎井聯(lián)系測(cè)量的誤差作為一個(gè)如按等影響原則分配，高程控制測(cè)量，洞內(nèi)有煙塵、水氣，按等影響原則分配，相等的原則分配，洞內(nèi)的水準(zhǔn)路線短，高差變化小，這些條件比地面的好；另一方面，光亮度差和施工干擾等不利因素，地面與地下控制測(cè)量的誤差，應(yīng)豎井聯(lián)系測(cè)量作為一個(gè)獨(dú)立因素，對(duì)高程貫通精度的影響，隨著勘測(cè)和施工技術(shù)的發(fā)展，GPS控制測(cè)量方法己逐漸替代常規(guī)測(cè)量方法，廣泛應(yīng)用于地鐵工程的地面控制測(cè)量。為適應(yīng)施工方法的變更和應(yīng)用方便，依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》，介紹貫通誤差的配賦情況?！兜叵妈F道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》提出橫向貫通中誤差應(yīng)在±50mm之內(nèi)，高程貫通中誤差應(yīng)在±25mm之內(nèi)。根據(jù)誤差理論和國(guó)內(nèi)外地鐵貫通測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，橫向貫通誤差的合理配賦為地面控制測(cè)量的橫向中誤差應(yīng)在±25mm之內(nèi)，聯(lián)系測(cè)量中誤差應(yīng)在±20mm之內(nèi)，地下導(dǎo)線測(cè)量中誤差應(yīng)在±30mm之內(nèi)。

4 地面控制測(cè)量控制誤差環(huán)節(jié)

盾構(gòu)法隧道工程施工是由一側(cè)豎井出發(fā)，掘進(jìn)至另一側(cè)豎井，這就必然會(huì)在線路的縱、橫、豎三個(gè)方向出現(xiàn)貫通誤差，其中橫向貫通誤差對(duì)工程質(zhì)量影響最大，是隧道控制測(cè)量的重點(diǎn)工作。從地面及地下控制測(cè)量的設(shè)計(jì)到進(jìn)洞測(cè)量的各項(xiàng)工作，都必須緊緊圍繞如何保證貫通精度，特別是橫向貫通精度，在設(shè)計(jì)圖紙和工程使用要求所允許的范圍內(nèi)。下面主要探討地面控制測(cè)量控制誤差的環(huán)節(jié)。當(dāng)?shù)孛婵刂凭W(wǎng)按首級(jí)GPS網(wǎng)和二級(jí)精密導(dǎo)線網(wǎng)的方式布設(shè)時(shí)，±25mm成為GPS網(wǎng)和精密導(dǎo)線網(wǎng)的聯(lián)合橫向中誤差限差。

其中，GPS測(cè)量應(yīng)注意：

（1）點(diǎn)位選在交通方便、易于安置接收

設(shè)備的地方，視場(chǎng)要開(kāi)闊，利于避開(kāi)對(duì)電磁波接收有干擾的物體。

（2）盡管GPS測(cè)量不要求相鄰測(cè)站點(diǎn)間通視， 但為今后便于用常規(guī)測(cè)量方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展， 要求每個(gè)控制點(diǎn)應(yīng)有一個(gè)以上的通視方向。

（3）GPS網(wǎng)必須由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成若干閉合環(huán)或附合路線以構(gòu)成檢核條件， 提高網(wǎng)的可靠性。

（4）觀測(cè)前應(yīng)編制出包括可見(jiàn)衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星高度角和方位角、最佳觀測(cè)衛(wèi)星組的最佳觀測(cè)時(shí)間、點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子等內(nèi)容的GPS衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào)表。

（5）采用精密星歷和聯(lián)測(cè)WGS-84己知點(diǎn)。

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