城市隧道工程測量技術(shù)研究

劉循

摘 要：本文基于筆者從事城市隧道工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以地鐵盾構(gòu)隧道測量為研究對象，探討了盾構(gòu)隧道測量的誤差分配及控制措施，論文首先簡要闡述了盾構(gòu)隧道測量的定義和范疇，而后分析了隧道貫通誤差的來源，最后深度探討了貫通誤差的分配及誤差控制方法，貫通測量的具體實施，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地鐵 盾構(gòu) 隧道測量 誤差 貫通

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0043-02

1 盾構(gòu)隧道測量概述

地下工程測量是指建設(shè)和運營地表下面工程建筑物需要進行的測量工作，包括地下工程勘察設(shè)計、施工和運營各個階段的測量工作。地下工程測量的任務(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)計要求竣工。盾構(gòu)方法以其獨特的施工工藝特點和較高的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性，在隧道施工中得到廣泛應(yīng)用，從18世紀末盾構(gòu)機問世以來，與盾構(gòu)施工相伴而生的盾構(gòu)施工測量，一直在為盾構(gòu)施工起著保駕護航的作用。

盾構(gòu)法隧道工程施工，需要進行的測量工作主要包括以下幾點。

（1）地面控制測量：在地面上建立平面和高程控制網(wǎng)。（2）聯(lián)系測量：將地面上的坐標、方向和高程傳到地下，建立地面地下統(tǒng)一坐標系統(tǒng)。（3）地下控制測量：包括地下平面和高程控制。（4）隧道施工測量：根據(jù)隧道設(shè)計進行放樣，指導(dǎo)開挖及襯砌的中線和高程測量。

所有這些測量工作的作用是以下幾點。

（1）在地下標定出地下工程建筑物的設(shè)計中心線和高程，為開挖、襯砌和施工指定方向和位置。（2）保證在開挖面的掘進中，施工中線在平面和高程上按設(shè)計的要求正確貫通，保證開挖不超過規(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)計和管理部門提供竣工測量資料等。

盾構(gòu)施工測量不僅要保障盾構(gòu)機沿著隧道設(shè)計軸線運行，隨時提供盾構(gòu)機掘進的瞬時姿態(tài)，為盾構(gòu)機操作人員提供盾構(gòu)機姿態(tài)修正參數(shù)，同時還要對隧道襯砌環(huán)的安裝質(zhì)量進行測定。要保證盾構(gòu)機從始發(fā)井經(jīng)區(qū)間隧道準確進入接收井，必須以較高的精度實施盾構(gòu)法隧道施工測量。

2 隧道貫通誤差介紹

地下工程測量與地面工程測量相比，盡管測設(shè)方法有很多共同之處，但地下工程測量仍有其特殊性。線狀地下工程逐步開挖、施工面狹窄、不同工段之間不能通視，因此，測量工作不能互相照應(yīng)，不便組織檢核，出了差錯很難及時發(fā)現(xiàn)，整個測量工作的正確性只有到開挖工段間貫通后才能得以證明。可見側(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可挽回的損失。盾構(gòu)法隧道施工中，地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量和細部放樣的誤差積累，將使開挖工作面的施工中線不能理想銜接，產(chǎn)生的錯開現(xiàn)象稱為貫通誤差。貫通誤差在線路中線方向的投影長度稱為縱向貫通誤差（簡稱縱向誤差），在垂直于中線方向的投影長度稱為橫向貫通誤差（簡稱橫向誤差），在高程方向的投影長度稱為高程貫通誤差（簡稱高程誤差）。縱向誤差只影響隧道中線的長度，與工程質(zhì)量關(guān)系不大，對隧道貫通沒有多大影響；高程誤差僅影響接軌點的平順（邊掘進邊鋪軌的隧道尤為突出）或隧道的坡度，要求較高，實踐表明，應(yīng)用一定的測量方法，容易達到所需的精度要求。

3 貫通誤差分配

盾構(gòu)隧道工程測量，地面控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以任意選擇，但地下控制測量只能布設(shè)成導(dǎo)線形式，而且是支導(dǎo)線形式。測量精度的確定實質(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)線測量確定，不計，因此測量誤差對貫通精度的影響，施工誤差和放樣誤差對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)系測量，即隧道貫通誤差主要來源于洞內(nèi)、外控制測量和豎井聯(lián)系測量。隧道施工中，地面控制測量和洞內(nèi)控制測量往往由不同單位分開施測，故應(yīng)將容許貫通誤差加以適當分配。

平面控制測量，地面上的條件較洞內(nèi)好，則地面控制測量的精度要求應(yīng)高一些，而洞內(nèi)導(dǎo)線測量的精度要求可適當放低一點。

地面控制測量的誤差作為影響隧道貫通精度的一個獨立因素，單向開挖洞內(nèi)導(dǎo)線測量的誤差也作為一個獨立因素，通過豎井開挖的貫通精度受豎井聯(lián)系測量的影響較大，故又把豎井聯(lián)系測量的誤差作為一個如按等影響原則分配，地面控制測量誤差對橫向貫通中誤差Ma的影響允許值

縱向貫通誤差，主要影響隧道中線的長度，只要求滿足定測中線的精度，即限差

高程控制測量，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，地面與地下控制測量的誤差，應(yīng)豎井聯(lián)系測量作為一個獨立因素，對高程貫通精度的影響，也應(yīng)按地面控制測量誤差對高程貫通中誤差Me的影響允許值為

上述貫通誤差限值及精度要求均有一定局限性，隨著勘測和施工技術(shù)的發(fā)展，GPS控制測量方法己逐漸替代常規(guī)測量方法，廣泛應(yīng)用于地鐵工程的地面控制測量。為適應(yīng)施工方法的變更和應(yīng)用方便，依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》，介紹貫通誤差的配賦情況。

《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》提出橫向貫通中誤差應(yīng)在±50 mm之內(nèi)，高程貫通中誤差應(yīng)在±25 mm之內(nèi)。根據(jù)誤差理論和國內(nèi)外地鐵貫通測量經(jīng)驗，橫向貫通誤差的合理配賦為地面控制測量的橫向中誤差應(yīng)在±25 mm之內(nèi)，聯(lián)系測量中誤差應(yīng)在±20 mm之內(nèi)，地下導(dǎo)線測量中誤差應(yīng)在±30 mm之內(nèi)。

4 貫通相遇點在重要方向的誤差預(yù)計

（1）貫通相遇點的最佳位置的選取。

貫通相遇點K再水平重要方向上的中誤差的預(yù)計公式為

5 貫通測量的施測

（1）中腰線的標定。endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設(shè)備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發(fā)出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內(nèi)的偏差的測定

①用經(jīng)緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內(nèi)的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導(dǎo)線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內(nèi)偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內(nèi)的實際偏差。②用水準測量或經(jīng)緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經(jīng)緯儀導(dǎo)線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調(diào)整

①將貫通相遇點兩側(cè)的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據(jù)。②連接兩側(cè)腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調(diào)整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調(diào)整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規(guī)范》（TB10101-99）規(guī)定，保證安全生產(chǎn)和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應(yīng)以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區(qū)等有關(guān)部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設(shè)計要求，并為其施工和運營管理提供基礎(chǔ)信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結(jié)論

設(shè)計的重點難點是方案的設(shè)計及其精度評定。隧道貫通誤差預(yù)計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內(nèi)的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內(nèi)的測量任務(wù)是貫通測量任務(wù)成敗的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網(wǎng)可靠性分析及控制網(wǎng)觀測方案的優(yōu)化設(shè)計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業(yè)大學出版社，1993，9.endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設(shè)備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發(fā)出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內(nèi)的偏差的測定

①用經(jīng)緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內(nèi)的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導(dǎo)線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內(nèi)偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內(nèi)的實際偏差。②用水準測量或經(jīng)緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經(jīng)緯儀導(dǎo)線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調(diào)整

①將貫通相遇點兩側(cè)的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據(jù)。②連接兩側(cè)腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調(diào)整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調(diào)整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規(guī)范》（TB10101-99）規(guī)定，保證安全生產(chǎn)和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應(yīng)以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區(qū)等有關(guān)部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設(shè)計要求，并為其施工和運營管理提供基礎(chǔ)信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結(jié)論

設(shè)計的重點難點是方案的設(shè)計及其精度評定。隧道貫通誤差預(yù)計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內(nèi)的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內(nèi)的測量任務(wù)是貫通測量任務(wù)成敗的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網(wǎng)可靠性分析及控制網(wǎng)觀測方案的優(yōu)化設(shè)計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業(yè)大學出版社，1993，9.endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設(shè)備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發(fā)出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內(nèi)的偏差的測定

①用經(jīng)緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內(nèi)的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導(dǎo)線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內(nèi)偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內(nèi)的實際偏差。②用水準測量或經(jīng)緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經(jīng)緯儀導(dǎo)線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調(diào)整

①將貫通相遇點兩側(cè)的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據(jù)。②連接兩側(cè)腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調(diào)整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調(diào)整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規(guī)范》（TB10101-99）規(guī)定，保證安全生產(chǎn)和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應(yīng)以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區(qū)等有關(guān)部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設(shè)計要求，并為其施工和運營管理提供基礎(chǔ)信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結(jié)論

設(shè)計的重點難點是方案的設(shè)計及其精度評定。隧道貫通誤差預(yù)計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內(nèi)的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內(nèi)的測量任務(wù)是貫通測量任務(wù)成敗的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網(wǎng)可靠性分析及控制網(wǎng)觀測方案的優(yōu)化設(shè)計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業(yè)大學出版社，1993，9.endprint