地鐵隧道施工聯(lián)系測量方法探討

李丞鵬

【摘 要】地鐵測量工作是施工建設(shè)中不可或缺的一部分，測量在地鐵施工建設(shè)中的重要性是不言而喻的，測量的精度直接決定了地鐵工程質(zhì)量的優(yōu)劣。本文就城市地鐵施工測量的主要工作內(nèi)容，對(duì)地鐵隧道施工聯(lián)系測量方法做一個(gè)簡單的分析和探討。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道；隧道施工；聯(lián)系測量

引言：聯(lián)系測量是地鐵隧道施工中常用的一種測量方法，與傳統(tǒng)的測量存在一些區(qū)別，旨在把地面上的高程和點(diǎn)的位置傳遞到地下。本文對(duì)聯(lián)系測量的常用方法做一些簡單的介紹，對(duì)地鐵隧道施工的測量會(huì)有一定的指導(dǎo)意義，旨在幫助施工企業(yè)做好聯(lián)系測量工作，更好的做好建設(shè)地鐵工程。

一、地下隧道工程測量規(guī)程

聯(lián)系測量是一項(xiàng)綜合測量工作，它是將地面坐標(biāo)、方位和高程傳遞到地下隧道，作為地下控制測量起算數(shù)據(jù)的一組測量工作的統(tǒng)稱，是實(shí)現(xiàn)地下隧道工程貫通控制的核心與關(guān)鍵。聯(lián)系測量精度的確定，首先依據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》。工程建設(shè)前應(yīng)在城市一二等平面和高程控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立專用平面、高程施工控制網(wǎng)，其與現(xiàn)在城市控制網(wǎng)重合點(diǎn)的坐標(biāo)及高程較差，應(yīng)分別不大于50mm和20mm；施工前應(yīng)對(duì)已建成的平面、高程控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，建設(shè)中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢測。城市間的軌道交通工程控制測量應(yīng)滿足同一坐標(biāo)、高程系統(tǒng)，當(dāng)城市間坐標(biāo)、高程系統(tǒng)不一致時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的換算。在隧道貫通前，聯(lián)系測量、地下平面控制測量和地下高程控制測量，隨工程進(jìn)度應(yīng)至少獨(dú)立進(jìn)行三次，滿足限差后應(yīng)以各次測量的平均值指導(dǎo)隧道貫通。暗、明挖隧道和高架結(jié)構(gòu)橫向貫通測量中誤差為±50mm，高程貫通測量中誤差應(yīng)為±25mm。

二、隧道工程聯(lián)系測量方法與實(shí)例

依據(jù)施工場地環(huán)境和測量條件，聯(lián)系測量可選擇聯(lián)系三角形法、陀螺經(jīng)緯儀與鉛垂儀（鋼絲）組合法、導(dǎo)線直接傳遞法、投點(diǎn)法。

1、聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)方法，在采礦業(yè)中廣泛應(yīng)用，適合于井口小且深度大的豎井聯(lián)系測量。雖然其作業(yè)工作量較大，但其精度穩(wěn)定，因而國內(nèi)地鐵工程中許多單位在使用該法。北京地鐵5號(hào)線雍和宮盾構(gòu)試驗(yàn)段盾構(gòu)始發(fā)井采用聯(lián)系三角形法，懸掛0.5mm鋼絲、施掛10kg重錘并浸放在乏油阻尼液中。采用LeicaTC2002全站儀及配套覘板，利用反射片測距（鋼尺量邊進(jìn)行校核）。每次獨(dú)立測量三測回，每測回三次讀數(shù)，各測回較差小于1mm；地上與地下丈量的鋼絲間距較差小于2mm；角度用方向觀測法觀測六測回，測回間角度較差小于6″。

經(jīng)計(jì)算傳遞到地下基線邊C′—D′的坐標(biāo)和方位，與其他方法比較為：

2、全站儀、陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀組合法

全站儀、鉛錘儀和陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向方法，與傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法相比，克服了施工場地狹窄限制圖形強(qiáng)度的提高、占用豎井時(shí)間過長等缺點(diǎn)，其靈活快捷和多檢核等特點(diǎn)更能適應(yīng)軌道交通工程的環(huán)境條件，因此在北京、廣州等地廣泛應(yīng)用。北京地鐵復(fù)～八線區(qū)間隧道聯(lián)系測量，采用Leica2002全站儀+NL1/20萬鉛垂儀傳遞坐標(biāo)，利用GAK1（±20″）+DCCSF定向系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系測量。

施工平面控制測量布置見下圖。聯(lián)系測量以施工豎井為測量單元，A、B點(diǎn)為鉛垂儀投測點(diǎn)，Y、Z點(diǎn)分別為至隧道貫通方向的陀螺方位角測站點(diǎn)。鉛垂儀（A、B）標(biāo)志點(diǎn)觀測，水平角四測回，測回間互差小于6″；距離測量三測回（棱鏡沿120°位置互換），每測回三次讀數(shù)，測回間較差小于1mm。

陀螺方位角測量，當(dāng)隧道開挖較短時(shí)觀測Y—A、Y—B邊的方位角；至隧道貫通方向隧道開挖較長時(shí)，一般在某一條邊上對(duì)向觀測或在相鄰邊上觀測，并利用相關(guān)條件進(jìn)行檢核。每條邊獨(dú)立觀測三測回，測回間較差小于25″。

一次測量成果精度情況，投測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差一般小于±8mm，陀螺方位角中誤差一般小于±14″。

3、導(dǎo)線直接傳遞法

導(dǎo)線直接傳遞法是導(dǎo)線測量方法將坐標(biāo)和方位直接傳遞到地下或隧道內(nèi)的聯(lián)系測量方法，較適合于井口大、深度淺等條件的明挖車站或明挖隧道，也適合于出入隧道的斜井。此方法工作量小、精度高且簡單易行，在具備條件時(shí)應(yīng)用較多。北京地鐵復(fù)～八線熱電廠車站底板平面控制測量，即采用導(dǎo)線直接傳遞法。其測量技術(shù)要求同精密導(dǎo)線，但必須注意豎軸補(bǔ)償和測距儀原點(diǎn)與儀器豎軸同一性等問題。導(dǎo)線直接傳遞坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)系測量如圖所示，常用的方法是對(duì)地下待定點(diǎn)（A、B）采用雙極坐標(biāo)觀測。不同方向測定的A、B點(diǎn)的坐標(biāo)互差一般小于6mm。

4、投點(diǎn)定向法

該方法利用車站兩端的下料口、出土井等，采用垂準(zhǔn)儀或垂線直接將坐標(biāo)傳遞到隧道內(nèi)，作為地下坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)，如果需要所投測點(diǎn)作為起算方位，則相鄰兩點(diǎn)須通視。另外，當(dāng)隧道貫通距離較長時(shí)，為控制隧道掘進(jìn)的方向誤差，對(duì)淺埋隧道可在地面鉆一孔，將坐標(biāo)直接傳入地下隧道內(nèi)，加強(qiáng)平面位置與方向的控制。此方法精度最優(yōu)。北京地鐵復(fù)～八線工程，利用永安里車站的1#、9#下灰口，采用NL1/20萬垂準(zhǔn)儀，進(jìn)行坐標(biāo)投測，并作為地下坐標(biāo)和方位的起算數(shù)據(jù)。其角度與距離的觀測與全站儀、陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀組合法相同。誤差結(jié)果如下：直接投測的1#、9#控制點(diǎn)，三次投測的坐標(biāo)值間互差小于6mm。

4、精度分析

由于在測量過程中不可避免產(chǎn)生測量誤差，因而需對(duì)每次聯(lián)系測量成果進(jìn)行分析，以確保地鐵隧道施工的高精度性。以北京地鐵復(fù)～八線為例，最大點(diǎn)位中誤差為±5.0mm，最大點(diǎn)間中誤差為±4.7mm，導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差為1/68000，均滿足精密導(dǎo)線作業(yè)精度要求。施工期間在赤崗站前后進(jìn)行了三次一井定向。第一次定向測得左線基線方位與導(dǎo)線測量方位較差為-7″.73，右線基線方位較差為-4″.57，左右線基線聯(lián)測方位閉合差為l″.0。由于較差過大，該次聯(lián)系測量成果僅供參考。第二次定向測得基線邊方位與導(dǎo)線測量方位較差：右線為-0″.9，左線為-0″.7；取該成果與導(dǎo)線測量成果均值指導(dǎo)施工。在隧道貫通前又進(jìn)行了一次定向，測得右線基線邊方位與前次最終成果方位較差為-2″.0；左線基線邊方位與前次最終成果方位較差為+l″.9，對(duì)左右線基線邊進(jìn)行聯(lián)測調(diào)整后，左線較差0″.9，右線較差-l″.0；對(duì)該次成果與施工用成果取均值作為最終成果指導(dǎo)施工。貫通后，進(jìn)行貫通誤差測量，貫通誤差結(jié)果如下：左線橫向貫通誤差為8mm，右線橫向貫通誤差為-l2mm。與陀螺定向（直接測量堅(jiān)強(qiáng)邊方位的方法，采用全自動(dòng)作業(yè)方法進(jìn)行觀測記錄，所用陀螺儀標(biāo)稱精度為20″，電子經(jīng)緯儀為2″）測定的方位左右線較差均大于8″，分析其各次測量的陀螺方位發(fā)現(xiàn)：

（1）測前測后常數(shù)互差較大（超過30″）；

（2）基線邊陀螺方位往返觀測互差較大（20″～40″不等），后對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)測，觀測值基本保持不變。隨后進(jìn)行第二次陀螺定向，該次定向測得基線邊方位與施工中所采用的方位值僅差1″，取二者均值指導(dǎo)施工。隧道貫通后，貫通測量誤差均小于15mm。類似情況在本段其他區(qū)間也曾出現(xiàn)，采用相同的儀器（均為GAK1陀螺儀+J6經(jīng)緯儀）不同的記錄方法（一為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，一為半自動(dòng)法）測得同一條邊的方位較差為45″，為確保施工的精度，后用半自動(dòng)觀測記錄法前后不同時(shí)段測量21組數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，方位值呈正態(tài)分布，且互差不超過1″.5，隨后決定采用半自動(dòng)測定的方位成果指導(dǎo)施工，施工區(qū)段長度近400m，橫向貫通誤差約25mm。在另一隧道區(qū)間也出現(xiàn)類似情況，采用不同的聯(lián)系測量方法，其貫通測量誤差也不同。在始發(fā)井處進(jìn)行一井定向，再經(jīng)隧道進(jìn)行地下導(dǎo)線測量，過中間站，隧道貫通后，貫通測量誤差為62mm；而在中間站進(jìn)行陀螺定向，隧道貫通后，貫通測量誤差僅為26mm。在其他區(qū)間隧道也出現(xiàn)類似情形，在此不一一累述。

結(jié)束語：

城市地鐵隧道工程測量中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—聯(lián)系測量，其方法愈來愈多樣、成熟與可靠，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，地下隧道貫通誤差更加趨于安全和保險(xiǎn)。隨著測繪科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是GPS定位技術(shù)、高精度陀螺經(jīng)緯儀的普及和自動(dòng)跟蹤技術(shù)、全站儀空間交會(huì)解析技術(shù)等不斷的發(fā)展和廣泛地應(yīng)用，城市軌道交通工程測量技術(shù)定將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。我們相信，通過不斷的積累與嘗試，工程測量各環(huán)節(jié)的新技術(shù)、新方法也將在安全經(jīng)濟(jì)的前提下，高精度地為迅速開展的城市地鐵交通建設(shè)保駕護(hù)航

參考文獻(xiàn)：

[1]史俊莉.淺析隧道洞內(nèi)控制測量技術(shù)[J].門窗.2014（09）.

[2]汪強(qiáng)，蒲拴云，張曉震，尹潤生，張磊.全站儀豎井平面聯(lián)系測量的方法及精度分析[J].價(jià)值工程.2014（32）.

[3]張慧慧.導(dǎo)線直傳法在地鐵盾構(gòu)隧道定向測量中的應(yīng)用研究[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2013（04）.