青草沙島域段隧道控制測(cè)量誤差分析與質(zhì)量控制

姚平

摘 要：青草沙島域段隧道工作井深度大、圓弧多，貫通測(cè)量難度較大，該文首先對(duì)該工程控制測(cè)量各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)精度進(jìn)行了分析，然后以實(shí)測(cè)地下導(dǎo)線數(shù)據(jù)為實(shí)例分析了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的精度及主要誤差，最后提出了保證該工程隧道控制測(cè)量精度的措施。

關(guān)鍵詞：橫向貫通誤差 豎井聯(lián)系測(cè)量 精度分析 質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0125-02

青草沙島域輸水管線工程位于長(zhǎng)興島上，起于青草沙水庫(kù)出水輸水閘井，終止于長(zhǎng)江原水過(guò)江管工作井。該工程是連接青草沙水庫(kù)出水輸水閘井和長(zhǎng)江過(guò)江管工程的重要設(shè)施，隧道管片內(nèi)徑Φ5.5 m，外徑Φ6.4 m。隧道設(shè)有水庫(kù)出水輸水閘井（3號(hào)井）、中間盾構(gòu)工作井（2號(hào)井）和過(guò)江管島域工作井（1號(hào)井），由并行的東線和西線共四個(gè)隧道區(qū)段組成，區(qū)段隧道長(zhǎng)度分別為2.5 km和2.8 km，其中1號(hào)井至2號(hào)井區(qū)段設(shè)置有6個(gè)不同曲率半徑的圓弧，且均位于盾構(gòu)推進(jìn)起始端的1km內(nèi)，1號(hào)井深度達(dá)36m，寬21m。隧道采用我國(guó)自行研制生產(chǎn)的863直筒式盾構(gòu)機(jī)，直徑6.62m，工程洞門圈設(shè)計(jì)為6.8m，只預(yù)留了90 mm的空間，加上隧道工作井深度深，圓弧多且多位于起始端，因此測(cè)量難度很大。該次測(cè)量的橫向貫通中誤差采用《城市軌道交通測(cè)量規(guī)范》（文獻(xiàn)[1]）中規(guī)定的±50 mm，橫向貫通中誤差具體分解如下：地上控制測(cè)量m1為±25 mm，豎井聯(lián)系測(cè)量m2為±20 mm，地下導(dǎo)線測(cè)量m3為±30 mm，盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量m4為±20 mm，洞門中心測(cè)量m5為±10 mm。

1 控制測(cè)量設(shè)計(jì)精度分析

該文主要分析施工控制測(cè)量部分，即地面控制測(cè)量（m1）、豎井聯(lián)系測(cè)量（m2）、地下導(dǎo)線測(cè)量（m3），現(xiàn)根據(jù)分解的各自中誤差分析這幾部分中關(guān)鍵測(cè)量工序的中誤差，從而確定采用合適的測(cè)量方法。

1.1 地面控制測(cè)量

為保證地面控制測(cè)量對(duì)貫通誤差影響值在±25 mm之內(nèi)，該工程首級(jí)控制采用GPS控制網(wǎng)，其技術(shù)指標(biāo)采用《城市軌道交通測(cè)量規(guī)范》（文獻(xiàn)[1]）中規(guī)定的衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)及作業(yè)基本技術(shù)要求，即：采用《城市軌道交通測(cè)量規(guī)范》（文獻(xiàn)[1]）中規(guī)定的衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)及作業(yè)基本技術(shù)要求，根據(jù)本工程實(shí)際布設(shè)的控制網(wǎng)點(diǎn)位，利用文獻(xiàn)[4]中關(guān)于地面控制網(wǎng)對(duì)貫通誤差影響的嚴(yán)密公式及估算方法計(jì)算影響值，能很好的保證在±25 mm之內(nèi)。具體見(jiàn)表1

1.2 豎井聯(lián)系測(cè)量

豎井聯(lián)系測(cè)量是通過(guò)豎井懸掛兩根鋼絲，由井上控制點(diǎn)測(cè)定鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角，然后在井下，認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算得出地下導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角，如圖2所示。則地下起始方位

根據(jù)以上分析要達(dá)到地下導(dǎo)線的設(shè)計(jì)精度，水平角觀測(cè)也需根據(jù)國(guó)家《精密工程測(cè)量規(guī)范》（文獻(xiàn)[2]）中二級(jí)測(cè)角控制技術(shù)要求施測(cè)，（測(cè)角中誤差≤±0.71〞）。

2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1號(hào)井至2號(hào)井東線區(qū)段首先貫通，但是貫通時(shí)橫向偏差較大，盾構(gòu)破土后實(shí)測(cè)盾構(gòu)機(jī)中心坐標(biāo)與洞門中心坐標(biāo)橫向差值為87 mm（橫向貫通誤差），接近了洞門預(yù)留極限值90 mm，因此待盾構(gòu)拆除后把地下導(dǎo)線聯(lián)測(cè)至2號(hào)井地下起始邊形成附合導(dǎo)線（全長(zhǎng)約2.5 km），對(duì)誤差進(jìn)行分析。附合導(dǎo)線共18個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)號(hào)為K1，K2，…，K16，K2-1，K2-2，其中K1至K2為1號(hào)井東線地下起始邊，K2-1至K2-2為2號(hào)井地下起始邊（2號(hào)井-3號(hào)井東線起始邊）。

2.1 附合導(dǎo)線分析法

根據(jù)附合導(dǎo)線角度閉合差分析，導(dǎo)線存在明顯的誤差，而引起誤差的原因有兩種可能：①兩端起始方位存在誤差；②地下導(dǎo)線測(cè)量累積誤差?，F(xiàn)利用導(dǎo)線兩端起始邊分別以支導(dǎo)線的方式計(jì)算出另一端點(diǎn)的坐標(biāo)，然后計(jì)算與另一端起始點(diǎn)的坐標(biāo)差值，根據(jù)差值來(lái)判斷較大誤差的來(lái)源。假設(shè)兩起始邊精度相當(dāng)且在設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi)，較大誤差主要來(lái)自地下導(dǎo)線測(cè)量累積的話，那么坐標(biāo)差值大小應(yīng)該相當(dāng)，反之則可判斷較大誤差來(lái)自起始邊。計(jì)算結(jié)果如表2。

從表2可以判斷，K1-K2起始邊存在較明顯的誤差。以上坐標(biāo)差值也可以理解為貫通面分別在K2-1點(diǎn)及K1點(diǎn)的最大貫通誤差，那么由此可見(jiàn)除在1號(hào)井聯(lián)系測(cè)量出現(xiàn)了明顯的粗差外，地面GPS控制測(cè)量、2號(hào)井的聯(lián)系測(cè)量及地下導(dǎo)線測(cè)量等環(huán)節(jié)均達(dá)到了設(shè)計(jì)精度。

2.3 無(wú)定向?qū)Ь€分析法

固定K1及K2-1點(diǎn)以無(wú)定向?qū)Ь€方式進(jìn)行計(jì)算，同樣也能得出2.2節(jié)的結(jié)論。無(wú)定向?qū)Ь€計(jì)算得到的地下起始邊方位角與提供成果的方位角對(duì)比差值見(jiàn)表3。

從表3也可以判斷K1-K2起始邊存在明顯誤差。

3 精度控制措施

隧道控制測(cè)量部分包括地面GPS測(cè)量，豎井聯(lián)系測(cè)量，地下導(dǎo)線測(cè)量三部分。GPS測(cè)量技術(shù)成熟，只要按照技術(shù)指標(biāo)施測(cè)不易出現(xiàn)粗差，而且按照文獻(xiàn)[4]的嚴(yán)密公式計(jì)算實(shí)際的地面GPS控制測(cè)量對(duì)貫通誤差的影響值遠(yuǎn)小于25 mm；隨著高精度全站儀及自動(dòng)照準(zhǔn)技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用，地下導(dǎo)線測(cè)量誤差對(duì)貫通誤差的影響值也很容易控制在30mm之內(nèi)；而豎井聯(lián)系測(cè)量環(huán)節(jié)因其豎井深度深、井口小、需全人工觀測(cè)及多變的環(huán)境等因數(shù)導(dǎo)致了誤差控制較難，上文實(shí)測(cè)導(dǎo)線數(shù)據(jù)分析中也印證了這一點(diǎn)。因此在1-2號(hào)井東線貫通后，著重對(duì)其余3個(gè)區(qū)段的聯(lián)系測(cè)量環(huán)節(jié)改進(jìn)了質(zhì)量控制措施。

（1）盡量縮短近井點(diǎn)至鋼絲的距離，減小謀戎怠

（2）選擇直徑小強(qiáng)度大的鋼絲，直徑應(yīng)小于0.5毫米，重錘不能小于10kg，穩(wěn)定液濃度合適，保證重錘能自由擺動(dòng)。

（3）懸掛鋼絲的支架要堅(jiān)固穩(wěn)定且觀測(cè)背景要與鋼絲反差大，井下后視點(diǎn)要清晰必要時(shí)要提高照明度。

（4）選擇合適的天氣的進(jìn)行觀測(cè)，最好是夜晚或者陰天，避免強(qiáng)烈光照及溫度快速變化。

（5）控制鋼絲間距離井上井下觀測(cè)值互差在1 mm之內(nèi)，通過(guò)左右三角形計(jì)算的結(jié)果控制在2秒之內(nèi)，確保單次聯(lián)系測(cè)量的內(nèi)附合。

（6）建議在臨近貫通前再進(jìn)行2到3次獨(dú)立的聯(lián)系測(cè)量，且成果控制在3秒之內(nèi)，然后再與之前的成果進(jìn)行綜合取舍，最終進(jìn)行平均處理。

通過(guò)對(duì)聯(lián)系測(cè)量環(huán)節(jié)的著重控制，聯(lián)系測(cè)量的精度得到了明顯的提高，其余3個(gè)區(qū)段最后的橫向貫通誤差也都在允許范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)影響橫向貫通誤差的控制測(cè)量各環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，以實(shí)測(cè)1-2號(hào)井東線地下導(dǎo)線數(shù)據(jù)為實(shí)例，通過(guò)多種導(dǎo)線分析方法得出了1-2號(hào)井東線聯(lián)系測(cè)量出現(xiàn)了明顯偏差，而地下導(dǎo)線測(cè)量及地面GPS控制測(cè)量符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)論。并提出了控制豎井聯(lián)系測(cè)量精度的措施，通過(guò)措施最終保證了其余區(qū)段隧道橫向貫通誤差在5 cm之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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