閉合導(dǎo)線在地鐵較長(zhǎng)盾構(gòu)區(qū)間施工控制測(cè)量中的研究與應(yīng)用

閆瑞海

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063）

閉合導(dǎo)線在地鐵較長(zhǎng)盾構(gòu)區(qū)間施工控制測(cè)量中的研究與應(yīng)用

閆瑞海*

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063）

地下導(dǎo)線通常是一條支導(dǎo)線，且沒(méi)有檢核條件，在盾構(gòu)區(qū)間距離較長(zhǎng)時(shí)，不能確保地下導(dǎo)線的精度。通過(guò)研究實(shí)踐，以某城市地鐵2號(hào)線延伸線盾構(gòu)區(qū)間為例，將地面GPS點(diǎn)、近井導(dǎo)線點(diǎn)、地下精密導(dǎo)線點(diǎn)連在一起構(gòu)成一條閉合導(dǎo)線，并使用高精度全站儀Leica TS30進(jìn)行自動(dòng)照準(zhǔn)測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明，該方法在距離較長(zhǎng)的盾構(gòu)區(qū)間，不僅精度好，而且效率高，且具有檢核條件，降低了盾構(gòu)機(jī)不能順利出洞的風(fēng)險(xiǎn)。

閉合導(dǎo)線；盾構(gòu)區(qū)間；施工控制測(cè)量；高精度全站儀

1　引 言

地鐵工程線路長(zhǎng)，全線分標(biāo)段施工，各標(biāo)段分別由不同的承包商施工。要保證貫通，每個(gè)標(biāo)段不僅要完成本標(biāo)段測(cè)量任務(wù)，還要顧及與相鄰標(biāo)段間的銜接。為了確保線路沿著隧道設(shè)計(jì)軸線運(yùn)行，就必須把盾構(gòu)施工控制測(cè)量擺在首要位置。

城市地鐵施工測(cè)量在統(tǒng)一基準(zhǔn)，逐級(jí)控制的條件下，一般不難達(dá)到國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)定的貫通誤差要求。但在特殊情況下，如盾構(gòu)施工距離比較長(zhǎng)，超過(guò)1 300 m時(shí)，就需要制定專項(xiàng)施工控制測(cè)量方案。

歸納起來(lái)，保證盾構(gòu)施工貫通的測(cè)量環(huán)節(jié)有地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和地下控制測(cè)量。由于地面測(cè)量條件比較好，可以采用的提高精度的測(cè)量方法比較多，而限制提高盾構(gòu)施工測(cè)量精度的測(cè)量主要環(huán)節(jié)是后兩項(xiàng)，本文對(duì)如何控制豎井聯(lián)系測(cè)量和地下施工控制測(cè)量精度進(jìn)行了研究，并根據(jù)實(shí)踐提出了一套有效的測(cè)量方法。

2　地鐵盾構(gòu)施工平面控制測(cè)量概述

2.1地面平面控制測(cè)量

地面平面控制網(wǎng)是地鐵盾構(gòu)施工測(cè)量平面控制網(wǎng)的基準(zhǔn)，地面平面控制網(wǎng)精度直接影響地下控制網(wǎng)的精度，并最終影響貫通誤差。平面控制網(wǎng)應(yīng)沿線路布設(shè)，由兩個(gè)等級(jí)組成，一等為GPS平面控制網(wǎng)，二等為精密導(dǎo)線控制網(wǎng)，分級(jí)布設(shè)。

GPS網(wǎng)一般在城市獨(dú)立坐標(biāo)系下建立C級(jí)GPS控制網(wǎng)，沿地鐵線路約每4 km布設(shè)一對(duì)GPS點(diǎn)，在不同線路交叉有聯(lián)絡(luò)線處或同一線路不同施工標(biāo)段銜接處應(yīng)布設(shè)2個(gè)以上的重合點(diǎn)［1］。

精密導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)，應(yīng)在搜集和了解有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，采用野外踏勘和圖上設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法反復(fù)進(jìn)行，結(jié)合設(shè)計(jì)車(chē)站、井口的位置以及衛(wèi)星定位控制點(diǎn)的位置布設(shè)，精密導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)盡量沿軌道交通線路布設(shè)成直伸形狀，形成起閉于GPS定位控制點(diǎn)上的附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線或結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線網(wǎng)的形式；每個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)具備兩個(gè)以上的后視方向，必須能控制軌道交通盾構(gòu)區(qū)間線路和車(chē)站位置。精密導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)350 m，按規(guī)范要求進(jìn)行測(cè)量。

2.2聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系測(cè)量是將地面的平面坐標(biāo)引入井下，使井上下具有相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。在地鐵修建過(guò)程中，當(dāng)車(chē)站始發(fā)井施工完成后，要及時(shí)將地面的平面坐標(biāo)傳遞到始發(fā)井井下，以便指導(dǎo)盾構(gòu)施工掘進(jìn)。傳遞到井下的平面坐標(biāo)是地鐵盾構(gòu)施工的起算數(shù)據(jù)，成果的正確與否、精度高低直接關(guān)系到隧道掘進(jìn)方向的準(zhǔn)確性，關(guān)系著施工線路是否符合設(shè)計(jì)要求。因此，一般施工方施測(cè)完成后，由第三方測(cè)量獨(dú)立進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保聯(lián)系測(cè)量成果的正確性。本文采用導(dǎo)線直接傳遞法，使用高精度自動(dòng)全站儀Leica TS30進(jìn)行導(dǎo)線直傳，不僅方便，而且效率和精度高。

2.3地下導(dǎo)線測(cè)量

區(qū)間地下導(dǎo)線點(diǎn)從隧道掘進(jìn)起始點(diǎn)開(kāi)始，直線隧道每掘進(jìn)200 m或曲線隧道每掘進(jìn)100 m時(shí)，應(yīng)布設(shè)地下平面控制點(diǎn)。地下導(dǎo)線測(cè)量按精密導(dǎo)線要求施測(cè)，采用Ⅰ級(jí)全站儀，左右角各觀測(cè)兩測(cè)回，邊長(zhǎng)往返觀測(cè)各兩測(cè)回。地下導(dǎo)線通常都是一條支導(dǎo)線，沒(méi)有檢核條件，一旦測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，將直接導(dǎo)致盾構(gòu)區(qū)間不能順利貫通。本文在克服盾構(gòu)隧道狹窄的情況下，將地下導(dǎo)線控制網(wǎng)構(gòu)成閉合導(dǎo)線，使其具有檢核條件，可以提高地下平面控制網(wǎng)的精度，確保施工安全。

3　地鐵較長(zhǎng)盾構(gòu)區(qū)間閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)的建立

本文較長(zhǎng)盾構(gòu)區(qū)間是指按照所在城市軌道交通建設(shè)公司技術(shù)規(guī)定為區(qū)間長(zhǎng)度超過(guò) 1 300 m，掘進(jìn)至600 m后，每500 m必須增加一次包括聯(lián)系測(cè)量在內(nèi)的地下控制測(cè)量，并加測(cè)陀螺定向以校核坐標(biāo)方位。

閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)由地面GPS控制點(diǎn)、地面近井導(dǎo)線點(diǎn)、車(chē)站中板和底板導(dǎo)線點(diǎn)、區(qū)間地下精密導(dǎo)線點(diǎn)組成，且起閉于地面GPS控制點(diǎn)，并將地面和地下導(dǎo)線點(diǎn)連成一條閉合導(dǎo)線。

閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)所有控制點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中裝置，GPS點(diǎn)和地面近井導(dǎo)線點(diǎn)使用水泥觀測(cè)墩，車(chē)站中板和底板導(dǎo)線點(diǎn)可以采用鋼制三角對(duì)中裝置或水泥觀測(cè)墩［2］，區(qū)間地下精密導(dǎo)線點(diǎn)是在隧道管片上安裝鋼制強(qiáng)制對(duì)中裝置，如圖1～圖3所示:

圖1　GPS控制點(diǎn)

圖2　近井、底板、中板導(dǎo)線點(diǎn)

圖3　地下導(dǎo)線點(diǎn)

影響閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)布網(wǎng)精度的首要因素就是如何選擇各地面近井導(dǎo)線點(diǎn)、車(chē)站中板和底板導(dǎo)線點(diǎn)、區(qū)間地下精密導(dǎo)線點(diǎn)的最優(yōu)位置，根據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308-2008以及以往類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)遵循以下原則:

（1）相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間以及導(dǎo)線點(diǎn)與其相連的衛(wèi)星點(diǎn)位之間的垂直角不應(yīng)大于30°。

（2）區(qū)間地下導(dǎo)線點(diǎn)從隧道掘進(jìn)起始點(diǎn)開(kāi)始，隧道內(nèi)控制點(diǎn)平均變長(zhǎng)宜為150 m。曲線隧道控制點(diǎn)間距不應(yīng)小于60 m。在曲線段，盡可能增加導(dǎo)線邊長(zhǎng)，將曲線段布設(shè)成交叉導(dǎo)線。

（3）區(qū)間地下控制點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)光源、熱源、淋水等地方，控制點(diǎn)間視線距隧道壁應(yīng)大于0.5 m。

4　盾構(gòu)施工貫通誤差分析

貫通誤差是指隧道施工由兩相鄰開(kāi)挖洞口的施工中線在貫通面處的偏差［3］。根據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308-2008中的要求，暗明挖隧道橫向貫通測(cè)量中誤差為±50 mm。

通常情況下，隧道橫向貫通誤差是由地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量及地下導(dǎo)線測(cè)量的誤差引起的，地面控制測(cè)量影響隧道貫通偏差的主要因素是始發(fā)井和接收井口地面點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位誤差和相對(duì)方位角誤差，聯(lián)系測(cè)量影響貫通的主要誤差是投點(diǎn)誤差和定向邊的方位角誤差，隧道導(dǎo)線測(cè)量影響貫通的主要誤差是測(cè)角誤差和測(cè)距誤差。

本文閉合導(dǎo)線起算于地面GPS控制點(diǎn)，地面測(cè)量、聯(lián)系測(cè)量、地下導(dǎo)線測(cè)量集成為一條閉合導(dǎo)線，按精密導(dǎo)線要求進(jìn)行測(cè)量，因此閉合導(dǎo)線的橫向貫通中誤差來(lái)源于GPS控制點(diǎn)的測(cè)量誤差和精密導(dǎo)線最弱點(diǎn)橫向測(cè)量誤差。

則隧道橫向貫通中誤差為:

從實(shí)際的測(cè)量情況看，目前利用高精度的GPS靜態(tài)相對(duì)定位，建立地面平面控制網(wǎng)，只要布網(wǎng)合理，精度都非常高，對(duì)隧道橫向貫通誤差的影響很小［4］，可忽略不計(jì)。

因此，在GPS控制點(diǎn)測(cè)量誤差忽略的情況下，隧道橫向貫通中誤差M≈muk，muk為導(dǎo)線最弱點(diǎn)的橫向中誤差。

5　閉合導(dǎo)線在地鐵較長(zhǎng)盾構(gòu)區(qū)間施工控制測(cè)量中的應(yīng)用

5.1閉合導(dǎo)線在盾構(gòu)隧道施工控制測(cè)量中的測(cè)量實(shí)例

以某城市地鐵2號(hào)線延伸線工程為例，該工程共包括12個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，其中距離較長(zhǎng)，且超過(guò)1 300 m的盾構(gòu)區(qū)間有2個(gè)，其他10個(gè)盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)度在300 m～1 200 m，盾構(gòu)區(qū)間平均長(zhǎng)度為914.8 m。采取其中的較長(zhǎng)的II-Y-TS-04標(biāo)松濤街站～金谷路站盾構(gòu)區(qū)間左線施工控制網(wǎng)測(cè)量為例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，區(qū)間概況如下。

松濤街站～金谷路站區(qū)間隧道從松濤街站東端出發(fā)，沿創(chuàng)苑路向東，下穿雪堂街、林泉路、星塘街及星塘街1號(hào)橋，最后到達(dá)金谷路站西端。區(qū)間線路呈東西走向，共采用三段較短的過(guò)渡曲線，半徑分別為3 000 m、2 000 m及3 000 m。左線隧道全長(zhǎng)1489.324 m，右線隧道全長(zhǎng)1 489.800 m，區(qū)間左右線總長(zhǎng)2 979.124 m；區(qū)間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道1處、聯(lián)絡(luò)通道（與泵房合建）1處。

閉合導(dǎo)線起算于地面GPS點(diǎn)G44和G45，共布設(shè)17個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，其中2個(gè)為支導(dǎo)線點(diǎn)（如圖4所示），曲線段導(dǎo)線邊相互交叉，全部為強(qiáng)制對(duì)中臺(tái)，測(cè)量采用I級(jí)高精度自動(dòng)化全站儀Leica TS30（測(cè)角0.5″，測(cè)距1 mm+1 ppm）中的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別（ATR）功能自動(dòng)照準(zhǔn)測(cè)量，可以克服盾構(gòu)區(qū)間水霧氣大，能見(jiàn)度低，常規(guī)儀器無(wú)法測(cè)量的條件，提高觀測(cè)效率，按照《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308-2008中精密導(dǎo)線測(cè)量要求施測(cè)。

算例采用較為成熟的商業(yè)平差軟件“南方平差易2002”進(jìn)行平差，平差結(jié)果如下:

（1）閉合路徑

［2G45-2G44-D1-G1-G2-G3-G4-G5-G6-L5-L4-L3-L2-L1-X2-X1-D3-2G44-2G45］，圖4中DL2 和DL3為吊籃定向點(diǎn)，且為支點(diǎn)，其中DL3為用于盾構(gòu)機(jī)最終出洞的導(dǎo)線點(diǎn)，用來(lái)架設(shè)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)使用的全站儀。線路總邊長(zhǎng)為 3 466.836 m，平均邊長(zhǎng)為 216.677 m，最小邊長(zhǎng)為 26.452 m，最大邊長(zhǎng)為518.159 m。

（2）控制網(wǎng)中誤差情況

點(diǎn)位誤差最大的點(diǎn)為DL3，DL3的點(diǎn)位誤差為0.022 5 m；

點(diǎn)DL3的橫向中誤差為0.0216 m，因此，根據(jù)M ≈muk，隧道橫向貫通中誤差M≈0.021 6 m，小于規(guī)范規(guī)定的橫向貫通中誤差±50 mm。

（3）角度閉合差為-3″，限差為20″。

（4）X坐標(biāo)閉合差fx為0.001 m，Y坐標(biāo)閉合差fy 為0.016 m，全長(zhǎng)閉合差fd為0.016 m。

（5）全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為1/212227，遠(yuǎn)小于規(guī)范限差1/35000。

5.2與加測(cè)陀螺方位角對(duì)比

因?yàn)楸緟^(qū)間長(zhǎng)度超過(guò)1 300 m，按照要求，在盾構(gòu)區(qū)間三分之二處加測(cè)一個(gè)陀螺方位角，可以限制導(dǎo)線測(cè)角誤差的積累，提高定向精度。

本區(qū)間在約1 100 m處加測(cè)陀螺方位角，測(cè)量采用蘇州一光儀器有限公司的自動(dòng)陀螺儀GTA1010，全站儀采用蘇州一光RTS352R5全站儀，陀螺儀測(cè)量精度為10″。地下定向邊陀螺方位角測(cè)量采用“地面已知邊—地下定向邊—地面已知邊”的測(cè)量程序，地面已知邊為2D103?2D104，地下定向邊為L(zhǎng)5?G6，L5?G6的陀螺所測(cè)方位角由陀螺觀測(cè)值加上陀螺常數(shù)求得，L5?G6的導(dǎo)線方位角與陀螺所測(cè)方位角的差值為1.9″，誤差較小，表明導(dǎo)線精度較好。計(jì)算過(guò)程如表1所示。

陀螺方位角計(jì)算過(guò)程　表1

6　結(jié)論與展望

閉合導(dǎo)線將地面GPS點(diǎn)、近井導(dǎo)線點(diǎn)、地下精密導(dǎo)線點(diǎn)連在一起構(gòu)成一條閉合導(dǎo)線，測(cè)量過(guò)程中誤差主要來(lái)源于測(cè)角和測(cè)邊誤差，而測(cè)角和測(cè)邊誤差取決于儀器對(duì)中誤差和人為觀測(cè)誤差。使用強(qiáng)制對(duì)中裝置可以消除儀器對(duì)中誤差，使用高精度自動(dòng)全站儀Leica TS30自動(dòng)照準(zhǔn)功能，測(cè)量導(dǎo)線左右角可以消除人為觀測(cè)誤差。因此，采用該測(cè)量方法，可以較好地提高測(cè)量精度，且具有檢核條件，減小橫向貫通誤差。

根據(jù)文中介紹的技術(shù)和方法，成功完成了該城市2號(hào)線延伸線12個(gè)盾構(gòu)區(qū)間的測(cè)量任務(wù)，不但滿足隧道橫向貫通限差要求，易于操作，且未發(fā)生過(guò)測(cè)量事故，深受該市軌道公司的好評(píng)。實(shí)踐證明，文章上述方法是精確可行的，同時(shí)也為同類(lèi)工程施工測(cè)量積累了經(jīng)驗(yàn)。下一步工作展望是研究使用高精度全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量，在進(jìn)行地下平面控制測(cè)量的同時(shí)，獲得地下高程控制，提高工作效率。

［1］胡榮明.城市地鐵施工測(cè)量安全及安全監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2011.

［2］潘國(guó)榮，車(chē)建仁.城市地鐵建設(shè)中的測(cè)量技術(shù)［J］.江西科學(xué)，2006，24（4）：205～208.

［3］徐順明.廣州軌道交通盾構(gòu)隧道施工控制測(cè)量的研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2011.

［4］劉相法.城市地下工程定向測(cè)量及監(jiān)測(cè)技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2006.

The Application of Closed traverse on Construction Control Survey in longer Metro Shield Tunnel

Yan Ruihai
（China Shipbuilding Industry Institute of Engineering Investigation&Design Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

Usually，underground traverse is an open traverse with no check conditions.It can't ensure the accuracy while the shield tunnel is relatively longer.In the study of city A，for its Metro Line 2 extension line shield tunnel，ground GPS points，close-to-well traverse points and underground traverse points are connected together to form a closed traverse.Leica TS30，a high-precision total station is used for automatic sighting measurement.The results show that this method in longer distance shield tunnel is with good accuracy and high efficiency，and also has check Conditions.In summary，this method can reduce the risk that the shield machine can't get out of the hole.

closed traverse；shield tunnel；construction control survey；high-precision total station

1672-8262（2016）04-130-04

P258

B

2016—01—12

閆瑞海（1984—），男，工程師，主要從事工程測(cè)量與監(jiān)測(cè)工作。