長(zhǎng)大隧道聯(lián)系測(cè)量技術(shù)在地鐵項(xiàng)目中的運(yùn)用

翟 華 李培

上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海 200941

正文：

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線二期工程富源北路站-森林公園站，線路全長(zhǎng)3KM，分別在富源北路站、森林公園站段設(shè)置施工斜井，在整條線路中部設(shè)置中間風(fēng)井。為確保整條線路的貫通，最主要的工作是通過(guò)聯(lián)系測(cè)量將洞外的控制點(diǎn)經(jīng)過(guò)斜井和豎井導(dǎo)入到正洞里面，斜井、豎井的聯(lián)系測(cè)量和隧道洞內(nèi)控制測(cè)量就成了保證隧道貫通精度的首要條件。

1.長(zhǎng)大隧道聯(lián)系測(cè)量

長(zhǎng)大隧道聯(lián)系測(cè)量一般采用隧洞內(nèi)精密導(dǎo)線測(cè)量的方法進(jìn)行，洞內(nèi)控制導(dǎo)線若布設(shè)成等邊直伸型，隧道的橫向貫通誤差受測(cè)角誤差的影響，可以采用精度較高的全站儀，可以提高測(cè)角精度；隧道的橫向貫通誤差隨著測(cè)站數(shù)的增加而增大，在保證通視條件和施工要求下，經(jīng)量拉長(zhǎng)導(dǎo)線邊長(zhǎng)，以減小坐標(biāo)方位角傳遞誤差；受洞內(nèi)條件限制，長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)以雙導(dǎo)線布設(shè)形式向前傳遞，以此可以增加網(wǎng)的內(nèi)部檢核條件、提高網(wǎng)的可靠性。

1.1 富森斜井（富源北路站端）聯(lián)系測(cè)量

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙斜井設(shè)計(jì)坡度為-3.25%，不影響因坡度較大而產(chǎn)生的人為觀測(cè)誤差， 在圖1中，分別在①②③④處布設(shè)CPIII預(yù)埋件，在斜井地面上布設(shè)導(dǎo)線控制點(diǎn)，通過(guò)CPIII網(wǎng)測(cè)設(shè)方法和地面導(dǎo)線相互檢核，控制斜井導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)入正洞，以便進(jìn)行貫通測(cè)量。

圖1 富森斜井聯(lián)系測(cè)量示意圖

1.2 富森泄水洞（森林公園站端）聯(lián)系測(cè)量

富森區(qū)間（泄水洞）段暗挖隧道因與富森區(qū)間正洞平行，泄水洞中心線與右洞中心線間距20m，考慮到用傳統(tǒng)的雙導(dǎo)線布設(shè)方法對(duì)長(zhǎng)達(dá)1.5KM（先貫通到中間風(fēng)井處）暗挖隧道，布設(shè)精度較低，采用CPIII控制網(wǎng)和雙導(dǎo)線同時(shí)布設(shè)，以便相互檢核，提高控制網(wǎng)的精度。

圖2 富森泄水洞聯(lián)系測(cè)量示意圖

在圖2中，在泄水洞底面埋設(shè)一般導(dǎo)線控制點(diǎn)，在其隧道洞口及橫通道與正洞洞口埋設(shè)CPIII網(wǎng)預(yù)埋件，考慮到泄水洞進(jìn)正洞距離過(guò)段，采用多測(cè)角測(cè)距和CPIII控制網(wǎng)推進(jìn)方法保證其控制網(wǎng)精度，對(duì)下一步貫通測(cè)量做基礎(chǔ)。

1.3 豎井聯(lián)系測(cè)量

豎井測(cè)量系測(cè)量一般采用導(dǎo)線定向法、鉆井投點(diǎn)法、陀螺經(jīng)緯儀定向和聯(lián)系三角形測(cè)量等方法。

（1）導(dǎo)線定向法。導(dǎo)線定向法是利用導(dǎo)線傳遞測(cè)量的原理進(jìn)行地下隧道豎井聯(lián)系測(cè)量中的方法。由于在豎井端頭的導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)邊長(zhǎng)較短、仰俯角大，對(duì)相對(duì)豎井埋深大于20m時(shí)，測(cè)量精度達(dá)不到貫通測(cè)量要求，一般情況不做考慮，導(dǎo)線定向法適用于施工現(xiàn)場(chǎng)比較開闊、地上地下通視條件良好的地段。

（2）鉆井投點(diǎn)法。鉆孔投點(diǎn)發(fā)是一種適合于淺埋（埋深小于30m）工程的豎井聯(lián)系測(cè)量方法，利用地鐵線路上方的鉆孔或豎井通道上的鉆孔，用垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)，井上投點(diǎn)坐標(biāo)與近井導(dǎo)線聯(lián)測(cè)，從而獲得投點(diǎn)坐標(biāo)，應(yīng)用同一鉛垂線上兩點(diǎn)平面坐標(biāo)相同的原理，得出井下投點(diǎn)坐標(biāo)。具有作業(yè)時(shí)間段、測(cè)量精度高、簡(jiǎn)單直觀、容易操作的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是測(cè)量鉆孔難度較大（垂直度要求高），鉆孔成本較高。

（3）陀螺經(jīng)緯儀定向。陀螺經(jīng)緯儀是講陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合的儀器，它的優(yōu)點(diǎn)是不受時(shí)間和環(huán)境的限制，同時(shí)觀測(cè)簡(jiǎn)單方便、效率高，而且能保證較高的定向精度。而其缺點(diǎn)就是陀螺經(jīng)緯儀成本較高，測(cè)量時(shí)需要一個(gè)相對(duì)平靜的環(huán)境，不能有震動(dòng)干擾，對(duì)施工進(jìn)度造成一定的影響。

（4）聯(lián)系三角形法。傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法是在井口懸掛兩根細(xì)鋼絲，與地面、地下測(cè)站形成個(gè)一懸掛鋼絲的共同邊長(zhǎng)的三角形，通過(guò)解三角形將地面點(diǎn)坐標(biāo)及方位角傳遞下去。其原理是已知地面控制點(diǎn)D1、D2（D1測(cè)站點(diǎn)），O1、O2為懸掛鋼絲（豎井底部標(biāo)記為O1'、O2'），S1、S2為隧道內(nèi)控制點(diǎn)（S1為測(cè)站點(diǎn)）。分別架設(shè)全站儀于D1，S1點(diǎn)，對(duì)O1、O2兩根鋼絲測(cè)量水平角，以及邊長(zhǎng)D1-O1、D1-O2、O1-O2。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算各邊長(zhǎng)與其相對(duì)應(yīng)的角度改正數(shù)，根據(jù)改正后的邊長(zhǎng)及角度推算出TS1S2方位角及坐標(biāo)。

2.案例分析

在國(guó)內(nèi)大多數(shù)的豎井聯(lián)系測(cè)量中，豎井的深度和大小決定了豎井聯(lián)系測(cè)量的難易度，貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線二期工程富森區(qū)間中間風(fēng)井深度達(dá)到57.795m，井口尺寸為9*9m，考慮到這條線路的長(zhǎng)度及兩端的斜井影響下，使用三絲法對(duì)豎井的聯(lián)系測(cè)量是現(xiàn)階段的可控的方法之一。

從雙絲法的聯(lián)系三角形發(fā)現(xiàn)用此方法在實(shí)際運(yùn)用中精度較低，在特定的條件下滿足不了規(guī)范要求，為了提高精度，保證隧道的貫通，可以在兩根鋼絲的基礎(chǔ)上加一根鋼絲來(lái)確保聯(lián)系測(cè)量的精度及質(zhì)量。為提高測(cè)量精度，本文采用三絲聯(lián)系三角形測(cè)量方法。

圖3 富森區(qū)間中間風(fēng)井聯(lián)系三角形測(cè)量示意圖

從圖3中，可以通過(guò)△D1-O1-O3與△S1-O1-O3和△D1-O1-O2與△S1-O1-O2兩組數(shù)據(jù)來(lái)解算數(shù)據(jù)，并且通過(guò)三角形內(nèi)角和180°特性，檢算△O1-O2-O3所計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，使得計(jì)算數(shù)據(jù)更加精確，在下一步隧道內(nèi)部導(dǎo)線推進(jìn)過(guò)程中，使得地面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)豎井的聯(lián)系，更加精準(zhǔn)，減小了了隧道的貫通誤差。

如圖3所示，D1、D2分別為地面上近井點(diǎn)和連續(xù)點(diǎn)，O1、O2、O3為三根0.6mm鋼絲（考慮豎井深度及垂球的質(zhì)量），鋼絲下部分別吊住15KG的垂球，在三根鋼絲上下部分別貼上反射片，在D2與S1處分別架設(shè)全站儀，同時(shí)刻對(duì)三根鋼絲和D1、DY01控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)角測(cè)距（考慮到鋼絲受井內(nèi)氣流影響），記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。角度觀測(cè)采用全圓觀測(cè)法，測(cè)量四個(gè)測(cè)回。

聯(lián)系測(cè)量水平角觀測(cè)值 表1

聯(lián)系測(cè)量邊長(zhǎng)觀測(cè)值（m） 表2

根據(jù)井上數(shù)據(jù)，分別在△D2-O1-O3、△D2-O1-O2中通過(guò)正弦定律計(jì)算出TO1-O3、T01-02方位角，用同樣的方法在△S1-01-02、△S1-O1-O3中計(jì)算各三角形內(nèi)角，計(jì)算三角形角度閉合差，根據(jù)平差計(jì)算出T01-S1=1°51′31″， TO1′-S1=1°51′25″，互差值為6″，取其平差值，計(jì)算定向邊TS1-DY01方位角。分別獨(dú)立對(duì)三根鋼絲進(jìn)行觀測(cè)，計(jì)算出三次定向邊方位角，各次定向坐標(biāo)方位角差值不應(yīng)小于20″，取其三次定向坐標(biāo)方位角平均值為最終定向成果。

3.豎井聯(lián)系測(cè)量方法比較

因?yàn)楸竟こ特Q井位于貴陽(yáng)市森林公園里，周圍通視條件差，豎井埋深為57.795m，比較上述方法：

①導(dǎo)線定向法在進(jìn)行坐標(biāo)方位角傳遞過(guò)程中需要在豎井側(cè)壁埋設(shè)多個(gè)強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)，埋設(shè)過(guò)程中考慮到上下點(diǎn)位仰俯角對(duì)測(cè)量精度的影響，相對(duì)埋設(shè)控制點(diǎn)工作比較繁重，在之后的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中，對(duì)點(diǎn)位的破壞存在一定的影響，故在此項(xiàng)目中，導(dǎo)線定向法不適合進(jìn)行豎井的聯(lián)系測(cè)量。

②鉆孔投點(diǎn)法在進(jìn)行鉆孔選點(diǎn)時(shí)要考慮到對(duì)地面導(dǎo)線聯(lián)測(cè)，而在進(jìn)行鉆孔時(shí)，57.95m的鉆孔深度對(duì)鉆孔作業(yè)是相對(duì)困難的，在鉆孔過(guò)程中同時(shí)保證鉆孔的垂直度，在此項(xiàng)目中，鉆孔投點(diǎn)法也是不適合進(jìn)行豎井聯(lián)系測(cè)量。

③陀螺經(jīng)緯儀定向法進(jìn)行豎井的聯(lián)系測(cè)量時(shí)，其精度與方便性時(shí)實(shí)用的，考慮到其成本高，在使用過(guò)程中考慮到各種環(huán)境因素對(duì)陀螺儀的影響，可以慎重考慮，結(jié)合上述方法，考慮到各種環(huán)境的影響，聯(lián)系三角形法搭配陀螺儀定向法是對(duì)隧道豎井的聯(lián)系測(cè)量最適用的。

結(jié)論

結(jié)合本工程隧道聯(lián)系測(cè)量工作的實(shí)施，在對(duì)豎井、斜井、隧道洞內(nèi)控制測(cè)量成果實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量反饋的信息，現(xiàn)有的聯(lián)系測(cè)量方法是該項(xiàng)目的最優(yōu)方法，其測(cè)量成果完全滿足規(guī)范要求，該項(xiàng)目的聯(lián)系測(cè)量工作質(zhì)量是可控的，對(duì)整條線路的貫通是有保證的。