長(zhǎng)大隧道盾構(gòu)機(jī)過(guò)站平面測(cè)量方案設(shè)計(jì)

陳 瑤

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

由于地鐵線路建設(shè)周期、經(jīng)濟(jì)成本等因素，盾構(gòu)機(jī)過(guò)站技術(shù)得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用，常規(guī)測(cè)量方法[1～2]在過(guò)站過(guò)程中，受車站結(jié)構(gòu)、操作空間、總長(zhǎng)度等影響，較一般區(qū)間積累更多的貫通誤差。貫通誤差的三個(gè)分量中，縱向、豎向貫通誤差相對(duì)容易控制，但橫向貫通誤差受地上、地下、始發(fā)、掘進(jìn)、接收等各工序環(huán)節(jié)影響，積累更多，是施工測(cè)量中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。

本文結(jié)合南京地鐵項(xiàng)目，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及工作要求，對(duì)掘進(jìn)長(zhǎng)度3 km的長(zhǎng)大隧道進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及貫通精度分析估算。

1 工程概況

在建南京地鐵9號(hào)線在南京站站與已運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線和3號(hào)線進(jìn)行換乘。由于南京站站（地下4層車站）為已建成車站，與3號(hào)線同層平行，根據(jù)施工計(jì)劃，盾構(gòu)機(jī)從曹后村始發(fā)，經(jīng)南京站站負(fù)四層過(guò)站繼續(xù)向前推進(jìn)，從中央門(mén)站接收。曹后村站—中央門(mén)站區(qū)間全長(zhǎng)約3 km，其中曹后村站—南京站站區(qū)間長(zhǎng)約1.3 km、南京站站—中央門(mén)站區(qū)間長(zhǎng)1.4 km、南京站站長(zhǎng)約364 m。見(jiàn)圖1。

圖1 曹后村站—中央門(mén)站區(qū)間施工組織計(jì)劃

2 聯(lián)系測(cè)量

2.1 曹后村站—南京站站區(qū)間

區(qū)間右線長(zhǎng)1 287.520 m，左線長(zhǎng)1 299.029 m，掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行3次聯(lián)系測(cè)量（不含始發(fā)定向測(cè)量），分別在隧道掘進(jìn)至100～150 m、1/2處、貫通前100～150 m時(shí)各進(jìn)行1次，聯(lián)系測(cè)量方式采用雙聯(lián)系三角形方法，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求執(zhí)行[4]。

2.2 南京站站—中央門(mén)站區(qū)間

南京站站應(yīng)加密控制點(diǎn)，布設(shè)于底板，左右線各布設(shè)2點(diǎn)。根據(jù)施工計(jì)劃，于曹后村站—南京站站區(qū)間雙線貫通后、南京站站—中央門(mén)站區(qū)間右線盾構(gòu)二次始發(fā)前，進(jìn)行南京站站底板加密控制點(diǎn)第1次測(cè)量；在南京站站—中央門(mén)站區(qū)間左線盾構(gòu)二次始發(fā)前，進(jìn)行南京站站底板加密控制點(diǎn)第2次測(cè)量（測(cè)量路線與第1次測(cè)量相同）。

2.2.1 右線

右線長(zhǎng)1 262.912 m，過(guò)站后進(jìn)行二次始發(fā)；于底板加密控制點(diǎn)第1次測(cè)量后，以南京站站右線底板加密控制邊NJZY-01—NJZY-02作為始發(fā)定向邊，即該區(qū)間右線二次始發(fā)定向測(cè)量與南京站站右線底板加密控制點(diǎn)第1次測(cè)量同步進(jìn)行，見(jiàn)圖2。

圖2 二次始發(fā)測(cè)量及底板加密第一次測(cè)量

右線掘進(jìn)過(guò)程中分別在隧道掘進(jìn)至100～150 m、1/2處、貫通前100～150 m時(shí)各進(jìn)行1次聯(lián)系測(cè)量；聯(lián)系測(cè)量均于曹后村站進(jìn)行。單次測(cè)量完成后將測(cè)量成果與上期測(cè)量使用成果進(jìn)行比較，以比較后取值作為控制測(cè)量的起算值。

2.2.2 左線

左線長(zhǎng)1 438.338 m，過(guò)站后進(jìn)行二次始發(fā)；于底板加密控制點(diǎn)第2次測(cè)量后，以南京站站左線線底板加密控制邊NJZZ-01—NJZZ-02作為始發(fā)定向邊，即該區(qū)間右線二次始發(fā)定向測(cè)量與南京站站右線底板加密控制點(diǎn)第2次測(cè)量同步進(jìn)行。

南京站站—中央門(mén)站區(qū)間左線掘進(jìn)過(guò)程中分別在隧道掘進(jìn)至100～150m、1/2處、貫通前100～150m時(shí)各進(jìn)行1次聯(lián)系測(cè)量；聯(lián)系測(cè)量均于曹后村站進(jìn)行，按照南京站站底板加密控制點(diǎn)第2次測(cè)量網(wǎng)形對(duì)控制邊NJZZ-01—NJZZ-02進(jìn)行測(cè)量，單次測(cè)量完成后將測(cè)量成果與上期測(cè)量使用成果進(jìn)行比較，以比較后取值作為控制測(cè)量的起算值。

2.3 陀螺定向測(cè)量

曹后村站—中央門(mén)站單線區(qū)間隧道長(zhǎng)度＞1 500 m，為保證隧道貫通精度，增加陀螺儀定向測(cè)量，以校核地下控制邊方位。

1）站底板加密控制點(diǎn)第1次測(cè)量時(shí)，對(duì)控制邊NJZY-01—NJZY-02、NJZZ-01—NJZZ-02進(jìn)行陀螺儀定向測(cè)量，以校核其方位。

2）底板加密控制點(diǎn)第2次測(cè)量時(shí)，再次對(duì)控制邊NJZY-01—NJZY-02、NJZZ-01—NJZZ-02進(jìn)行陀螺儀定向測(cè)量。

3）南京站站—中央門(mén)站區(qū)間左右線掘進(jìn)到1/2處，即盾構(gòu)機(jī)從曹后村始發(fā)掘進(jìn)到2.3 km時(shí)，采用陀螺儀加測(cè)區(qū)間隧道內(nèi)末端導(dǎo)線邊方位。

3 橫向貫通誤差精度估算

橫向貫通誤差為沿垂直于坑道施工中線的水平方向貫通偏差，是貫通誤差在垂直于坑道施工中線的水平方向上的投影。本工程認(rèn)為產(chǎn)生橫向貫通誤差的5個(gè)工序都是相互獨(dú)立的，總的橫向貫通中誤差

式中：M為橫向貫通中誤差；M1為地上平面控制測(cè)量引起的橫向貫通中誤差；M2為始發(fā)井平面聯(lián)系測(cè)量引起的橫向貫通中誤差；M3為地下平面控制測(cè)量引起的橫向貫通中誤差；M4為盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)定位測(cè)量引起的橫向貫通中誤差；M5為接收井平面聯(lián)系測(cè)量引起的橫向貫通中誤差。

3.1 M1計(jì)算

地面首級(jí)平面控制點(diǎn)大多沿線路兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)，從已知控制點(diǎn)測(cè)設(shè)到近井點(diǎn)大多僅需測(cè)設(shè)1～2站，故此項(xiàng)誤差按支導(dǎo)線形式進(jìn)行估算

式中：mβ為導(dǎo)線的測(cè)角中誤差；L為支導(dǎo)線長(zhǎng)度；n為導(dǎo)線測(cè)站數(shù)；ρ為常數(shù)，即1弧度對(duì)應(yīng)的秒值。

一般接收井采用與始發(fā)井相同的地上平面控制網(wǎng)測(cè)量方法且相互獨(dú)立完成測(cè)量，則實(shí)際地上平面控制測(cè)量引起的橫向貫通中誤差應(yīng)為

已知地面首級(jí)平面控制點(diǎn)距離始發(fā)和到達(dá)井口均約300 m，向近井點(diǎn)傳遞僅需測(cè)設(shè)2站。本項(xiàng)目測(cè)量采用的儀器為徠卡TS60全站儀，測(cè)角精度0.5″，外業(yè)測(cè)設(shè)4測(cè)回，考慮到環(huán)境等因素影響，測(cè)角中誤差控制在2″是可行的。

3.2 M2計(jì)算

聯(lián)系測(cè)量將采用一井定向，定向誤差引起橫向貫通誤差

式中：m為一次定向中誤差；L為隧道長(zhǎng)度。

因隧道貫通前會(huì)在始發(fā)井對(duì)同一定向邊獨(dú)立進(jìn)行n次聯(lián)系測(cè)量，則聯(lián)系測(cè)量引起的橫向貫通中誤差可表達(dá)為

根據(jù)南京軌道交通工程測(cè)量管理辦法規(guī)定，兩次獨(dú)立定向所測(cè)得的地下定向邊的方位角較差一般≯12″，則單次定向允許誤差應(yīng)為，一般允許誤差為中誤差的2倍，則單次定向的中誤差應(yīng)

3.3 M3計(jì)算

由于地鐵隧道內(nèi)觀測(cè)條件相對(duì)較好，導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)近似等邊直伸形且加測(cè)陀螺定向，故按等邊直伸方向附合導(dǎo)線進(jìn)行橫向貫通中誤差計(jì)算

式中：mβ為導(dǎo)線的測(cè)角中誤差；L為隧道長(zhǎng)度；n為導(dǎo)線測(cè)站數(shù)。

考慮線路走向及曲線半徑等因素，洞內(nèi)控制點(diǎn)間距約150 m左右，洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)約20個(gè)，采用徠卡TS60全站儀，測(cè)角中誤差仍按2″考慮，利用式（5）計(jì)算的地下平面控制測(cè)量引起的橫向貫通中誤差M3為±37.6 mm。

3.4 M4計(jì)算

規(guī)范［4］規(guī)定姿態(tài)定位測(cè)量中誤差應(yīng)＜±3 mm，假設(shè)定位中誤差全部傳遞給橫向貫通中誤差，即M4＝±3（mm）。

3.5 M5計(jì)算

到達(dá)井采用與始發(fā)井相同的測(cè)量方法，定向邊至貫通面的距離約20 m，則

3.6 M計(jì)算

總的橫向貫通中誤差結(jié)果為±45.6 mm，滿足規(guī)范[4]貫通測(cè)量中誤差不應(yīng)超過(guò)±50 mm的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

由于南京站站為已建成車站，既不具備聯(lián)系測(cè)量條件，也無(wú)地下已知控制點(diǎn)，本方案通過(guò)聯(lián)系測(cè)量、底板控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)、陀螺定向等手段，有效提高貫通精度。充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件、各工序?qū)λ淼镭炌ㄕ`差的影響后，估算的貫通精度仍滿足規(guī)范要求，說(shuō)明該測(cè)量方案合理可行。