魏煜佼
中煤第三建设（集团）有限责任公司市政工程分公司 安徽省合肥市 230000
天津地铁4号线南段工程土建施工第8合同段万东路站～沙柳南路站区间，起讫里程为：左DK33+890.800～DK35+536.936、右DK33+890.772～DK35+536.936，左线正线长1645.448m，其中短链0.688m，；右线正线长1647.392m，其中长链1.228m。区间平面最小曲线R-400m，线路纵断面呈“V”字型坡，最大纵坡19.703‰，区间顶部覆土埋深约10～26m。
万东路站～沙柳南路站区间属于长距离掘进隧道。盾构隧道掘进施工受始发井条件限制（一般始井尺寸为7.5m×12.5m）。竖井联系测量只能采用单井定向，而接收井受接收钢环限制，对贯通精度要求高。隧道内只能通过支导线延伸，累计误差不可避免，因此如何提高单井定向测量精度和支导线精度一直是控制测量的难题。
一、隧道贯通测量精度的重要性
在长距离盾构隧道尤其是土压平衡盾构施工中，随着掘进的不断延伸，送达挖掘面的新风动力逐渐减弱，空气流动性差，隧道内的湿气加重，甚至有积雾出现，盾构机工作产生的热量也使隧道内温度成明显的梯度差异，尤其是在隧道转弯处这些现象特别突出，既使安装了足够数量的排风机也不能达到理想的效果。在这样的环境中测设导线，视线的旁折光影响较大，测距精度也会受到影响。在我国现有的盾构施工测量规范中，由于考虑到地下不利条件对测量的影响，将测角中误差规定为＜2.5s；测距相对中误差规定为＜1/6万，这样的精度要求用于超过1.5km的长距离盾构隧道施工中显然过低，不能满足隧道贯通的精度要求。
二、提高测量精度的方法
1、井上井下联系测量
受盾构始发井条件限制，平面联系测量采用一井定向和导线直接传递测量法进行几何定向，由联系测量所测定的基线方位角中误差在±4″之内，对两种方案进行比较，取平均值。
（1）一井定向
一井定向是在一个井筒内悬挂两根钢丝（或同时铅垂地发射两条可见光束），将地面点的坐标和边的方位角传递到井下的测量工作。具体测量方法如下：
①按图1的形式悬挂2根钢丝组成联系三角形；
②布设井上、井下联系三角形时，竖井中悬挂钢丝间的距离c应尽可能长；联系三角形的连接角γ和α及γ’和β'均宜小于1°,呈直伸三角形； a/c 及a'/c宜小于1.5，a、a'为近井点至悬挂钢丝最短距离。
③钢丝直径宜为0.3mm，吊10kg重锤并置于稳定液中；
④联系三角形边长测量可采用电磁波测距或经检定的钢尺丈量，每次应独立测量三测回，每测回三次读数，各测回较差应小于lmm。地上与地下丈量的钢丝间距较差应小于lmm。钢尺丈量时应施加钢尺检定时的拉力，并应进行倾斜、温度、尺长改正。
⑤角度观测应采用不低于1″级全站仪，用方向观测法观测六测回，测角中误差应在土1”之内。
图2 强制对中基座示意图
随后，使用1″级全站仪，以地面控制点为起始边，按照精度导线测量要求测各强制对中基座坐标成果。
2、洞内支导线的布设形式
目前，对于盾构隧道洞内支导线的布设形式通常采用双支导线形式，即在施工过程中根据施工需要布设施工导线，在掘进至一定距离后布设新的边长较大的控制导线与施工导线形成交叉，至隧道贯通前，有两组独立的洞内支导线成果用于指导盾构机掘进。洞内双支导线形式在提高盾构隧道测量精度上能起到较好的保证作用。例如，施工导线点采用在管片一侧合适高度安装强制对中托架的形式，而控制导线点采用在隧道下方埋设十字丝标志的形式，进而形成互补，避免因点位埋设不稳影响精度；其次在仪器标称精度等外界因素不变的情况下，通过不同的支导线线路所得成果可作为比选。双支导线形式虽然能提高盾构隧道测量精度，但是在实践过程中却未必能够实现，甚至适得其反。工程在先行隧道中即采用双支导线形式，但在隧道掘进至1km后，双支导线也出现了一些弊端。首先是工作强度较大，以施工导线平均边长为100m、控制导线平均边长为200m为例，单线掘进至1km后对洞内双支导线进行平面及水准观测需3天时间。其次是导线边长难以控制，尤其是在转弯半径较小的隧道曲线上，为保证施工导线点在不转站的情况下直接观测导向系统吊篮，导线边长难以控制在60m以上；而控制导线由于布设在隧道中间，其边长也难以相应延长。在部分地层较好的环境中，盾构机日掘进里程可达到15m以上，施工导线甚至失去了布设的意义。综合双支导线形式的优劣，经过实践建议：在盾构隧道洞内支导线布设形式的选择上应根据隧道线性进行优化，在直线段中可布设施工导线边长在100m~150m之间、控制导线边长可布设在200~250m之间或根据需要延伸至300m；而在曲线段中（尤其是小半径曲线段）可取消施工导线布设，整合为一条控制导线，并且优先采用在管片一侧合适高度安装强制对中托架的形式，以减少因仪器设备产生的中误差而影响导线精度。
3、陀螺定向测量校核洞内支导线边方位角
盾构隧道贯通前，在不破坏隧道成型结构的情况下，采用陀螺定向测量对洞内支导线边的方位角进行校核，是有别于常规导线测量的主要方法。陀螺定向它不受时间和环境的限制，在隧道内适当加测一陀螺方位角，既可以发现水平角的粗差，也可有效减少方向的误差累积。适用于长距离隧道测量。
单线隧道掘进长度大于1500m时需在掘进至800m、1600m处进行陀螺定向测量。工程2条单线隧道均需要加测陀螺定向。实测过程中，采用陀螺定向测量与洞内支导线测量的方法分别在隧道800m、1600m处观测所得方位角存在较大偏差。经分析，洞内支导线测量采用1″（或0.5″）全站仪进行观测，经洞口基线边引测至最远导线边需4站，最弱边相对中误差＞1/120000，最弱点中误差＜15mm。其观测精度远大于测角标准偏差为±20″的陀螺仪。且从先行已贯通的隧道贯通测量成果可知，陀螺定向测量确实存在较大偏差。因此在隧道掘进至800m处时采用陀螺仪定向测量的方法对洞内支导线方位角进行校核的意义不大，陀螺定向观测的成果可作为参考，但不能用来对导线方位角进行修正。在盾构隧道单向掘进超过1.5km或洞内支导线点超过12个时，陀螺定向观测成果存在较大意义，可作为对隧道内支导线边的方位角进行修正的依据。
4、三角高程测量。
根据贯通误差估算，常规的三、四等水准测量即可达到纵向贯通要求，而随着测量仪器精度的提高，使用１″的全站仪进行的三角高程测量完全可以达到三、四等水准测量的精度要求，一般盾构隧道底部都铺设轨道，容易积水和淤泥，水准测量尺垫不稳定容易超限，采用三角高程测量比较可靠，且和导线边角测量同步进行，同样具有多余观测的校核条件，经过改正平差即能满足精度要求。最重要的就是保证竖井高程传递点的稳定性，要及时进行校核。条件允许的情况下，使用水准测量进行高程校核。
在隧道施工前，要对贯通误差精度进行严格的统筹和规划，使其符合其要求，采用陀螺测量修正导线方位能够有效减小隧道长距离掘进过程中的横向贯通误差，进行严密的精度估算并制定科学合理的观测技术指标，对测量的数据及时分析寻找异常，并结合现场条件制定可行的保障措施，从而确保隧道精确贯通。
参考文献：
[1]刘顺明.地铁盾构隧道施工测量方案设计与实现.2017.
[2]王文强.浅谈提高长距离盾构隧道测量精度的方法.2017.
论文作者:魏煜佼
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
标签：导线论文; 隧道论文; 测量论文; 盾构论文; 精度论文; 方位角论文; 误差论文; 《防护工程》2018年第25期论文;