王文轩
中铁三局华东公司 江苏南京 210000
摘要：介绍隧道工程控制测量技术，总结隧道控制测量经验，减少测量误差和粗差的产生，为以后的隧道工程提供方便可行的控制测量方案，使其达到规范规定的贯通精度。
关键词：地下控制测量；联系定向测量；高程控制测量
前言
近10年来国内有20余个城市先后进行地铁建设，地铁区间隧道多采用盾构法施工。地铁在中心城区的技术已日渐成熟，但是对质量方面则提出了更高的要求。如何有效的控制好隧道的贯通误差，无论从经济上还是从技术上都显得十分重要，而且也是摆在专业人员面前的一大重要课题。
1.测量目的
测量工作是土建工程的重要组成部分，根据工程需要和现场情况，适当加密和发送地面控制点，以求有“多余的观测条件”，保证施工测量精度。对区间各结构形式和施工误差累计等进行分析，根据实际情况对结构尺寸提出误差富余量，以求结构不侵限。
2.地下控制测量
（1）精密导线传递控制网形式
高处控制测点需加密，具体视各车站通视情况，本文采用增加 1 个测点的情况进行分析，《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008中联系定向测量提到有 5 种方法：
1）联系三角形法（一井定向）；
2）陀螺仪、经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合法；
3）两井定向；
4）导线直接传递法；
5）投点定向法。现实中联系测量用的最多的有 2 种方法：一是精密导线直接传递法，二是二井定向。
（2）地下导线控制测量
采用双支导线的方法，双支导线每前进一段交叉一次。每一个新的施工控制点由2条路线传算坐标。当检核无误，最后取平均值作为新点的测点数据。线路平面示意图如图2-1。
图2-1 隧道内导线布置示意图
地下导线测设要求：
1）区间施工控制测量利用车站内控制导线点，直线隧道每掘进200m，曲线隧道每掘进100m时，应布设地下平面控制点，并进行地下平面控制测量。曲线隧道平面控制导线点埋设在曲线五大桩点上。隧道内直线段控制点间平均边长宜为150m。曲线段控制点间距不应小于60m，控制点应避开强光源、热源、淋水等地方，控制点间视线距隧道壁应大于0.5m。
2）平面控制测量应采用导线测量方法，导线测量应使用不低于II级全站仪施测，左右角各观测两测回，左右角平均值之和与360°较差应小于4″，边长往返观测各两测回，往返平均值较差应小于4mm。测角中误差为±2.5″，测距中误差为±3mm。
3）每次延伸施工控制导线测量前，应对已有的控制导线点进行检测，检测点如有变动，选择另外稳定点的施工控制导线点进行施工控制导线延伸测量。重合点重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于10mm时，采用逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸量的起算值。
4）地下导线点的坐标互差：在近井点附近≤ ? 16mm、在贯通面附近≤±25mm；矿山法区间隧道单向掘进超过1km时，过600m后≤ ? 20mm，盾构法区间隧道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤ ? 20mm。
5）地下导线起始边（基线边）方位角的互差≤ ? 12″
6）导线边的边长互差≤ ? 8mm。
（2）地下高程控制测量
1）地下高程控制点可利用地下导线点，单独埋设时每200m埋设一个，应采用二等水准测量的方法施测。
2）地下高程控制测量的方法和精度，应符合二等水准测量要求。水准线路往返较差、附合或闭合差为±8√Lmm。
3）水准测量应在隧道贯通前进行三次，并应与传递高程测量同步进行。重复测量的高程点间的高程较差应小于5mm，满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
4）开挖至隧道全长1/3和2/3处，贯通前50m～100m，分别对地下水准点按二等水准精度要求复测，保障高程贯通精度。
5）明挖车站、明挖区间、矿山法竖井、盾构始发井等：地下高程点高程的互差≤ ? 5mm。
6）区间隧道较长时，各地下高程点的高程较差：矿山法区间隧道单向掘进超过1km时，过600m后≤ ? 10mm，盾构法区间隧道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤ ? 10mm；贯通前，高程较差≤ ? 10mm。
7）相邻高程点高差的互差≤ ? 3mm。
8）经竖井或高架墩（柱）悬吊钢尺传递高程的互差≤ ? 3mm。
3.盾构隧道施工测量
（1）盾构机导轨定位测量
盾构机导轨的中线与设计隧道中线较差应小于3mm，导轨的前后高程与设计高程较差应小于3mm，导轨下面应坚实平整。
（2）反力架定位测量
反力架定位测量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等，反力架下面是否坚实、平整。反力架的稳定性直接影响到盾构机始发掘进是否能正常按照设计的方位进行。
（3）盾构机姿态初始测量
盾构机姿态初始测量包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。
盾构机作为一个近似圆柱的三维体，在盾构机壳体内适当位置上选择观测点。在图7-6中，O点是盾构机刀盘中心点，A点和B点是在盾构机前体与中体交接处，螺旋机根部下面的2个选点。C点和D点是螺旋机中段靠下侧的2个点，E点是盾构机中体前断面的中心坐标，A、B、C、D。4点上都贴有测量反射镜片。由A、B、C、D、O。5点所构成的2个四面体中，测量出每个角点的三维坐标（xi，yi，zi）后，把每个四面体的4个点之间的相对位置关系和6条边的长度L计算出来，作为以后计算的初始值，在以后的掘进过程中，Li将是不变的常量（假设盾构机掘进过程中前体不发生太大形变），通过测量A、B、C、D4点的三维坐标，用（x，y，z）、L就能计算出O点的三维坐标。
用同样的原理，A、B、C、D、E。5点也可以构成2个四面体，相应地E点的三维坐标也可以求得。由E、O 2点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航，由A、B、C、D。4点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到了检测盾构机的目的。
盾构机姿态测量示意图
（4）盾构掘进测量
盾构法施工测量贯通精度要求很高，规范要求横向误差限差100mm，纵向误差限差50 mm，洞门钢环最大允许盾构机贯通偏差160 mm（洞门钢环直径6600 mm，盾构刀盘6280 mm）。利用盾构上的激光导向系统导向。
（5）盾构井（室）测量
采用联系测量将控制点传递到盾构井（室）中，并利用测量控制点测设出线路中线点和盾构安装时所需要的测量控制点。测设值与设计值较差应小于3mm。
（6）盾构姿态测量
测定盾构机实时姿态时，测量一个特征点和一个特征轴，选择其切口中心为特征点，纵轴为特征轴。利用隧道施工控制导线测定盾构纵向轴线的方位角，该方位角与盾构本身方位角的较差为方位角改正值，并以此修正盾构掘进方向。
（7）衬砌环片测量
衬砌环片测量包括测量衬砌环的环中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。衬砌环片不少于3～5环测量一次，测量时每环都测量，并测定待测环的前端面。相邻衬砌环测量时重合测定2～3环片。环片平面和高程测量允许误差为±15mm。盾构测量资料整理后，及时报送盾构操作人员。
（8）隧道断面施工测量
断面测量采用断面仪。测完断面后与设计断面进行比较，确定施工中是否有侵限部位。
（9）隧道贯通测量
平面贯通测量，贯通面处采用坐标法从两端测定贯通点坐标差，并归算到预留的断面和中线上，求得横向贯通误差和纵向贯通误差。平面与高程贯通误差应符合《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）。
车站、区间贯通后，当地下导线闭合差不超过限差规定时，进行平差计算。按导线点平差后的坐标值调整线路中线点，改点后再进行中线点检测，直线夹角不符值≤±6″，曲线上折角互差≤±7″，高程也用平差后成果。将平差后成果作为净空测量的起始数据，净空断面测量采用解析法。
暗、明挖隧道横向贯通测量中误差为±50mm，高程贯通测量中误差为±25mm，纵向贯通中误差L/10000。贯通测量允许误差为2倍贯通测量中误差。
短贯通距离隧道尽可能提高贯通测量精度、减小贯通测量误差。
总结语
地下控制测量的主要目的是保证地铁工程线路按设计准确就位；保证全线在统一坐标和高程系统下高质量地贯通。
参考文献：
[1]《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008。
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999，2003年版。
[3]《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008第12期.
论文作者:王文轩
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/23
标签：测量论文; 盾构论文; 高程论文; 导线论文; 隧道论文; 误差论文; 地下论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;