一種地鐵長大隧道洞內控制測量方法

　　【摘 要】：實現地鐵長大隧道高精度貫通，地下控制測量是關鍵。文章提出盾構自始發、過中間風井不能實施二次始發聯系測量時的測量方法：地鐵長大隧道洞內設置約束邊，多階段基線成果平均后，納入洞內導線進行平差，進行陀螺儀坐標方位檢核。工程實踐表明，該方法能提高測量精度，確保隧道順利貫通。

　　本文源自楊定強， 天津建設科技 發表時間：2021-04-23 《天津建設科技》(雙月刊)創刊于1990年，由天津市建設科技信息中心主辦。本刊堅持為建設科技事業發展服務的方針，堅持為建設系統廣大科技人員服務的宗旨，緊密圍繞天津市建設系統的科技重點工作進行宣傳報道，主要刊載建筑業、建材業、市政業、房地產業、公用事業五大行業的科技成果、學術論文、重點工程、推廣項目、地方標準、國家標準及政策法規等，并介紹各專業的科技發展趨向以及國內外建設科技發展動態信息。

　　【關鍵詞】：地鐵;聯系測量;隧道;盾構

　　近年來，城市軌道交通工程建設發展迅速，線路呈網絡化、向外輻射的趨勢，區間隧道越來越長，控制測量是隧道順利貫通的核心和關鍵[1] 。地鐵長大隧道控制測量方法：設中間風井時，在車站或明挖區間進行始發聯系測量，主要采用兩井定向或一井定向聯系測量確定始發基線邊，當盾構掘進遠離中間風井一定距離后，再次進行聯系測量，確定二次始發基線;不設中間風井時，在現場條件允許情況下，可采用鉆孔投點的方法實施聯系測量。

　　在實際工程中，往往會出現設置了中間風井，但不能實施兩井定向或一井定向，路面又不具備鉆孔投點條件的情況。基于此，本文介紹了一種在中間風井附近設置一組約束邊，利用陀螺儀定向技術[2] 進行坐標方位校核地下控制測量方法。

　　1工程概況

　　成都地鐵 17號線一期九江站—白佛橋站右線采用盾構法施工，區間長度 2 501.156 m。在距始發端 900 m處設置一座中間風井，長25 m、寬29.7 m。進行聯系測量的階段：始發階段，掘進至 100～150、300～ 400、700 m，風井貫通前150～200、1 000、1 600、2 200 m，隧道貫前100～150 m。在聯系測量1 000、1 600、2 200 m，貫通前 100～150 m 處進行陀螺儀定向邊檢測工作。右線聯系測量共9次，陀螺定向檢測共4次，測量難度大、任務重，精度要求高。

　　2控制測量

　　2.1測量方法

　　在盾構掘進至中間風井前，中間風井三層框架結構已施工完成，頂板、中板間為滿堂支架，預留的孔洞不滿足一井定向的測量條件。區間沿快速路鋪設，來往車輛較多，周邊環境復雜，不具備路面開孔投點的條件。為確保隧道貫通，在風井設置約束邊，與始發基線構成閉合導線并進行陀螺定向測量，檢校坐標方位角，較差滿足要求后，作為后續掘進的二次始發基線。見圖1。

　　第一階段：完成1 000 m聯系測量，平差計算始發基線成果;取本次始發基線測量值與風井貫通前 150～200 m 聯系測量始發基線成果均值作為起算數據，進行洞內導線平差，確定約束邊測量值;進行陀螺儀定向，檢核約束邊方位是否滿足測量限差要求。

　　第二階段：當完成 1 600 m 聯系測量后，取本次始發基線的測量值與 1 000 m 聯系測量始發基線成果均值作為起算數據，進行洞內導線平差，得出約束邊測量值;取本次約束邊測量值與 1 000 m 聯系測量約束邊測量值均值;將本階段始發基線邊均值、約束邊均值作為起算數據納入洞內精密導線進行整體平差。

　　盾構掘進至 2 200 m、貫通前 150～200 m 處地下控制測量方法同上。

　　2.2測量實施

　　2.2.1聯系測量

　　本次測量使用了 GPS 控制點 G103、G105、G108、 G109，精密導線點D120作為起算點，作業前先對其穩定性檢查，邊長及角度檢核。見表1。

　　控制點檢核無誤后，地面導線以 G103—G105、 G108—G109 為起算邊，經過 D120、D812(近井點)、 D808(近井點)、D805 構成附合導線。外業水平角觀測四測回，往返測距各兩測回并進行儀器加乘常數、氣壓及溫度改正。測量過程中對觀測限差進行嚴格控制，保證外業數據的可靠性[3] 。內業采用武漢大學科傻測量控制網平差軟件處理觀測數據，附合導線角度閉合差為3.8″，X坐標閉合差-6.7 mm，Y坐標閉合差 4.5 mm，相對精度1∶85 752，測量精度滿足要求。

　　聯系測量采用兩井定向，中間風井前各階段聯系測量觀測程序：井上在點 D812、D808 設站，分別后視 D120、D805，觀測GS1、GS2角度、距離;井下在點Y01、 Y02 設站，分別后視 Y02、Y01，觀測 GS1、GS2 角度、距離。對外業觀測數據進行嚴密平差。

　　1 000 m聯系測量時在中間風井附近設置約束邊 Y600—Y700，與始發基線 Y01—Y02構成閉合導線，內業數據處理后，取始發基線本次測量值與風井貫通前 150～200 m 聯系測量成果均值。將始發基線均值作為起算數據參與洞內導線平差，得出約束邊測量值。閉合導線角度閉合差為-10.0″，邊長閉合差1.8 mm，相對精度<1∶100 000;測量成果滿足要求。見表2。

　　盾構掘進至1 600 m進行聯系測量，經平差計算，取 1 600 m 聯系測量始發基線成果與 1 000 m 聯系測量始發基線成果均值參與洞內導線平差，得出約束邊測量值，取該成果與 1 000 m 聯系測量約束邊成果均值，將本階段始發基線、約束邊成果均值作為起算數據，進行洞內導線平差，控制點成果滿足要求后，進行下一階段控制測量工作。見表3。

　　2.2.2陀螺定向測量

　　陀螺定向方位角測量采用“地面已知邊—地下檢測邊—地面已知邊”的測量程序[4] ;其中地面已知邊為 G103—G105，地下檢測邊分別為 Y600—Y700、Y900— Y1000、Y1350—Y1400、Y1400—Y1500。

　　外業地面已知邊觀測在點G103設站，后視G105，獨立觀測四測回，每測回均先進行測前零位測量，采用逆轉點法觀測數據 5組，逆轉點讀數中值符合要求后，進行測后零位測定;陀螺定向完成后，在點 G105 設站，后視G103，按照上述方法進行陀螺定向，滿足要求后，取兩端定向均值為陀螺觀測方位角。地下檢測邊觀測方法同上。

　　內業數據計算：儀器常數=已知邊方位角-陀螺觀測方位角;地下檢測邊方位角=儀器常數+地下檢測邊陀螺方位角平均值。

　　2.2.3注意事項

　　1)整個測量過程盡量保證控制網一致，不得隨意更換控制網的起算點，相鄰控制邊邊長布設合理，相鄰導線點間、導線點與其相連的GPS點之間的垂直角不應>30° [5] ，視線距障礙物的距離不應<1.5 m。觀測過程中在照準光學對中覘牌、反射片進行距離測量時，注意更改儀器常數，確保正確測距。

　　2)聯系測量中所用的阻尼液稠度不宜過濃，不得采用重機油等其他液體。懸吊鋼絲的重錘不能碰壁或觸底。近井點至鋼絲的距離不宜過短，以免影響鋼絲測角。測量時應避免在有風、高溫、潮濕的天氣條件下進行。

　　3)洞內宜布設成雙導線，形成多邊形閉合環;小半徑曲線地段應提前考慮點位的通視情況且邊長應盡量拉長。洞內導線測量時應隨時記錄溫度、濕度情況，應避開熱源、振源。

　　4)進行陀螺儀測量時，地面已知邊應選在無明顯振動，無風流、交通、人流影響的位置并避開高壓電磁場;地下檢測邊應選在施工影響范圍外且邊長應>60 m，視線距隧道邊墻的距離應>0.5 m[4] 。測量前應檢查儀器常數的穩定狀態。在檢測過程中，由于地面已知邊與地下檢測邊相距較遠，存在地理經緯度差異，為確保測量成果的準確性，需加入補償子午收斂角進行改正 γ=(λ-λ1)sinφ 式中：γ——補償子午收斂角; λ——儀器架設點經度，精確到"; λ1——儀器架設點3°帶中央經線，一般為3的整倍數; φ——儀器架設點緯度，精確到'。

　　3測量成果分析

　　3.1基線測量

　　區間右線始發基線方位角最大較差為 2.7″，邊長最大較差為 2.4 mm，約束邊成果 4 組，方位角較差最大值為-1.85″，邊長最大差值為 0.3 mm，滿足要求[4] 。見表4。

　　3.2陀螺測量

　　區間右線測量所得坐標方位與陀螺方位進行比較，陀螺較差滿足要求[4] 。見表5。

　　3.3貫通測量

　　九江北站方向以貫通前150 m聯系測量距離貫通面最近 3個已知點成果為起算數據，經轉點測量至貫通點(GTDY);白佛橋站方向以底板控制點為起算數據，經轉點測量至貫通點。經平差處理，貫通測量成果良好，滿足要求。見表6。

　　3.4控制點聯測

　　右線在九江北站方向、白佛站方向分別以始發基線 Y01—Y02、Y201—Y100-1 為起算邊，構成附合導線，內業按精密導線進行嚴密平差，測量精度滿足要求[4] 。將地下約束邊貫通前、聯測坐標方位角進行比較，約束邊聯測成果差值滿足要求。見表7。

　　4結論

　　該控制測量方法始發基線、約束邊各階段方位角較差較小，各階段測量成果可控，滿足要求;具有外業工作強度小，聯系測量占用隧道時間少，減少鋼絲觀測組數，無須進行大范圍的地面控制測量，不用進行風井投點或地面開孔投點，經濟成本低等優點。