地铁盾构隧道贯通测量误差的控制与实施

刘鹏程，戴建清

(长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007)

1 引 言

为解决城市低碳出行和实现可持续发展，我国现有30 多个城市正在进行城市轨道交通(地铁)建设。地铁建设现采用盾构法施工较多，为保证盾构机能沿隧道设计轴线运行并准确进入接收井，必须有较高的施工测量精度，而施工测量中的贯通测量精度控制尤为重要，如何提高贯通测量精度、减小贯通误差、保证施工质量是地铁盾构法施工测量中的关键。本文以某市地铁1 号线一期工程铁道学院站至涂家冲站盾构区间为例，如图1 所示，讨论地铁隧道贯通测量精度的控制与实施。

图1 某市轨道交通1 号线一期工程铁道学院站至涂家冲站盾构区间示意图

2 地铁贯通测量误差来源及分配

盾构法隧道施工中，地面控制测量、竖井联系测量、地下控制测量和各细部放样的误差积累，将使工作面的施工中线不能理想衔接，产生的错开现象称为贯通误差。贯通误差在线路法线方向上投影长度称为横向贯通误差，在线路中线方向上的投影长度为纵向贯通误差，在高程方向上的投影长度称为高程贯通误差。纵向贯通误差主要影响隧道中线的长度与工程质量无关，高程贯通误差按目前的水准测量技术，很容易满足。

实践证明贯通测量的精度关键在于满足横向贯通精度，而横向贯通误差的主要来源于地上、地下控制网测量和坚井联系测量，按GB 50308－2008《城市轨道交通工程测量规范》要求，暗、明挖隧道和高架结构横向贯通测量中误差为 ±50 mm;根据误差理论和国内外地铁贯通测量经验，横向贯通误差的合理配赋为地面控制测量中误差应在 ±25 mm之内，联系测量中误差应在 ±20 mm 以内，地下控制测量中误差应在±30 mm以内。

同时由于地面控制测量和坚井联系测量一般可布设成附合导线，且导线长度较短，采取一定的测量方法均很容易满足精度要求，而地下导线测量受隧道形状和空间条件限制均只能布设成支导线、闭合导线和狭长的多环导线，且一般边长比较短，根据某市地铁1、2号线工程的具体实施情况，平均边长一般约为150 m左右，精度受到极大的影响。因此，应根据横向贯通精度影响值进行地下平面控制测量设计、控制与实施。

3 横向贯通精度影响值的估算及控制

当隧道较短(L ＜1 500 m)时，可采用单导线法进行横向贯通误差的估算，其计算公式如下:

式中，myβ、myl分别表示测角，测边误差所引起的横向贯通误差

mβ为导线的测角中误差，取设计值;

当隧道较长(L ＞1 500 m)时，应采用严密平差法进行估算，其方法一般采用坐标差权函数法。同时长距离的大型隧道贯通工程，由于受测角误差累积的影响，往往难以保证贯通允许偏差的要求，地下控制网的布设应布设成多边形导线锁或菱形导线锁，且应在多边形导线锁或菱形导线锁上加测一些高精度的陀螺定向边的方法来提高测量精度。

4 贯通测量的实施

4.1 工程概况

某市地铁1 号线一期工程铁道学院站至涂家冲站盾构区间右线长约1.8 km，如图1 所示，盾构机从铁道学院站单头向涂家冲站推进，当盾构机推进1 600 m左右时，施工单位为保证贯通精度，委托我院对该区间的地下控制网进行测量，经研究分析，决定采用菱形导线锁加测陀螺定向边的方法进行测量。

4.2 洞内横向贯通误差估算

洞内控制点的布设应合理，尽量拉长最短边的长度，且保证相邻边的短边不宜小于长边的1/3。由于受隧道场地的限制，经实地踏勘，平均边长按135 m布设控制点，布设如图2 所示;采用单导线法与严密平差法分别进行横向贯通中误差估算。

单导线法:根据本隧道轴线，将布设的导线点位投影至开挖面的垂直距离和投影长度如表1 所示:

图2 地下控制网布设图

单导线法贯通中误差估算 表1

单导线法横向贯通中误差估算按式(1)计算:

严密平差法:采用菱形导线锁的方案，通过平差程序计算横向贯通中误差(计算过程本文不再详述)，mq=±0．028≤±0．030。

从表1 可知，由于所布设的导线边基本上与隧道轴线平行，导线边对贯通误差影响很小，几乎可忽略不计，影响最大的为测角、导线长度和导线点的数量。虽然单导线法估算横向贯通中误差大于允许误差，但菱形导线锁方案估算横向贯通中误差小于允许误差，满足横向贯通精度要求，因此此地下控制网布设方案可行，为了进一步提高贯通精度、提高测量结果的可靠性，决定在导线的顶端加测Y17－Y19、Y17－Y18 两条陀螺定向边。

4.3 实施情况

地下控制网测量以联系测量后的近井点TDXY02、TDXY04 作为起算点，外业采用徕卡TS30 精密全站仪按三等导线测量要求进行观测，点位直接利用隧道施工方布设的强制对中标石，沿隧道左右两壁布设成菱形导线锁，每测站对附近能观测的点位均进行边角测量，点间平均边长约为131 m，最长边长为230 m，最短边约43 m;同时在菱形导线锁的顶端采用德国GYROMAT－3000 全自动精密陀螺经纬仪(定向精度为±3.2'，测角精度为±1')加测Y17－Y19、Y17－Y18 两条陀螺定向边，地下控制网测量示意如图2 所示。

平差计算按未加测陀螺定向边和加测陀螺定向边分别进行计算，其平差精度统计如表2 所示，以加测陀螺定向边的成果为最终测量成果提供给施工方进行施工，隧道贯通后，对贯通实际横向误差进行了测定，横向偏差仅为0.021 m，小于限差0.10 m，满足规范要求。

地下平面控制测量平差结果 表2

为求证贯通测量控制点成果的实际精度，隧道贯通后对贯通导线点进行了联测，由于大部分点位遭到了破坏，只剩Y19(最弱点)、Y20、Y22 三点，通过区间两端联系测量已知点联测后，其比较结果如表3 所示:

未加测定向边、加测定向边与贯通后联测结果比较表 表3

由于本次的隧道轴线为南北走向，对横向贯通误差影响最大为y 误差，从上表可知，加测定向边的结果与贯通后联测结果相差甚小，△y 最大为5.1 mm，最小为0.8 mm，未加测定向边的结果与贯通后联测结果相差稍大，最大△y 为24.5 mm，最小为17.5 mm，因此本次测量方案未加测陀螺定向边和加测陀螺定向边的测量结果均满足贯通测量的精度要求，与施测前横向贯通精度影响值的估算相一致。

5 结 论

(1)对于长距离的地铁贯通隧道(L ＞1.5 km)时，可采用菱形导线锁的导线网形式进行布设，测角精度为±1.8'，仪器采用0.5'全自动测量仪，所有能观测的点全部观测边和角，同时在菱形导线锁的适当位置加测陀螺定向边，其测量成果满足贯通测量精度要求;对于小于1.5 km的地铁贯通隧道，在其他测量条件一致的情况下，可不加测陀螺定向边，其测量成果可满足贯通测量精度要求。

(2)加测陀螺定向边的位置应根据测站数和距离进行分配，尽量选在短边、转折边过后的直线段等导线网最弱边的位置上，其测量成果精度可提高1 倍左右。

(3)在地铁隧道场地允许的条件下，应尽量拉长导线边长、减少测站数、合理布设点位，提高贯通测量精度。

(4)采用严密平差程序估算横向贯通中误差比单导线法精度提高50% 以上。

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