地鐵盾構隧道測量誤差研究

陳宇等

摘 要：本文在實習現場學習記錄的基礎上，以地鐵盾構隧道測量為研究對象，探討了盾構隧道測量的誤差分配及控制措施，論文首先簡要闡述了盾構隧道測量的定義和范疇，而后分析了隧道貫通誤差的來源，最后深度探討了貫通誤差的分配及誤差控制方法。

關鍵詞：地鐵；盾構；誤差；貫通；隧道測量

地下工程測量是指建設和運營地表下面工程建筑物需要進行的測量工作，包括地下工程勘察設計、施工和運營各個階段的測量工作。地下工程測量的任務是保證線狀工程在規定誤差范圍內正確貫通，保證面狀工程按設計要求竣工。盾構方法以其獨特的施工工藝特點和較高的技術經濟優越性，在隧道施工中得到廣泛應用，從18世紀末盾構機問世以來，與盾構施工相伴而生的盾構施工測量，一直在為盾構施工起著保駕護航的作用。

1 盾構隧道測量概述

盾構施工測量不僅要保障盾構機沿著隧道設計軸線運行，隨時提供盾構機掘進的瞬時姿態， 為盾構機操作人員提供盾構機姿態修正參數， 同時還要對隧道襯砌環的安裝質量進行測定。要保證盾構機從始發井經區間隧道準確進入接收井， 必須以較高的精度實施盾構法隧道施工測量。盾構法隧道工程施工， 需要進行的測量工作主要包括：

（1）地面控制測量：在地面上建立平面和高程控制網；

（2）聯系測量：將地面上的坐標、方向和高程傳到地下，建立地面地下統一坐標系統；

（3）地下控制測量：包括地下平面和高程控制；

（4）隧道施工測量：根據隧道設計進行放樣，指導開挖及襯砌的中線和高程測量。

所有這些測量工作的作用是：

（1）在地下標定出地下工程建筑物的設計中心線和高程，為開挖、襯砌和施工指定方向和位置；

（2）保證在開挖面的掘進中，施工中線在平面和高程上按設計的要求正確貫通，保證開挖不超過規定的界線，保證所有建筑物在貫通前能正確地修建；

（3）保證設備的正確安裝；

（4）為設計和管理部門提供竣工測量資料等。

2 隧道貫通誤差介紹

地下工程測量與地面工程測量相比，盡管測設方法有很多共同之處， 但地下工程測量仍有其特殊性。線狀地下工程逐步開挖、施工面狹窄、不同工段之間不能通視，因此，測量工作不能互相照應，不便組織檢核，出了差錯很難及時發現，整個測量工作的正確性只有到開挖工段間貫通后才能得以證明?？梢妭攘抗ぷ髟诘叵鹿こ探ㄔO中具有十分重要的作用， 稍有疏忽必將造成無可挽回的損失。盾構法隧道施工中，地面控制測量、聯系測量、地下控制測量和細部放樣的誤差積累， 將使開挖工作面的施工中線不能理想銜接，產生的錯開現象稱為貫通誤差。貫通誤差在線路中線方向的投影長度稱為縱向貫通誤差（簡稱縱向誤差），在垂直于中線方向的投影長度稱為橫向貫通誤差（簡稱橫向誤差），在高程方向的投影長度稱為高程貫通誤差（簡稱高程誤差）?？v向誤差只影響隧道中線的長度， 與工程質量關系不大，對隧道貫通沒有多大影響；高程誤差僅影響接軌點的平順（邊掘進邊鋪軌的隧道尤為突出）或隧道的坡度，要求較高，實踐表明，應用一定的測量方法，容易達到所需的精度要求。

3 貫通誤差分配

盾構隧道工程測量， 地面控制網的網形可以任意選擇， 但地下控制測量只能布設成導線形式，而且是支導線形式。測量精度的確定實質是貫通誤差限值的配賦。由于施工中線和貫通誤差是由洞內導線測量確定，不計，因此測量誤差對貫通精度的影響， 施工誤差和放樣誤差對貫通精度的影響可忽略主要取決于地上、地下控制網的布設情況和豎井聯系測量， 即隧道貫通誤差主要來源于洞內、外控制測量和豎井聯系測量。隧道施工中，地面控制測量和洞內控制測量往往由不同單位分開施測， 故應將容許貫通誤差加以適當分配。平面控制測量，地面上的條件較洞內好，則地面控制測量的精度要求應高一些，而洞內導線測量的精度要求可適當放低一點。地面控制測量的誤差作為影響隧道貫通精度的一個獨立因素，單向開挖洞內導線測量的誤差也作為一個獨立因素，通過豎井開挖的貫通精度受豎井聯系測量的影響較大，故又把豎井聯系測量的誤差作為一個如按等影響原則分配，高程控制測量，洞內有煙塵、水氣，按等影響原則分配，相等的原則分配，洞內的水準路線短，高差變化小，這些條件比地面的好；另一方面，光亮度差和施工干擾等不利因素，地面與地下控制測量的誤差，應豎井聯系測量作為一個獨立因素，對高程貫通精度的影響，隨著勘測和施工技術的發展，GPS控制測量方法己逐漸替代常規測量方法，廣泛應用于地鐵工程的地面控制測量。為適應施工方法的變更和應用方便，依據《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》，介紹貫通誤差的配賦情況。《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》提出橫向貫通中誤差應在±50mm之內，高程貫通中誤差應在±25mm之內。根據誤差理論和國內外地鐵貫通測量經驗，橫向貫通誤差的合理配賦為地面控制測量的橫向中誤差應在±25mm之內，聯系測量中誤差應在±20mm之內，地下導線測量中誤差應在±30mm之內。

4 地面控制測量控制誤差環節

盾構法隧道工程施工是由一側豎井出發，掘進至另一側豎井，這就必然會在線路的縱、橫、豎三個方向出現貫通誤差，其中橫向貫通誤差對工程質量影響最大，是隧道控制測量的重點工作。從地面及地下控制測量的設計到進洞測量的各項工作，都必須緊緊圍繞如何保證貫通精度，特別是橫向貫通精度，在設計圖紙和工程使用要求所允許的范圍內。下面主要探討地面控制測量控制誤差的環節。當地面控制網按首級GPS網和二級精密導線網的方式布設時，±25mm成為GPS網和精密導線網的聯合橫向中誤差限差。

其中，GPS測量應注意：

（1）點位選在交通方便、易于安置接收

設備的地方，視場要開闊，利于避開對電磁波接收有干擾的物體。

（2）盡管GPS測量不要求相鄰測站點間通視， 但為今后便于用常規測量方法聯測或擴展， 要求每個控制點應有一個以上的通視方向。

（3）GPS網必須由非同步獨立觀測邊構成若干閉合環或附合路線以構成檢核條件， 提高網的可靠性。

（4）觀測前應編制出包括可見衛星號、衛星高度角和方位角、最佳觀測衛星組的最佳觀測時間、點位幾何圖形強度因子等內容的GPS衛星可見性預報表。

（5）采用精密星歷和聯測WGS-84己知點。

參考文獻

[1] 何川，蘇宗賢等.地鐵盾構隧道重疊下穿施工隊上方已建隧道的影響.土木工程學報.西南交通大學.2008.3.41（3）：12-14

[2] 范立礎.隧道工程（第二版）[M1.北京：人民交通出版社.1987.

[3] 居向明，等.GPS在工程控制測量中應注意的幾個問題[J].測繪學院報，2003（3）.

[4] 高軍虎. 深度探討地鐵盾構隧道貫通測量技術.工程技術.西安市勘察測繪院.2011.

[5] 郭棟.北京地鐵盾構隧道近接施工技術研究.北京交通大學.碩士學位論文.2008