城市隧道工程測量技術研究

劉循

摘 要：本文基于筆者從事城市隧道工程測量的相關工作經驗，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，貫通測量的具體實施，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：地鐵 盾構 隧道測量 誤差 貫通

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0043-02

1 盾構隧道測量概述

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。

盾構法隧道工程施工，需要進行的測量工作主要包括以下幾點。

（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以下幾點。

（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。

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。

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。可見側量工作在地下工程建設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）。縱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，地面控制測量誤差對橫向貫通中誤差Ma的影響允許值

縱向貫通誤差，主要影響隧道中線的長度，只要求滿足定測中線的精度，即限差

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，也應按地面控制測量誤差對高程貫通中誤差Me的影響允許值為

上述貫通誤差限值及精度要求均有一定局限性，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±50 mm之內，高程貫通中誤差應在±25 mm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±25 mm之內，聯系測量中誤差應在±20 mm之內，地下導線測量中誤差應在±30 mm之內。

4 貫通相遇點在重要方向的誤差預計

（1）貫通相遇點的最佳位置的選取。

貫通相遇點K再水平重要方向上的中誤差的預計公式為

5 貫通測量的施測

（1）中腰線的標定。endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內的偏差的測定

①用經緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內的實際偏差。②用水準測量或經緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經緯儀導線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調整

①將貫通相遇點兩側的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據。②連接兩側腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術規范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規范》（TB10101-99）規定，保證安全生產和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區等有關部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設計要求，并為其施工和運營管理提供基礎信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結論

設計的重點難點是方案的設計及其精度評定。隧道貫通誤差預計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內的測量任務是貫通測量任務成敗的關鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網可靠性分析及控制網觀測方案的優化設計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業大學出版社，1993，9.endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內的偏差的測定

①用經緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內的實際偏差。②用水準測量或經緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經緯儀導線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調整

①將貫通相遇點兩側的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據。②連接兩側腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術規范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規范》（TB10101-99）規定，保證安全生產和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區等有關部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設計要求，并為其施工和運營管理提供基礎信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結論

設計的重點難點是方案的設計及其精度評定。隧道貫通誤差預計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內的測量任務是貫通測量任務成敗的關鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網可靠性分析及控制網觀測方案的優化設計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業大學出版社，1993，9.endprint

為了加快隧道貫通的速度，可以用激光指向儀指示隧道的開挖方向。特別是采用機械化掘進設備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，如果方向偏離了指向儀發出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。

（2）貫通后實際偏差的測定。

1）貫通時水平面內的偏差的測定

①用經緯儀把兩端隧道的中心線都延長到隧道貫通接合面上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通隧道在水平內的實際偏差（見圖1）。②將隧道兩端的導線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平面測量的精度。

2）貫通時豎直面內偏差的測定

①用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合面處的高差，其大小就是貫通在豎直面內的實際偏差。②用水準測量或經緯儀三角高程測量連測兩端隧道中的已知高程控制點（水準點或經緯儀導線點），求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。

3）中腰線的調整

①將貫通相遇點兩側的中線點的連線方向標定出來，以代替原來中線作為隧道開挖方向的依據。②連接兩側腰線，按實際偏差和距離算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，則按實際坡度調整延長腰線即可；如其小于限制坡度6‰，則不需要調整中腰線。

（3）貫通前的安全措施。

在貫通工程施工中要按照《公路隧道施工技術規范》（JTJ042—1994）和《新建鐵路工程測量規范》（TB10101-99）規定，保證安全生產和文明施工。最后一次標定貫通方向時，兩方向工作面距離大于50 m。在兩工作面距離為20 m時，應以書面形式報告總工程師，并通知安檢科和掘進工區等有關部門，采取獨頭掘進或放炮時警戒等方法。

（4）竣工測量。

隧道貫通工程竣工后，為了檢查其是否符合設計要求，并為其施工和運營管理提供基礎信息，需要進行竣工測量。隧道的竣工測量主要包括凈空斷面測量、中線基樁和永久性水準點的測定及縱橫斷面的測繪。

6 結論

設計的重點難點是方案的設計及其精度評定。隧道貫通誤差預計時，洞外的貫通誤差主要是由測角誤差造成的；洞內的貫通誤差在整個隧道的貫通誤差中占的比例相當大，所以洞內的測量任務是貫通測量任務成敗的關鍵。

參考文獻

[1] 耿鳳奎.控制網可靠性分析及控制網觀測方案的優化設計[J].礦山測量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學[M].中國礦業大學出版社，1993，9.endprint