青草沙島域段隧道控制測量誤差分析與質量控制

姚平

摘 要：青草沙島域段隧道工作井深度大、圓弧多，貫通測量難度較大，該文首先對該工程控制測量各環節的設計精度進行了分析，然后以實測地下導線數據為實例分析了實測數據的精度及主要誤差，最后提出了保證該工程隧道控制測量精度的措施。

關鍵詞：橫向貫通誤差 豎井聯系測量 精度分析 質量控制

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0125-02

青草沙島域輸水管線工程位于長興島上，起于青草沙水庫出水輸水閘井，終止于長江原水過江管工作井。該工程是連接青草沙水庫出水輸水閘井和長江過江管工程的重要設施，隧道管片內徑Φ5.5 m，外徑Φ6.4 m。隧道設有水庫出水輸水閘井（3號井）、中間盾構工作井（2號井）和過江管島域工作井（1號井），由并行的東線和西線共四個隧道區段組成，區段隧道長度分別為2.5 km和2.8 km，其中1號井至2號井區段設置有6個不同曲率半徑的圓弧，且均位于盾構推進起始端的1km內，1號井深度達36m，寬21m。隧道采用我國自行研制生產的863直筒式盾構機，直徑6.62m，工程洞門圈設計為6.8m，只預留了90 mm的空間，加上隧道工作井深度深，圓弧多且多位于起始端，因此測量難度很大。該次測量的橫向貫通中誤差采用《城市軌道交通測量規范》（文獻[1]）中規定的±50 mm，橫向貫通中誤差具體分解如下：地上控制測量m1為±25 mm，豎井聯系測量m2為±20 mm，地下導線測量m3為±30 mm，盾構姿態測量m4為±20 mm，洞門中心測量m5為±10 mm。

1 控制測量設計精度分析

該文主要分析施工控制測量部分，即地面控制測量（m1）、豎井聯系測量（m2）、地下導線測量（m3），現根據分解的各自中誤差分析這幾部分中關鍵測量工序的中誤差，從而確定采用合適的測量方法。

1.1 地面控制測量

為保證地面控制測量對貫通誤差影響值在±25 mm之內，該工程首級控制采用GPS控制網，其技術指標采用《城市軌道交通測量規范》（文獻[1]）中規定的衛星定位控制網主要技術指標及作業基本技術要求，即：采用《城市軌道交通測量規范》（文獻[1]）中規定的衛星定位控制網主要技術指標及作業基本技術要求，根據本工程實際布設的控制網點位，利用文獻[4]中關于地面控制網對貫通誤差影響的嚴密公式及估算方法計算影響值，能很好的保證在±25 mm之內。具體見表1

1.2 豎井聯系測量

豎井聯系測量是通過豎井懸掛兩根鋼絲，由井上控制點測定鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標以及它們之間的方位角，然后在井下，認為鋼絲的坐標和方位角已知，通過測量和計算得出地下導線點的坐標和方位角，如圖2所示。則地下起始方位

根據以上分析要達到地下導線的設計精度，水平角觀測也需根據國家《精密工程測量規范》（文獻[2]）中二級測角控制技術要求施測，（測角中誤差≤±0.71〞）。

2 實測數據分析

1號井至2號井東線區段首先貫通，但是貫通時橫向偏差較大，盾構破土后實測盾構機中心坐標與洞門中心坐標橫向差值為87 mm（橫向貫通誤差），接近了洞門預留極限值90 mm，因此待盾構拆除后把地下導線聯測至2號井地下起始邊形成附合導線（全長約2.5 km），對誤差進行分析。附合導線共18個點，點號為K1，K2，…，K16，K2-1，K2-2，其中K1至K2為1號井東線地下起始邊，K2-1至K2-2為2號井地下起始邊（2號井-3號井東線起始邊）。

2.1 附合導線分析法

根據附合導線角度閉合差分析，導線存在明顯的誤差，而引起誤差的原因有兩種可能：①兩端起始方位存在誤差；②地下導線測量累積誤差。現利用導線兩端起始邊分別以支導線的方式計算出另一端點的坐標，然后計算與另一端起始點的坐標差值，根據差值來判斷較大誤差的來源。假設兩起始邊精度相當且在設計誤差范圍內，較大誤差主要來自地下導線測量累積的話，那么坐標差值大小應該相當，反之則可判斷較大誤差來自起始邊。計算結果如表2。

從表2可以判斷，K1-K2起始邊存在較明顯的誤差。以上坐標差值也可以理解為貫通面分別在K2-1點及K1點的最大貫通誤差，那么由此可見除在1號井聯系測量出現了明顯的粗差外，地面GPS控制測量、2號井的聯系測量及地下導線測量等環節均達到了設計精度。

2.3 無定向導線分析法

固定K1及K2-1點以無定向導線方式進行計算，同樣也能得出2.2節的結論。無定向導線計算得到的地下起始邊方位角與提供成果的方位角對比差值見表3。

從表3也可以判斷K1-K2起始邊存在明顯誤差。

3 精度控制措施

隧道控制測量部分包括地面GPS測量，豎井聯系測量，地下導線測量三部分。GPS測量技術成熟，只要按照技術指標施測不易出現粗差，而且按照文獻[4]的嚴密公式計算實際的地面GPS控制測量對貫通誤差的影響值遠小于25 mm；隨著高精度全站儀及自動照準技術在測量中的應用，地下導線測量誤差對貫通誤差的影響值也很容易控制在30mm之內；而豎井聯系測量環節因其豎井深度深、井口小、需全人工觀測及多變的環境等因數導致了誤差控制較難，上文實測導線數據分析中也印證了這一點。因此在1-2號井東線貫通后，著重對其余3個區段的聯系測量環節改進了質量控制措施。

（1）盡量縮短近井點至鋼絲的距離，減小謀戎怠

（2）選擇直徑小強度大的鋼絲，直徑應小于0.5毫米，重錘不能小于10kg，穩定液濃度合適，保證重錘能自由擺動。

（3）懸掛鋼絲的支架要堅固穩定且觀測背景要與鋼絲反差大，井下后視點要清晰必要時要提高照明度。

（4）選擇合適的天氣的進行觀測，最好是夜晚或者陰天，避免強烈光照及溫度快速變化。

（5）控制鋼絲間距離井上井下觀測值互差在1 mm之內，通過左右三角形計算的結果控制在2秒之內，確保單次聯系測量的內附合。

（6）建議在臨近貫通前再進行2到3次獨立的聯系測量，且成果控制在3秒之內，然后再與之前的成果進行綜合取舍，最終進行平均處理。

通過對聯系測量環節的著重控制，聯系測量的精度得到了明顯的提高，其余3個區段最后的橫向貫通誤差也都在允許范圍之內。

4 結語

該文對影響橫向貫通誤差的控制測量各環節進行了分析，以實測1-2號井東線地下導線數據為實例，通過多種導線分析方法得出了1-2號井東線聯系測量出現了明顯偏差，而地下導線測量及地面GPS控制測量符合設計要求的結論。并提出了控制豎井聯系測量精度的措施，通過措施最終保證了其余區段隧道橫向貫通誤差在5 cm之內。

參考文獻

[1] GB50308-2008，城市軌道交通工程測量規范[S].

[2] GB/T 15314-94，精密工程測量規范[S].

[3] CJJ/T8-2011，城市測量規范[S].

[4] 姚連璧，周小平.線路與橋隧GPS測量[M].上海：上海科學技術文獻出版社，1999：65-96.