地鐵隧道斷面測量及質量檢查方法

匡志威，楊志敏

(1.長沙市規劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410007； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 概 述

作為有效的交通解決方案，城市地鐵被越來越多的大、中城市所采用，全國已運營通車的地鐵里程數正穩步快速增長。由于受施工測量、施工偏差的影響，實際建成的車站、區間的三維空間參數與設計值必定存在一定的偏差；偏差小于設計容許值時，線路設計參數可不做調整；但偏差大于設計容許值時，就必須按行車要求對線路設計參數進行調整，即調線調坡，包括線路中心平曲線調整、軌面標高豎曲線調整。而調線調坡的依據是地鐵隧道斷面測量所獲取的地鐵隧道斷面測量數據，因此地鐵隧道斷面測量是地鐵施工建設中很重要的一個環節。為保證地鐵隧道斷面測量成果的精度及可靠性，一般由獨立于施工方的第三方測量單位完成。根據以往的工作經驗，地鐵隧道斷面測量工作主要面臨以下三個難點：

(1)工作量比較大。每公里隧道，需測不少于200個斷面，每個斷面需測量8個關鍵點或10個關鍵點的數據。

(2)測量環境差，對測量精度影響很大。受施工進度影響，大部分車站及區間，未完全清理干凈前需進場測量，存在積水、積泥、施工物資及施工垃圾等不利因素；同時，地下區間內的霧氣、灰塵以及管片上凝結的液態水，對全站儀激光測距的精度影響很大，進而降低三角高程測量(底點高程)及平距測量精度。

針對上述難點，本文主要結合正在施測長沙市軌道交通5號線一期工程地鐵隧道斷面測量項目，重點介紹項目中所采取的地鐵隧道斷面測量方法及其質量檢核方法。

2 斷面測量要求

長沙市軌道交通5號線一期工程沿萬家麗路敷設，線路全長 22.5 km，設站18座，均為地下車站；車站采用明挖法施工，區間基本采用盾構法施工。圓形盾構區間，每環寬 1.5 m，每環由若干管片拼接而成，隧道內部設計直徑為 5.4 m。斷面測量精度按規范(1)要求進行控制，平面基準線為隧道設計中心線，高程基準線為隧道軌面高設計線，測量間距及測點分布要求如下。

2.1 斷面測量間距要求

(1)區間直線段按6 m(4環)、曲線段按 4.5 m(3環)間距測量一個斷面，測點為管片接縫處的突出點。

(2)車站內，每個4 m測一個斷面。為準確地反映車站結構情況，結構突變處、底高及頂高突變處，加測斷面。

(3)特殊點如曲線起點、終點、緩圓點、圓緩點、聯絡線通道、隔斷門等加測斷面。

下午，我們哥幾個在工廠的更衣室里。脫了便服，換上工裝，離倒班還有幾分鐘，我們都閉著眼睛，用指頭在膝蓋上打鼓點。哥們兒朝洛蒙走進來。盡管他咳嗽一聲，涮涮嗓子，但我們誰也沒睜眼看他。

2.2 斷面測點分布要求

根據測量技術要求，本線路斷面測量，每個斷面需測10個關鍵點的數據，要求如下：

(1)底點：隧道設計中心線與斷面隧道底部的垂直投影點；

(2)定點：隧道設計中心線與斷面隧道頂部的垂直投影點；

(3)隧道左右兩側的8個規定關鍵點到隧道設計中心線的水平垂距。

圖1為本項目圓形隧道測點位置圖。

圖1 圓形隧道斷面測點分布圖(單位/mm)

3 斷面測量流程及方法

3.1 控制網布設

斷面測量前，需布設地下平面及高程控制網，高程控制點直接利用地下平面控制點作為標石。考慮到地下隧道的測量環境復雜性，直線段相鄰控制點的間距宜為 120 m，曲線段相鄰控制點的間距根據隧道環境盡量拉大。該控制網也是地鐵軌道鋪設及設備安裝的基準。本項目地下控制測量測量流程圖如圖2所示。

圖2 測量流程圖

3.2 斷面測量

本項目采取的外業測量方案，分兩步進行：

(1)斷面線路中心點放樣：

①以地下平面控制點為起算點，利用0.5″智能全站儀及機載隧道測量軟件，初步實測擬測斷面管片接縫處的坐標；

②根據預先加載的線路平曲線要素，反算該接縫處的線路里程，并計算該里程處的設計線路中心線平面坐標及設計軌面標高；

③實放該斷面的平面設計線路中心點，并實測斷面設計線路中心點處的管片凸起部底板高程(該斷面底點高程)。

(2)斷面關鍵點測量

將2″全站儀架設在實放的斷面中心點上，采用全站儀高程放樣法，實放各斷面關鍵點，并實測各斷面關鍵點至線路設計中線的平距；將儀器設置成垂直方向，測量獲取全站儀至隧道頂的距離，該距離加上儀器高及斷面底點高程，即為斷面頂點高程。

4 斷面測量數據提取軟件

外業采集的數據包括：①0.5″智能全站儀放樣測量獲取的斷面中心平面坐標及底點高程；②2″全站儀測量獲取的8個橫距及頂高數據。所有斷面數據均需按設計院要求，填入規定格式的Excel表格中。針對外業采集的數據的特點及規律，開發了斷面測量數據提取軟件；調入相關測量數據及Excel表格模板，可自動生成設計院要求的斷面測量成果表，軟件界面如圖3所示。

5 內業質量檢查方法

如圖4所示，最終生成的圓形隧道斷面測量成果表，包含以下數據：斷面里程(A列)、斷面設計中線點實測坐標(B、C列)、左側關鍵點實測高程(F列)及距離(E列)、右側關鍵點實測高程(J列)及距離(I列)、底點高程(M列)、頂點高程(P列)、軌面高程(S列)。上述數據的內業質量檢查，可以利用Excel軟件自帶的函數工具、依據數據間的相互邏輯關系進行。

對圖4所示的斷面測量成果表，數據檢查內容包括：

(1)斷面里程檢查。相鄰兩斷面的里程相減，可計算出相鄰斷面的里程差，利用“XY散點圖”生成工具，畫圖顯示dL數值序列，檢查斷面里程是否按從小到大排列、里程差dL數值是否滿足2.1節要求。圖5為里程差數值序列圖。

(2)斷面坐標、軌面高程檢查。根據隧道設計平、豎曲線參數，可計算出實測斷面的理論坐標及軌面高程，導入到Excel表格后，進行求差處理，利用“XY散點圖”生成工具，畫圖顯示dX，dY，dH軌面數值序列，檢查dX，dY是否滿足要求，檢查軌面高程是否計算錯誤。

(3)底點高檢查。①利用“XY散點圖”生成工具，畫圖顯示dH底數值序列，檢查斷面底點高是否存在突變。②斷面設計軌面高程與設計底點高程之差，即為道床設計厚度，圓形隧道道床設計厚度dH一般位于 0.78 m～0.86 m之間，則：

dH′=S(4i+1)-M(4i+1)-dH，i=3，4，…，n

式中：S(4i+1)為圖4表格中第S列、第4i+1行對應的數據；

M(4i+1)為圖4表格中第M列、第4i+1行對應的數據。

可根據上述公式，計算隧道底點高程的偏離值，利用“XY散點圖”生成工具，可直觀查閱偏離值序列。圖6為底點高程偏離值序列圖，圖中圓圈區域對應的斷面底高，偏離值較大。

圖6 底點高程偏離值序列圖

(4)頂點高檢查。利用“XY散點圖”生成工具，畫圖顯示頂點高數值序列，檢查斷面頂點高是否存在突變。

(5)凈空高檢查。圓形隧道設計直徑為 5.4 m；每個斷面頂高與底高之差，即為該斷面凈空高；計算隧道凈空高的偏離值，利用“XY散點圖”生成工具，可直觀查閱偏離值序列。圖7為隧道凈空高偏離值序列圖，圖中圓圈區域對應的凈空高，偏離值較大。

圖7 隧道凈空高偏離值序列圖

(6)左、右側測點高程檢查。利用Excel軟件自帶函數，計算左右兩側8個關鍵點的高程測量誤差；并利用“XY散點圖”生成工具，查看誤差值序列，定位誤差超限的觀測值。

(7)隧道斷面中線點至左、右側管片的平距檢查。圓形隧道每個斷面在4個高程面上、分別測取了4對平距，可根據以下公式計算出4個高程面上實際隧道中線與設計隧道中線之間的偏差dS。

式中：dS(i)上、dS(i)中1、dS(i)中2、dS(i)下為圖4表格中第i-1個斷面、4個高程面上的偏差值；E(3i+1)為圖4表格中第E列、第(3i+1)行對應的數值，其他類同。

①利用max()、min()函數，求取每個斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值并計算其差值，差值大于45mm的斷面，可定義為存在異常數據。圖8為斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值之差序列圖，圖中圓圈區域對應的差值較大。

②圓形隧道施工預留最大偏差值為 100 mm，因此對于dS值大于 100 mm的斷面，要加強外業復核。圖9為斷面隧道中線平面偏差序列圖，圖中圓圈區域對應的偏差值較大。

圖8 斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值之差序列圖

圖9 為斷面隧道中線平面偏差序列圖

對數據檢查中發現的測量誤差超限數據、突變數據、異常數據、超限較大的數據，需要進一步對原始測量數據進行檢查以及外業復核測量，以確保斷面測量成果的測量精度及可靠性。

6 結 語

本文介紹的地鐵隧道斷面測量方法，外業效率較高，滿足“測量管片凸起部位”的要求，測量精度高，內業數據處理自動化程度高，測量成果質量檢查直觀、全面、嚴謹，先后完成了50多千米、多條地鐵線路的斷面測量工作，取得了很好的效果。