一種地鐵長大隧道洞內(nèi)控制測量方法

楊定強(qiáng)

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300308）

近年來，城市軌道交通工程建設(shè)發(fā)展迅速，線路呈網(wǎng)絡(luò)化、向外輻射的趨勢，區(qū)間隧道越來越長，控制測量是隧道順利貫通的核心和關(guān)鍵[1]。地鐵長大隧道控制測量方法：設(shè)中間風(fēng)井時，在車站或明挖區(qū)間進(jìn)行始發(fā)聯(lián)系測量，主要采用兩井定向或一井定向聯(lián)系測量確定始發(fā)基線邊，當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)遠(yuǎn)離中間風(fēng)井一定距離后，再次進(jìn)行聯(lián)系測量，確定二次始發(fā)基線；不設(shè)中間風(fēng)井時，在現(xiàn)場條件允許情況下，可采用鉆孔投點(diǎn)的方法實(shí)施聯(lián)系測量。

在實(shí)際工程中，往往會出現(xiàn)設(shè)置了中間風(fēng)井，但不能實(shí)施兩井定向或一井定向，路面又不具備鉆孔投點(diǎn)條件的情況?；诖?，本文介紹了一種在中間風(fēng)井附近設(shè)置一組約束邊，利用陀螺儀定向技術(shù)[2]進(jìn)行坐標(biāo)方位校核地下控制測量方法。

1 工程概況

成都地鐵17號線一期九江站—白佛橋站右線采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長度2 501.156 m。在距始發(fā)端900 m處設(shè)置一座中間風(fēng)井，長25 m、寬29.7 m。進(jìn)行聯(lián)系測量的階段：始發(fā)階段，掘進(jìn)至100～150、300～400、700 m，風(fēng)井貫通前150～200、1 000、1 600、2 200 m，隧道貫前100～150 m。在聯(lián)系測量1 000、1 600、2 200 m，貫通前100～150 m處進(jìn)行陀螺儀定向邊檢測工作。右線聯(lián)系測量共9次，陀螺定向檢測共4次，測量難度大、任務(wù)重，精度要求高。

2 控制測量

2.1 測量方法

在盾構(gòu)掘進(jìn)至中間風(fēng)井前，中間風(fēng)井三層框架結(jié)構(gòu)已施工完成，頂板、中板間為滿堂支架，預(yù)留的孔洞不滿足一井定向的測量條件。區(qū)間沿快速路鋪設(shè)，來往車輛較多，周邊環(huán)境復(fù)雜，不具備路面開孔投點(diǎn)的條件。為確保隧道貫通，在風(fēng)井設(shè)置約束邊，與始發(fā)基線構(gòu)成閉合導(dǎo)線并進(jìn)行陀螺定向測量，檢校坐標(biāo)方位角，較差滿足要求后，作為后續(xù)掘進(jìn)的二次始發(fā)基線。見圖1。

圖1 區(qū)間聯(lián)系測量

第一階段：完成1 000 m聯(lián)系測量，平差計(jì)算始發(fā)基線成果；取本次始發(fā)基線測量值與風(fēng)井貫通前150～200 m聯(lián)系測量始發(fā)基線成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，確定約束邊測量值；進(jìn)行陀螺儀定向，檢核約束邊方位是否滿足測量限差要求。

第二階段：當(dāng)完成1 600 m聯(lián)系測量后，取本次始發(fā)基線的測量值與1 000 m聯(lián)系測量始發(fā)基線成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測量值；取本次約束邊測量值與1 000 m聯(lián)系測量約束邊測量值均值；將本階段始發(fā)基線邊均值、約束邊均值作為起算數(shù)據(jù)納入洞內(nèi)精密導(dǎo)線進(jìn)行整體平差。

盾構(gòu)掘進(jìn)至2 200 m、貫通前150～200 m處地下控制測量方法同上。

2.2 測量實(shí)施

2.2.1 聯(lián)系測量

本次測量使用了GPS控制點(diǎn)G103、G105、G108、G109，精密導(dǎo)線點(diǎn)D120作為起算點(diǎn)，作業(yè)前先對其穩(wěn)定性檢查，邊長及角度檢核。見表1。

表1 邊長及角度檢核

控制點(diǎn)檢核無誤后，地面導(dǎo)線以G103—G105、G108—G109為起算邊，經(jīng)過D120、D812（近井點(diǎn)）、D808（近井點(diǎn)）、D805構(gòu)成附合導(dǎo)線。外業(yè)水平角觀測四測回，往返測距各兩測回并進(jìn)行儀器加乘常數(shù)、氣壓及溫度改正。測量過程中對觀測限差進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證外業(yè)數(shù)據(jù)的可靠性[3]。內(nèi)業(yè)采用武漢大學(xué)科傻測量控制網(wǎng)平差軟件處理觀測數(shù)據(jù)，附合導(dǎo)線角度閉合差為3.8″，X坐標(biāo)閉合差-6.7 mm，Y坐標(biāo)閉合差4.5 mm，相對精度1∶85 752，測量精度滿足要求。

聯(lián)系測量采用兩井定向，中間風(fēng)井前各階段聯(lián)系測量觀測程序：井上在點(diǎn)D812、D808設(shè)站，分別后視D120、D805，觀測GS1、GS2角度、距離；井下在點(diǎn)Y01、Y02設(shè)站，分別后視Y02、Y01，觀測GS1、GS2角度、距離。對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差。

1 000 m聯(lián)系測量時在中間風(fēng)井附近設(shè)置約束邊Y600—Y700，與始發(fā)基線Y01—Y02構(gòu)成閉合導(dǎo)線，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后，取始發(fā)基線本次測量值與風(fēng)井貫通前150～200 m聯(lián)系測量成果均值。將始發(fā)基線均值作為起算數(shù)據(jù)參與洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測量值。閉合導(dǎo)線角度閉合差為-10.0″，邊長閉合差1.8 mm，相對精度＜1∶100 000；測量成果滿足要求。見表2。

表2 1 000 m聯(lián)系測量基線成果

盾構(gòu)掘進(jìn)至1 600 m進(jìn)行聯(lián)系測量，經(jīng)平差計(jì)算，取1 600 m聯(lián)系測量始發(fā)基線成果與1 000 m聯(lián)系測量始發(fā)基線成果均值參與洞內(nèi)導(dǎo)線平差，得出約束邊測量值，取該成果與1 000 m聯(lián)系測量約束邊成果均值，將本階段始發(fā)基線、約束邊成果均值作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線平差，控制點(diǎn)成果滿足要求后，進(jìn)行下一階段控制測量工作。見表3。

表3 1 600 m聯(lián)系測量基線成果

2.2.2 陀螺定向測量

陀螺定向方位角測量采用“地面已知邊—地下檢測邊—地面已知邊”的測量程序[4]；其中地面已知邊為G103—G105，地下檢測邊分別為Y600—Y700、Y900—Y1000、Y1350—Y1400、Y1400—Y1500。

外業(yè)地面已知邊觀測在點(diǎn)G103設(shè)站，后視G105，獨(dú)立觀測四測回，每測回均先進(jìn)行測前零位測量，采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測數(shù)據(jù)5組，逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)中值符合要求后，進(jìn)行測后零位測定；陀螺定向完成后，在點(diǎn)G105設(shè)站，后視G103，按照上述方法進(jìn)行陀螺定向，滿足要求后，取兩端定向均值為陀螺觀測方位角。地下檢測邊觀測方法同上。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算：儀器常數(shù)=已知邊方位角－陀螺觀測方位角；地下檢測邊方位角=儀器常數(shù)+地下檢測邊陀螺方位角平均值。

2.2.3 注意事項(xiàng)

1）整個測量過程盡量保證控制網(wǎng)一致，不得隨意更換控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，相鄰控制邊邊長布設(shè)合理，相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間、導(dǎo)線點(diǎn)與其相連的GPS點(diǎn)之間的垂直角不應(yīng)＞30°[5]，視線距障礙物的距離不應(yīng)＜1.5 m。觀測過程中在照準(zhǔn)光學(xué)對中覘牌、反射片進(jìn)行距離測量時，注意更改儀器常數(shù)，確保正確測距。

2）聯(lián)系測量中所用的阻尼液稠度不宜過濃，不得采用重機(jī)油等其他液體。懸吊鋼絲的重錘不能碰壁或觸底。近井點(diǎn)至鋼絲的距離不宜過短，以免影響鋼絲測角。測量時應(yīng)避免在有風(fēng)、高溫、潮濕的天氣條件下進(jìn)行。

3）洞內(nèi)宜布設(shè)成雙導(dǎo)線，形成多邊形閉合環(huán);小半徑曲線地段應(yīng)提前考慮點(diǎn)位的通視情況且邊長應(yīng)盡量拉長。洞內(nèi)導(dǎo)線測量時應(yīng)隨時記錄溫度、濕度情況，應(yīng)避開熱源、振源。

4）進(jìn)行陀螺儀測量時，地面已知邊應(yīng)選在無明顯振動，無風(fēng)流、交通、人流影響的位置并避開高壓電磁場；地下檢測邊應(yīng)選在施工影響范圍外且邊長應(yīng)＞60 m，視線距隧道邊墻的距離應(yīng)＞0.5 m[4]。測量前應(yīng)檢查儀器常數(shù)的穩(wěn)定狀態(tài)。在檢測過程中，由于地面已知邊與地下檢測邊相距較遠(yuǎn)，存在地理經(jīng)緯度差異，為確保測量成果的準(zhǔn)確性，需加入補(bǔ)償子午收斂角進(jìn)行改正

式中：γ——補(bǔ)償子午收斂角；

λ——儀器架設(shè)點(diǎn)經(jīng)度，精確到″；

λ1——儀器架設(shè)點(diǎn)3°帶中央經(jīng)線，一般為3的整倍數(shù)；

φ——儀器架設(shè)點(diǎn)緯度，精確到′。

3 測量成果分析

3.1 基線測量

區(qū)間右線始發(fā)基線方位角最大較差為2.7″，邊長最大較差為2.4 mm，約束邊成果4組，方位角較差最大值為-1.85″，邊長最大差值為0.3 mm，滿足要求[4]。見表4。

表4 基線數(shù)據(jù)

3.2 陀螺測量

區(qū)間右線測量所得坐標(biāo)方位與陀螺方位進(jìn)行比較，陀螺較差滿足要求[4]。見表5。

表5 陀螺測量比較

3.3 貫通測量

九江北站方向以貫通前150 m聯(lián)系測量距離貫通面最近3個已知點(diǎn)成果為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)點(diǎn)測量至貫通點(diǎn)（GTDY）；白佛橋站方向以底板控制點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)點(diǎn)測量至貫通點(diǎn)。經(jīng)平差處理，貫通測量成果良好，滿足要求。見表6。

表6 貫通測量成果

3.4 控制點(diǎn)聯(lián)測

右線在九江北站方向、白佛站方向分別以始發(fā)基線Y01—Y02、Y201—Y100-1為起算邊，構(gòu)成附合導(dǎo)線，內(nèi)業(yè)按精密導(dǎo)線進(jìn)行嚴(yán)密平差，測量精度滿足要求[4]。將地下約束邊貫通前、聯(lián)測坐標(biāo)方位角進(jìn)行比較，約束邊聯(lián)測成果差值滿足要求。見表7。

表7 約束邊聯(lián)測前后成果比較

4 結(jié)論

該控制測量方法始發(fā)基線、約束邊各階段方位角較差較小，各階段測量成果可控，滿足要求；具有外業(yè)工作強(qiáng)度小，聯(lián)系測量占用隧道時間少，減少鋼絲觀測組數(shù)，無須進(jìn)行大范圍的地面控制測量，不用進(jìn)行風(fēng)井投點(diǎn)或地面開孔投點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)。