長大隧道盾構機過站平面測量方案設計

陳 瑤

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

由于地鐵線路建設周期、經濟成本等因素，盾構機過站技術得到越來越廣泛應用，常規(guī)測量方法[1～2]在過站過程中，受車站結構、操作空間、總長度等影響，較一般區(qū)間積累更多的貫通誤差。貫通誤差的三個分量中，縱向、豎向貫通誤差相對容易控制，但橫向貫通誤差受地上、地下、始發(fā)、掘進、接收等各工序環(huán)節(jié)影響，積累更多，是施工測量中的重點和難點[3]。

本文結合南京地鐵項目，根據現(xiàn)場實際情況及工作要求，對掘進長度3 km的長大隧道進行方案設計及貫通精度分析估算。

1 工程概況

在建南京地鐵9號線在南京站站與已運營地鐵1號線和3號線進行換乘。由于南京站站（地下4層車站）為已建成車站，與3號線同層平行，根據施工計劃，盾構機從曹后村始發(fā)，經南京站站負四層過站繼續(xù)向前推進，從中央門站接收。曹后村站—中央門站區(qū)間全長約3 km，其中曹后村站—南京站站區(qū)間長約1.3 km、南京站站—中央門站區(qū)間長1.4 km、南京站站長約364 m。見圖1。

圖1 曹后村站—中央門站區(qū)間施工組織計劃

2 聯(lián)系測量

2.1 曹后村站—南京站站區(qū)間

區(qū)間右線長1 287.520 m，左線長1 299.029 m，掘進過程中進行3次聯(lián)系測量（不含始發(fā)定向測量），分別在隧道掘進至100～150 m、1/2處、貫通前100～150 m時各進行1次，聯(lián)系測量方式采用雙聯(lián)系三角形方法，嚴格按照相關技術要求執(zhí)行[4]。

2.2 南京站站—中央門站區(qū)間

南京站站應加密控制點，布設于底板，左右線各布設2點。根據施工計劃，于曹后村站—南京站站區(qū)間雙線貫通后、南京站站—中央門站區(qū)間右線盾構二次始發(fā)前，進行南京站站底板加密控制點第1次測量；在南京站站—中央門站區(qū)間左線盾構二次始發(fā)前，進行南京站站底板加密控制點第2次測量（測量路線與第1次測量相同）。

2.2.1 右線

右線長1 262.912 m，過站后進行二次始發(fā)；于底板加密控制點第1次測量后，以南京站站右線底板加密控制邊NJZY-01—NJZY-02作為始發(fā)定向邊，即該區(qū)間右線二次始發(fā)定向測量與南京站站右線底板加密控制點第1次測量同步進行，見圖2。

圖2 二次始發(fā)測量及底板加密第一次測量

右線掘進過程中分別在隧道掘進至100～150 m、1/2處、貫通前100～150 m時各進行1次聯(lián)系測量；聯(lián)系測量均于曹后村站進行。單次測量完成后將測量成果與上期測量使用成果進行比較，以比較后取值作為控制測量的起算值。

2.2.2 左線

左線長1 438.338 m，過站后進行二次始發(fā)；于底板加密控制點第2次測量后，以南京站站左線線底板加密控制邊NJZZ-01—NJZZ-02作為始發(fā)定向邊，即該區(qū)間右線二次始發(fā)定向測量與南京站站右線底板加密控制點第2次測量同步進行。

南京站站—中央門站區(qū)間左線掘進過程中分別在隧道掘進至100～150m、1/2處、貫通前100～150m時各進行1次聯(lián)系測量；聯(lián)系測量均于曹后村站進行，按照南京站站底板加密控制點第2次測量網形對控制邊NJZZ-01—NJZZ-02進行測量，單次測量完成后將測量成果與上期測量使用成果進行比較，以比較后取值作為控制測量的起算值。

2.3 陀螺定向測量

曹后村站—中央門站單線區(qū)間隧道長度＞1 500 m，為保證隧道貫通精度，增加陀螺儀定向測量，以校核地下控制邊方位。

1）站底板加密控制點第1次測量時，對控制邊NJZY-01—NJZY-02、NJZZ-01—NJZZ-02進行陀螺儀定向測量，以校核其方位。

2）底板加密控制點第2次測量時，再次對控制邊NJZY-01—NJZY-02、NJZZ-01—NJZZ-02進行陀螺儀定向測量。

3）南京站站—中央門站區(qū)間左右線掘進到1/2處，即盾構機從曹后村始發(fā)掘進到2.3 km時，采用陀螺儀加測區(qū)間隧道內末端導線邊方位。

3 橫向貫通誤差精度估算

橫向貫通誤差為沿垂直于坑道施工中線的水平方向貫通偏差，是貫通誤差在垂直于坑道施工中線的水平方向上的投影。本工程認為產生橫向貫通誤差的5個工序都是相互獨立的，總的橫向貫通中誤差

式中：M為橫向貫通中誤差；M1為地上平面控制測量引起的橫向貫通中誤差；M2為始發(fā)井平面聯(lián)系測量引起的橫向貫通中誤差；M3為地下平面控制測量引起的橫向貫通中誤差；M4為盾構機姿態(tài)定位測量引起的橫向貫通中誤差；M5為接收井平面聯(lián)系測量引起的橫向貫通中誤差。

3.1 M1計算

地面首級平面控制點大多沿線路兩側對稱布設，從已知控制點測設到近井點大多僅需測設1～2站，故此項誤差按支導線形式進行估算

式中：mβ為導線的測角中誤差；L為支導線長度；n為導線測站數；ρ為常數，即1弧度對應的秒值。

一般接收井采用與始發(fā)井相同的地上平面控制網測量方法且相互獨立完成測量，則實際地上平面控制測量引起的橫向貫通中誤差應為

已知地面首級平面控制點距離始發(fā)和到達井口均約300 m，向近井點傳遞僅需測設2站。本項目測量采用的儀器為徠卡TS60全站儀，測角精度0.5″，外業(yè)測設4測回，考慮到環(huán)境等因素影響，測角中誤差控制在2″是可行的。

3.2 M2計算

聯(lián)系測量將采用一井定向，定向誤差引起橫向貫通誤差

式中：m為一次定向中誤差；L為隧道長度。

因隧道貫通前會在始發(fā)井對同一定向邊獨立進行n次聯(lián)系測量，則聯(lián)系測量引起的橫向貫通中誤差可表達為

根據南京軌道交通工程測量管理辦法規(guī)定，兩次獨立定向所測得的地下定向邊的方位角較差一般≯12″，則單次定向允許誤差應為，一般允許誤差為中誤差的2倍，則單次定向的中誤差應

3.3 M3計算

由于地鐵隧道內觀測條件相對較好，導線點布設近似等邊直伸形且加測陀螺定向，故按等邊直伸方向附合導線進行橫向貫通中誤差計算

式中：mβ為導線的測角中誤差；L為隧道長度；n為導線測站數。

考慮線路走向及曲線半徑等因素，洞內控制點間距約150 m左右，洞內導線點約20個，采用徠卡TS60全站儀，測角中誤差仍按2″考慮，利用式（5）計算的地下平面控制測量引起的橫向貫通中誤差M3為±37.6 mm。

3.4 M4計算

規(guī)范［4］規(guī)定姿態(tài)定位測量中誤差應＜±3 mm，假設定位中誤差全部傳遞給橫向貫通中誤差，即M4＝±3（mm）。

3.5 M5計算

到達井采用與始發(fā)井相同的測量方法，定向邊至貫通面的距離約20 m，則

3.6 M計算

總的橫向貫通中誤差結果為±45.6 mm，滿足規(guī)范[4]貫通測量中誤差不應超過±50 mm的要求。

4 結語

由于南京站站為已建成車站，既不具備聯(lián)系測量條件，也無地下已知控制點，本方案通過聯(lián)系測量、底板控制點聯(lián)測、陀螺定向等手段，有效提高貫通精度。充分考慮現(xiàn)場條件、各工序對隧道貫通誤差的影響后，估算的貫通精度仍滿足規(guī)范要求，說明該測量方案合理可行。