區間投點約束法在地鐵隧道聯系測量中的應用

楊定強，許 鋒，孫明峰

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

城市圈不斷擴大，地鐵線路拉長。地鐵工程地下控制測量手段主要包括：一井定向、兩井定向、投點法、多點后方交會[1]。測量方法的選擇與施工工法、周邊環境息息相關。對于區間較短的隧道，可根據實際情況選擇其中一種，中間控制好相關測量精度指標，采用符合精度標準的儀器設備，就能確保隧道貫通質量符合設計要求；而長區間隧道控制測量是上述幾種測量方法的組合，如在車站、風井始發時滿足兩井定向的條件，盡量采用兩井定向，條件不好時采用一井定向。當長區間內設有風井時，可以根據現場條件靈活選擇上述方法確定盾構二次始發基線；不設置風井時，可以采用鉆孔投點的方法確定其二次始發基線邊[2]。

某地鐵盾構區間左線中間風井施工條件、周邊環境復雜，不能實施一井定向、多點后方交會；隧道覆土深，不具備鉆孔投點條件。通過中間風井施工孔洞，懸掛一根鋼絲與始發井兩根鋼絲構成投點約束聯系測量，以距風井較近的地下控制邊成果均值作為盾構后續掘進的二次始發基線，將始發基線，二次始發基線成果納入地下控制網進行平差，成果滿足要求后，用以指導隧道的施工測量工作，采用陀螺定向原理對地下控制網最遠邊進行坐標方位檢核。本文對該方法進行介紹。

1 控制測量

1.1 測量方法

實施前，進行了測量方案設計。在盾構掘進過中間風井100～200 m后，沿風井長度方向懸掛2根鋼絲，組成聯系三角形，傳遞二次始發基線邊坐標及方位；根據工程進度，現場不具備一井定向條件，周邊環境復雜，隧道覆土深，鉆孔投點困難。隨即進行方案的變更，利用風井的預留孔洞懸吊1根鋼絲，與始發井的2根鋼絲組成投點約束聯系測量，地面敷設附合導線；地下控制網以多邊形連接，增加多余觀測，提高測量精度。見圖1。

圖1 中間風井投點約束聯系測量

聯系測量時，鋼絲觀測3組以上，洞內導線按精密導線的要求施測，邊角關系滿足要求后，將地面導線、鋼絲、洞內導線分組平差；始發基線觀測成果中誤差＞8″時取均值作為最終成果，取距離風井較近的一組觀測邊均值為二次始發基線成果；最終將始發井本階段成果均值、風井基線成果納入洞內導線再次平差，洞內導線相關階段成果較差滿足要求后，用以指導盾構掘進的施工測量工作。

1.2 測量實施

1.2.1 測量準備

配備2臺全站儀TS50，測量精度±0.5"；光學對中覘牌若干套；溫度計1個；氣壓計1個；直徑0.3 mm鋼絲多卷，10 kg垂球2個，阻尼液4桶；經驗豐富測工6人。

1.2.2 始發聯系測量

地面布設附合導線，起算點由GPS點構成，控制點穩定性檢查見表1。線路走向：以GPS6057—GPS6061為起算邊，經過精密導線點DT6127，加密點SSL9、SSL10、SSL12、SSL11、SSL2，附合至邊GPS6062—GPS6059。見圖2。

表1 控制點穩定性檢查

圖2 聯系測量

井上觀測時，在SSL11設站，后視SSL2，觀測GS1、GS2的角度、距離；在SSL12設站，后視SSL10，觀測GS3、GS4的角度、距離。井下聯接測量，分別在始發基線點SZZ1、SZZ2設站，后視SZZ2、SZZ1，對鋼絲GS1、GS2、GS3、GS4進行測角、測邊。外業按精密導線要求施測。將所有觀測數據導入科達普施測量平差軟件：角度閉合差8.7″，X坐標閉合差11.4 mm、Y坐標閉合差-12.4 mm；相對精度1∶141 845，成果滿足規范要求。見表2。

表2 聯系測量基線成果

1.2.3 風井前聯系測量

隨著盾構的掘進，聯系測量階段有150～200、300～400、600、800 m，地面控制網圖形條件及相關點位置與始發階段一致。井下控制測量時，基線點SZZ1被破壞，150～200 m聯系測量新增基線點SZZX51，構成新基線邊SZZ2－SZZX51；剩余階段的聯系測量方法同上。

1.2.4投點約束法聯系測量

盾構掘進遠離中間風井后，利用風井預留孔洞進行投點約束聯系測量,對地面控制網進行重新布設，對始發井至中間地面控制網進行整體聯測，點位重新優化。以GPS6057—GPS6061為起算邊，經地面加密點BR-1、SSL7-1、SSL14、SSL2、GPS6059、FJ5、FJ3、FJ4附合至邊GPS6062—GPS6063；外業采用左右角四測回觀測，其平均值之和與360°較差＜4″[3]。井上聯系測量時，始發井處分別在近井點SSL7-1、SSL14設站，分別后視SSL14、SSL7-1，前視鋼絲GS1、GS2；在中間風井處于近井點FJ5設站，后視GPS6059，前視鋼絲GS3，進行角度與距離觀測。井下聯接測量，始發端分別在JSZ3、新增基線點ZX51設站，后視ZX51、JSZ3，觀測GS1、GS2，風井處在底板點ZX21處設站，后視ZX19，觀測GS3，按照上述流程，完成聯系測量，鋼絲累計觀測四組。隧道洞內主導線聯接方式為JSZ3、ZX51、ZX03、ZX07、ZX91、ZX11、ZX13、ZX15、ZX17、ZX19、ZX21；主副導線之間利用邊聯接，構成閉合環，邊數不超過六條。將上述觀測數據分四次進行平差，地面導線觀測精度：fx=0.005 9 m，fy=-0.004 3 m，fd=0.007 3 m，總邊長S=4.513 9 m,全長相對閉合差k=1/615 238；成果滿足規范要求。見表3-表4。

表3 始發井基線成果

表4 二次始發基線成果

其他聯系測量階段觀測方法同上。

1.2.5 陀螺定向測量

采用精度為±5″磁懸浮螺儀進行觀測，先地面已知邊，后地下定向邊。地面邊為FJ5－GPS6059，地下邊分別為ZX24－ZX25、ZX32－ZX33、ZX1428－ZX1513。外業觀測流程：地面已知邊觀測測定儀器常數；地下定向邊上測定陀螺方位角；地面已知邊、地下定向邊每次應觀測三測回，測回之間陀螺方位角較差＜20″[4]，外業數據滿足規范要求。內業數據處理流程：洞外已知邊坐標方位角計算，洞外已知邊陀螺方位角計算，儀器常數計算；待定邊陀螺方位角計算，待定邊坐標方位角進行計算。

1.3 注意事項

1）長區間隧道進行聯系測量時，應對整個區間及其搭接范圍內的GPS控制網、精密導線網進行復測，確定起算點位的穩定性。

2）地面加密導線點位應選在穩定、通視方向良好、遠離振源、利于保存的位置；相鄰短邊與長邊比例不宜＜1∶2，最短邊長不宜＜100 m；導線點與連接的GPS點、相鄰導線點間垂直角≯30°，距障礙物距離＞1.5 m。外業測量數據采集有條件時盡量選用Ⅰ級全站儀。

3）地面近井觀測點宜布設在主體結構且影響范圍小的位置。懸吊鋼絲的支架應架設牢固，桿件宜選擇可調裝置，方便多組鋼絲觀測；鋼絲懸吊過程中應避免障礙物拉掛，盛放重錘的液體應采用符合要求的阻尼液；放置阻尼液的油桶應置于位置穩固、遠離振源的地方；鋼絲上下部粘貼一定數量的反射貼片，十字絲朝向儀器觀測的方向；聯系測量觀測應避開大風、有雨、高溫的天氣觀測。

4）陀螺儀定向地面邊的選擇應遠離高壓電磁場、振動強烈、人流和交通流量大的位置；地下定向邊距離可盡量拉長到＞60 m，視線距障礙物＞0.5 m；測前應檢查儀器常數的穩定狀態；地面已知邊與地下定向邊的位置應盡量接近，否則應進行子午收斂角改正[5]。

2 測量成果分析

2.1 測量基線成果

區間共計進行9次聯系測量，始發基線根據現場的施工條件進行三次更換，聯系測量進行四組鋼絲觀測，取其均值為始發基線成果，滿足規范要求[3]。見表5。

表5 基線測量成果

2.2 陀螺定向測量成果

在該區間測量過程中，對洞內最遠邊坐標方位進行3次陀螺儀定向測量，其較差最大值為-6.6″；滿足規范要求[3]；聯系測量成果可靠，可指導隧道施工掘進。見表6。

表6 陀螺定向測量成果

2.3 貫通誤差測量成果

在三色路站—中和站方向利用貫通前150～200 m聯系測量成果ZX1351、ZX1428、ZX1513作為起算數據，進行穩定性檢查合格后，測量至貫通點；中和站—三色路站方向利用經底板點聯測后的控制點XZ1、XZ2測量至貫通點；進行內業數據的平差計算，將貫通誤差投影至線路中心線法線方向，測量成果小于規范規定限差100 mm[3]。見表7。

2.4 投點約束二次始發基線成果分析

隧道貫通后，進行區間貫通測量，起算邊為JSZ3－ZX51、XZ1－XZ2；按精密導線規定進行施測，內業采用武漢大學科傻控制網測量平差軟件嚴密平差;精度：X坐標閉合差為0.032 0 m，Y坐標閉合差為-0.018 6 m，角度閉合差為11.0″，總長度為2.645 5 km，相對精度為1:71 532，測量成果精度滿足要求[3]，將聯測后的二次始發基線與貫通前成果進行比較，方位角較差為-1.2″。見表8。

表8 二次始發基線成果分析

3 結論

地鐵長區間隧道在中間風井二次聯系測量、鉆孔投點確定二次始發基線困難條件下，通過投點約束法進行多組鋼絲數據采集、取均值確定二次始發基線成果，與始發基線成果整體平差，對地下控制邊輔以陀螺定向的聯系測量；較常規聯系測量手段具有占用空間少、測量時間短、經濟成本低、測量精度可靠等優點。該隧道左右線均已順利貫通，貫通誤差成果滿足規范要求，證明該方法能確保隧道高精度貫通，對實際施工測量具有一定的指導意義。