長距離大斷面地鐵隧道測量控制技術探究

摘要：結合長距離大斷面地鐵隧道工程實際，圍繞長距離大斷面地鐵隧道測量控制展開研究。首先分析隧道測量控制的必要性，進而論述了長距離大斷面地鐵隧道測量控制技術要點，并對長距離大斷面地鐵隧道測量控制應用進行研究，以為相應規模地鐵隧道施工測量控制提供借鑒。

關鍵詞：長距離大斷面；地鐵隧道；導線網；測量控制

0 " 引言

相比于常規大型路面交通工程，長距離大斷面地鐵隧道作業場所為地下深埋區，由于隧道作業施工測量操作環境復雜、技術難度大，測量產生的誤差難免會為隧道施工埋下安全質量隱患。精準可靠的測量工作，是地鐵隧道工程順利實施的重要保證。如何通過有效手段，對隧道施工測量精度實施有效控制，保證隧道盾構方向的精準性，是隧道工程亟待攻克的難點之一[1]。

1 " 長距離大斷面地鐵隧道測量控制的必要性

相比于小型隧道工程，長距離大斷面隧道工程施工作業情況越發復雜。其工程作業量更大、對工期要求嚴格，且在施工中常遇到毒礦床、熔巖地質環境，對施工安全等級要求高。因此快速、安全地完成貫通成為隧道工程施工的關鍵所在[2]。

依據誤差傳導規律可知，測量誤差會隨隧道縱深導線的距離深入而變大。當前主流長距離大斷面隧道盾構挖掘方式，為雙向進出口同時掘進。根據相關經驗，此類隧道掘進需采取必要的貫通測量控制手段。依據施工作業次序不同，隧道貫通測量可分成挖掘施工的測量控制和隧道貫通后的誤差測量控制。依據貫通后測量內容的差異，可分為高程誤差測量和水平誤差測量。完成隧道貫通后的水平和高程的誤差測量，有利于驗證測量精度是否滿足工程建設需要，是否采取必要的糾偏措施。

根據隧道工程實際狀況，選擇使用合理的檢測技術及控制措施，配合健全的測量控制方案，可有效提升測量精度，形成準確的測量數據。將相關測量數據應用于長距離大斷面地鐵隧道建設，對于推進大長地鐵隧道工程的有序發展具有重要意義。

施工測量是地鐵隧道工程的重要環節，科學的隧道測量技術配合實施必要的控制措施，可提升復雜條件下測量應用的適應能力，應對各類作業環境的工程測量，優化常規施工測量技術精度不達標、作業實施難度高、受狹小作業環境干擾等問題，保證地鐵隧道工程的順利實施，提升地鐵隧道施工的規范性，避免工程返工及資源浪費，確保隧道施工質量。

2 " 長距離大斷面地鐵隧道測量控制技術要點

2.1 " 構建地鐵隧道測量坐標體系

長距離大斷面地鐵施工項目中，隧道曲線半徑長度超過1000m的較為常見。針對此類施工情況，應在確定好隧道貫穿精度后，構建明確的隧道測量坐標體系[3]。坐標體系構建過程中，應綜合考慮隧道整體盾構方案，明確隧道雙向線路銜接貫通的合理性，結合隧道工程實際，形成相適應的隧道測量坐標體系。通常坐標體系需應用測量網技術單獨建立，以增加測量坐標系統的準確可靠性，為后續的隧道測量及施工做好準備。

2.2 " 布控隧道測量控制網

布控隧道測量控制網的目的，是確保雙向隧道相向挖掘作業的順利實施，保證隧道成功貫通。為提高測量控制網布控精度，應選擇適宜隧道建設實際的測量控制網模式。

當前主流的控制網種類為GPS控制網、導線控制網和三角控制網等[4]。其中：GPS控制網技術應用范圍最廣，測量精度最高；三角控制網技術主要應用于施工地勢復雜、環境惡劣的作業區域；導線控制網技術主要應用于地勢平坦的較好作業區域。隧道測量控制網如圖1所示。

2.3 " 預測隧道貫通偏差值

貫通誤差是長距離大斷面地鐵隧道貫通測量的常見問題。為此施工測量時，應根據測量儀器的特性，測算出放樣點位允許誤差內的最遠距離，合理預測貫通偏差值，以保證測量的準確性。誤差預測過程中，不能只為提升預測精度而選擇大工作量的方式，也不能為提升預測效率而選擇降低測量精度的方式。長距離大斷面隧洞貫通偏差預測時，應避免水平貫通誤差超出門限。在保證常規測量效率的同時，綜合運用高程和水平測量，可將邊角后方交會技術應用于大長隧道貫通偏差值誤差預測及后續變形監測。

2.4 " 隧洞外測量控制

針對長距離大斷面地鐵隧道的外部測量，應嚴格控制曲線隧道及直線隧道的貫入精度和距離。在滿足工程設計要求前提下，方可進行后續水平測量工作。對于直線隧道，隧洞外部測量的主要目的是準確測得隧道兩側的水平位置、點位及隧道方向；對于曲線隧道，隧洞外部測量應主要以測算并準確獲得端點控制樁位置及彎道轉向轉角位置為目的。

隧道洞外測量通常選擇精密線法，其主要基于導線法實現外部測量控制。測量的關鍵是確定導線點的位置，測量時應綜合考量隧道和場地數量[5]。利用精密導線法測量時，導線最小邊長應大于300m。為降低測量產生誤差，應優先選擇長邊作為測量導線。利用觀察法觀測精密線材的水平角度，如果存在2個以上水平角度，采用奇偶輪換的方式實施觀測，以降低測量機械誤差對施工形成的干擾。

2.5 " 隧道工程放線

隧道工程放線的目的是確立隧道的水平、豎直挖掘方向。在實際操作過程中，應參照工程設計圖紙確定施工點位準確位置。其布控實施過程復雜繁瑣，具有一定重復性。長距離大斷面隧道控制點距離長，無法匹配測量需求，所以應在隧道內布設控制前提下，應用分支導線測量臨時控制點，并利用后方交會法完成工程放線測量。

實施拱架支座測量及開挖線測量過程中，應確保測量實時性，降低工序交接時長，確保工程進度。后方交會法使用時，應科學選取臨時控制點位置和數量。通常應選取在隧道兩端墻體及兩端夾角位置，以確保工程放線精準和控制點位穩定的效果。

2.6 " 隧道測量監測措施

測量監測是保障長距離大斷面地鐵隧道施工安全性的必要手段。常規測量監測方式是使用鋼尺收斂儀或頂倒掛尺等檢測工具。其弊端是對隧道監測操作有一定局限性，且驗證精度不高。另一類監測方式是采用光電測距技術實施大長隧道監測，通過利用反光片及全站儀等設備的組合搭建光電測距系統，以自動完成隧道測量監測。另外，還應依據隧道工程設計的頻次完成相應數據的監測工作，形成對應圖表，依據數據的波動，實施隧道周圍巖體的穩定性的分析和判定。

3 " 長距離大斷面地鐵隧道測量控制技術應用

3.1 " 工程概況

某地鐵線路部分區間隧道工程采用盾構法施工，隧道區間分為兩段，區間左線長度4040.2m，右線長度4046.4m，隧道埋深11.3～26.9m，正線左、右線各設置2處平曲線，曲線半徑分別為4000m和1800m。第二段區間左線長度2571.9m，右線長度2484.8m，隧道埋深11.3～36.5m。正線左、右線各設置3處平曲線，曲線半徑分別為1800m、1600m和1300m。某地鐵隧道工程范圍如圖2所示。

3.2 " 隧道測量平面控制網布控原則

隧道平面控制網布控應基于整體綜合考量，遵從先整體、后局部的高精度控制低精度的準則。控制網坐標體系應同工程設計使用的坐標體系相匹配，平面控制應依據工程設計圖與現場施工平面圖點位選擇，點位應選在安全、易保護、視線效果好的位置。

測量樁位應做鋼管圍護處理，并做好標記，以實現對樁位的保護。依據隧道工程實際選擇測量精度，一級施工導線控制網，應以滿足復測精度要求的精密控制導線點為布控基準點。控制點處應布控加密導線，并在初始位置兩側端端點處布設強制對中觀測墩點，核驗無誤后建立附合導線。

3.3 " 隧道聯系測量控制

將地表平面測量數據傳至工程初始井室及隧道作業區域，以加強隧道挖掘的測量控制。具體實施步驟如下：利用布控的趨近導線和水準路線，將施工測量控制點位建立在近井位置；然后在近井點位將水平控制點與高程控制點引入豎井中，以為隧道盾構施工提供水平和高程數據參考。地下近井應設置2個以上的高程點位和兩條以上定向邊，單次聯系測量次數應不低于3次，取平均數為最終測量結果。

3.4 " 隧道控制網測量

3.4.1 " 隧道導線測量

隧道導線測量應在隧洞兩側分別布控導線網。在線路中線兩端移動特定距離后，在管片底端布控導線點，在管片拱腰位置布控牽制，對中托架布置強制對中導線點。導線網應布控為交叉互連的閉合狀導線環，控制導線環低于8條邊時實施導線閉合。隧道控制導線點布置如圖3所示。

將直線隧道區域平均邊長控制在300m以上，曲線隧道應控制在240m以上。利用嚴密平差方法和全站儀設備，按三等導線標準測量布置圖中所有邊角，以提升檢測精度。每次測量前，應先對施工控制導線前三點位進行測量，核驗合格后進行延伸測量。施工控制導線在隧道貫通前測量，測量時長應與兩井定向同步。當重合點重復測量的坐標值同原測量坐標值差值低于10mm時，應選擇逐次的加權平均值，作為施工控制導線延伸測量的起算值進行測算。

3.4.2 " 隧道盾構掘進施工測量控制

一是換站測量控制。換站測量單次換站選取兩直導線點位檢測第三點位，核驗后采用兩點支導線模式測量后續測站點，以避免累計換站測量產生的誤差。利用隧道內已測控制點位為基準點，對隧道頂端測站吊籃和后視吊籃實施高差及邊角的復測，然后利用全站儀完成隧道頂端三維坐標和前視吊籃的測量。在導向系統完成人工后視定向，應用盾構機上方全站儀機光靶、盾構機切口及盾尾的相對位置關系，測算盾尾和出切口絕對坐標點，并將坐標點同設計軸線作對比計算盾構機的偏離狀況，即得出水平與高程的偏移量值，以實現利用控制盾構姿態測量指導隧道盾構有序施工。

二是人工姿態復測。為確保盾構機依據設計線路行進，應按時對設備姿態實施校驗，一般通過人工檢測法驗證方向系統的準確。姿態復測內容包括參考線路中線的高程偏移、水平偏移、切口歷程、仰俯角度等。行進前50m應實施每日測量，后續每間隔40環完成一次測量，貫通最后50m實施每日測量，并根據實際需求增加測量頻次。

三是管片姿態測量。完成隧道襯砌環壁后注漿作業后，進行襯砌環低端高程、中心坐標、前端歷程、垂直直徑、水平直徑的測量，測量誤差應控制在3mm以內。單次測量完成，應及時上傳襯砌環和盾構機測量結構，以為后續行進修正提供指導。應按每30環測量一次，每5環完成一次復測的頻次完成管片姿態測量，保證每環必測，如有需要應適當增加測量頻次。

4 " 結語

測量工作是貫穿隧道工程得以順利實施的安全和質量保證，本文以大型長距離大斷面地鐵隧道工程為研究對象，針對長距離大斷面地鐵隧道測量控制進行深入研究，在提出隧道測量控制必要性的基礎上，分析長距離大斷面地鐵隧道測量控制技術要點，并對長距離大斷面地鐵隧道測量控制應用進行深入研究，以期為相關地鐵隧道施工控制提供技術幫助。

參考文獻

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