閉合導線在地鐵較長盾構區間施工控制測量中的研究與應用

閆瑞海

（中船勘察設計研究院有限公司，上海 200063）

閉合導線在地鐵較長盾構區間施工控制測量中的研究與應用

閆瑞海*

（中船勘察設計研究院有限公司，上海 200063）

地下導線通常是一條支導線，且沒有檢核條件，在盾構區間距離較長時，不能確保地下導線的精度。通過研究實踐，以某城市地鐵2號線延伸線盾構區間為例，將地面GPS點、近井導線點、地下精密導線點連在一起構成一條閉合導線，并使用高精度全站儀Leica TS30進行自動照準測量。測量結果表明，該方法在距離較長的盾構區間，不僅精度好，而且效率高，且具有檢核條件，降低了盾構機不能順利出洞的風險。

閉合導線；盾構區間；施工控制測量；高精度全站儀

1　引 言

地鐵工程線路長，全線分標段施工，各標段分別由不同的承包商施工。要保證貫通，每個標段不僅要完成本標段測量任務，還要顧及與相鄰標段間的銜接。為了確保線路沿著隧道設計軸線運行，就必須把盾構施工控制測量擺在首要位置。

城市地鐵施工測量在統一基準，逐級控制的條件下，一般不難達到國家有關技術規定的貫通誤差要求。但在特殊情況下，如盾構施工距離比較長，超過1 300 m時，就需要制定專項施工控制測量方案。

歸納起來，保證盾構施工貫通的測量環節有地面控制測量、豎井聯系測量和地下控制測量。由于地面測量條件比較好，可以采用的提高精度的測量方法比較多，而限制提高盾構施工測量精度的測量主要環節是后兩項，本文對如何控制豎井聯系測量和地下施工控制測量精度進行了研究，并根據實踐提出了一套有效的測量方法。

2　地鐵盾構施工平面控制測量概述

2.1地面平面控制測量

地面平面控制網是地鐵盾構施工測量平面控制網的基準，地面平面控制網精度直接影響地下控制網的精度，并最終影響貫通誤差。平面控制網應沿線路布設，由兩個等級組成，一等為GPS平面控制網，二等為精密導線控制網，分級布設。

GPS網一般在城市獨立坐標系下建立C級GPS控制網，沿地鐵線路約每4 km布設一對GPS點，在不同線路交叉有聯絡線處或同一線路不同施工標段銜接處應布設2個以上的重合點［1］。

精密導線網的布設，應在搜集和了解有關資料的基礎上，采用野外踏勘和圖上設計相結合的方法反復進行，結合設計車站、井口的位置以及衛星定位控制點的位置布設，精密導線網應盡量沿軌道交通線路布設成直伸形狀，形成起閉于GPS定位控制點上的附合導線、閉合導線或結點導線網的形式；每個導線點應具備兩個以上的后視方向，必須能控制軌道交通盾構區間線路和車站位置。精密導線平均邊長350 m，按規范要求進行測量。

2.2聯系測量

聯系測量是將地面的平面坐標引入井下，使井上下具有相同的坐標系統。在地鐵修建過程中，當車站始發井施工完成后，要及時將地面的平面坐標傳遞到始發井井下，以便指導盾構施工掘進。傳遞到井下的平面坐標是地鐵盾構施工的起算數據，成果的正確與否、精度高低直接關系到隧道掘進方向的準確性，關系著施工線路是否符合設計要求。因此，一般施工方施測完成后，由第三方測量獨立進行復測，確保聯系測量成果的正確性。本文采用導線直接傳遞法，使用高精度自動全站儀Leica TS30進行導線直傳，不僅方便，而且效率和精度高。

2.3地下導線測量

區間地下導線點從隧道掘進起始點開始，直線隧道每掘進200 m或曲線隧道每掘進100 m時，應布設地下平面控制點。地下導線測量按精密導線要求施測，采用Ⅰ級全站儀，左右角各觀測兩測回，邊長往返觀測各兩測回。地下導線通常都是一條支導線，沒有檢核條件，一旦測量過程中出現錯誤，將直接導致盾構區間不能順利貫通。本文在克服盾構隧道狹窄的情況下，將地下導線控制網構成閉合導線，使其具有檢核條件，可以提高地下平面控制網的精度，確保施工安全。

3　地鐵較長盾構區間閉合導線控制網的建立

本文較長盾構區間是指按照所在城市軌道交通建設公司技術規定為區間長度超過 1 300 m，掘進至600 m后，每500 m必須增加一次包括聯系測量在內的地下控制測量，并加測陀螺定向以校核坐標方位。

閉合導線控制網由地面GPS控制點、地面近井導線點、車站中板和底板導線點、區間地下精密導線點組成，且起閉于地面GPS控制點，并將地面和地下導線點連成一條閉合導線。

閉合導線控制網所有控制點均采用強制對中裝置，GPS點和地面近井導線點使用水泥觀測墩，車站中板和底板導線點可以采用鋼制三角對中裝置或水泥觀測墩［2］，區間地下精密導線點是在隧道管片上安裝鋼制強制對中裝置，如圖1～圖3所示:

圖1　GPS控制點

圖2　近井、底板、中板導線點

圖3　地下導線點

影響閉合導線控制網布網精度的首要因素就是如何選擇各地面近井導線點、車站中板和底板導線點、區間地下精密導線點的最優位置，根據《城市軌道交通工程測量規范》GB50308-2008以及以往類似工程經驗，點位布設應遵循以下原則:

（1）相鄰導線點間以及導線點與其相連的衛星點位之間的垂直角不應大于30°。

（2）區間地下導線點從隧道掘進起始點開始，隧道內控制點平均變長宜為150 m。曲線隧道控制點間距不應小于60 m。在曲線段，盡可能增加導線邊長，將曲線段布設成交叉導線。

（3）區間地下控制點應避開強光源、熱源、淋水等地方，控制點間視線距隧道壁應大于0.5 m。

4　盾構施工貫通誤差分析

貫通誤差是指隧道施工由兩相鄰開挖洞口的施工中線在貫通面處的偏差［3］。根據《城市軌道交通工程測量規范》GB50308-2008中的要求，暗明挖隧道橫向貫通測量中誤差為±50 mm。

通常情況下，隧道橫向貫通誤差是由地面控制測量、豎井聯系測量及地下導線測量的誤差引起的，地面控制測量影響隧道貫通偏差的主要因素是始發井和接收井口地面點的相對點位誤差和相對方位角誤差，聯系測量影響貫通的主要誤差是投點誤差和定向邊的方位角誤差，隧道導線測量影響貫通的主要誤差是測角誤差和測距誤差。

本文閉合導線起算于地面GPS控制點，地面測量、聯系測量、地下導線測量集成為一條閉合導線，按精密導線要求進行測量，因此閉合導線的橫向貫通中誤差來源于GPS控制點的測量誤差和精密導線最弱點橫向測量誤差。

則隧道橫向貫通中誤差為:

從實際的測量情況看，目前利用高精度的GPS靜態相對定位，建立地面平面控制網，只要布網合理，精度都非常高，對隧道橫向貫通誤差的影響很小［4］，可忽略不計。

因此，在GPS控制點測量誤差忽略的情況下，隧道橫向貫通中誤差M≈muk，muk為導線最弱點的橫向中誤差。

5　閉合導線在地鐵較長盾構區間施工控制測量中的應用

5.1閉合導線在盾構隧道施工控制測量中的測量實例

以某城市地鐵2號線延伸線工程為例，該工程共包括12個盾構區間，其中距離較長，且超過1 300 m的盾構區間有2個，其他10個盾構區間長度在300 m～1 200 m，盾構區間平均長度為914.8 m。采取其中的較長的II-Y-TS-04標松濤街站～金谷路站盾構區間左線施工控制網測量為例進行數據分析，區間概況如下。

松濤街站～金谷路站區間隧道從松濤街站東端出發，沿創苑路向東，下穿雪堂街、林泉路、星塘街及星塘街1號橋，最后到達金谷路站西端。區間線路呈東西走向，共采用三段較短的過渡曲線，半徑分別為3 000 m、2 000 m及3 000 m。左線隧道全長1489.324 m，右線隧道全長1 489.800 m，區間左右線總長2 979.124 m；區間設置聯絡通道1處、聯絡通道（與泵房合建）1處。

閉合導線起算于地面GPS點G44和G45，共布設17個導線點，其中2個為支導線點（如圖4所示），曲線段導線邊相互交叉，全部為強制對中臺，測量采用I級高精度自動化全站儀Leica TS30（測角0.5″，測距1 mm+1 ppm）中的自動目標識別（ATR）功能自動照準測量，可以克服盾構區間水霧氣大，能見度低，常規儀器無法測量的條件，提高觀測效率，按照《城市軌道交通工程測量規范》GB50308-2008中精密導線測量要求施測。

算例采用較為成熟的商業平差軟件“南方平差易2002”進行平差，平差結果如下:

（1）閉合路徑

［2G45-2G44-D1-G1-G2-G3-G4-G5-G6-L5-L4-L3-L2-L1-X2-X1-D3-2G44-2G45］，圖4中DL2 和DL3為吊籃定向點，且為支點，其中DL3為用于盾構機最終出洞的導線點，用來架設盾構機導向系統使用的全站儀。線路總邊長為 3 466.836 m，平均邊長為 216.677 m，最小邊長為 26.452 m，最大邊長為518.159 m。

（2）控制網中誤差情況

點位誤差最大的點為DL3，DL3的點位誤差為0.022 5 m；

點DL3的橫向中誤差為0.0216 m，因此，根據M ≈muk，隧道橫向貫通中誤差M≈0.021 6 m，小于規范規定的橫向貫通中誤差±50 mm。

（3）角度閉合差為-3″，限差為20″。

（4）X坐標閉合差fx為0.001 m，Y坐標閉合差fy 為0.016 m，全長閉合差fd為0.016 m。

（5）全長相對閉合差為1/212227，遠小于規范限差1/35000。

5.2與加測陀螺方位角對比

因為本區間長度超過1 300 m，按照要求，在盾構區間三分之二處加測一個陀螺方位角，可以限制導線測角誤差的積累，提高定向精度。

本區間在約1 100 m處加測陀螺方位角，測量采用蘇州一光儀器有限公司的自動陀螺儀GTA1010，全站儀采用蘇州一光RTS352R5全站儀，陀螺儀測量精度為10″。地下定向邊陀螺方位角測量采用“地面已知邊—地下定向邊—地面已知邊”的測量程序，地面已知邊為2D103?2D104，地下定向邊為L5?G6，L5?G6的陀螺所測方位角由陀螺觀測值加上陀螺常數求得，L5?G6的導線方位角與陀螺所測方位角的差值為1.9″，誤差較小，表明導線精度較好。計算過程如表1所示。

陀螺方位角計算過程　表1

6　結論與展望

閉合導線將地面GPS點、近井導線點、地下精密導線點連在一起構成一條閉合導線，測量過程中誤差主要來源于測角和測邊誤差，而測角和測邊誤差取決于儀器對中誤差和人為觀測誤差。使用強制對中裝置可以消除儀器對中誤差，使用高精度自動全站儀Leica TS30自動照準功能，測量導線左右角可以消除人為觀測誤差。因此，采用該測量方法，可以較好地提高測量精度，且具有檢核條件，減小橫向貫通誤差。

根據文中介紹的技術和方法，成功完成了該城市2號線延伸線12個盾構區間的測量任務，不但滿足隧道橫向貫通限差要求，易于操作，且未發生過測量事故，深受該市軌道公司的好評。實踐證明，文章上述方法是精確可行的，同時也為同類工程施工測量積累了經驗。下一步工作展望是研究使用高精度全站儀進行三角高程測量，在進行地下平面控制測量的同時，獲得地下高程控制，提高工作效率。

［1］胡榮明.城市地鐵施工測量安全及安全監測預警信息系統研究［D］.西安：陜西師范大學，2011.

［2］潘國榮，車建仁.城市地鐵建設中的測量技術［J］.江西科學，2006，24（4）：205～208.

［3］徐順明.廣州軌道交通盾構隧道施工控制測量的研究［D］.武漢：武漢大學，2011.

［4］劉相法.城市地下工程定向測量及監測技術研究［D］.南京：東南大學，2006.

The Application of Closed traverse on Construction Control Survey in longer Metro Shield Tunnel

Yan Ruihai
（China Shipbuilding Industry Institute of Engineering Investigation&Design Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

Usually，underground traverse is an open traverse with no check conditions.It can't ensure the accuracy while the shield tunnel is relatively longer.In the study of city A，for its Metro Line 2 extension line shield tunnel，ground GPS points，close-to-well traverse points and underground traverse points are connected together to form a closed traverse.Leica TS30，a high-precision total station is used for automatic sighting measurement.The results show that this method in longer distance shield tunnel is with good accuracy and high efficiency，and also has check Conditions.In summary，this method can reduce the risk that the shield machine can't get out of the hole.

closed traverse；shield tunnel；construction control survey；high-precision total station

1672-8262（2016）04-130-04

P258

B

2016—01—12

閆瑞海（1984—），男，工程師，主要從事工程測量與監測工作。