地鐵隧道斷面測(cè)量及質(zhì)量檢查方法

匡志威，楊志敏

(1.長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007； 2.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 概 述

作為有效的交通解決方案，城市地鐵被越來(lái)越多的大、中城市所采用，全國(guó)已運(yùn)營(yíng)通車的地鐵里程數(shù)正穩(wěn)步快速增長(zhǎng)。由于受施工測(cè)量、施工偏差的影響，實(shí)際建成的車站、區(qū)間的三維空間參數(shù)與設(shè)計(jì)值必定存在一定的偏差；偏差小于設(shè)計(jì)容許值時(shí)，線路設(shè)計(jì)參數(shù)可不做調(diào)整；但偏差大于設(shè)計(jì)容許值時(shí)，就必須按行車要求對(duì)線路設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即調(diào)線調(diào)坡，包括線路中心平曲線調(diào)整、軌面標(biāo)高豎曲線調(diào)整。而調(diào)線調(diào)坡的依據(jù)是地鐵隧道斷面測(cè)量所獲取的地鐵隧道斷面測(cè)量數(shù)據(jù)，因此地鐵隧道斷面測(cè)量是地鐵施工建設(shè)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。為保證地鐵隧道斷面測(cè)量成果的精度及可靠性，一般由獨(dú)立于施工方的第三方測(cè)量單位完成。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，地鐵隧道斷面測(cè)量工作主要面臨以下三個(gè)難點(diǎn)：

(1)工作量比較大。每公里隧道，需測(cè)不少于200個(gè)斷面，每個(gè)斷面需測(cè)量8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)或10個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

(2)測(cè)量環(huán)境差，對(duì)測(cè)量精度影響很大。受施工進(jìn)度影響，大部分車站及區(qū)間，未完全清理干凈前需進(jìn)場(chǎng)測(cè)量，存在積水、積泥、施工物資及施工垃圾等不利因素；同時(shí)，地下區(qū)間內(nèi)的霧氣、灰塵以及管片上凝結(jié)的液態(tài)水，對(duì)全站儀激光測(cè)距的精度影響很大，進(jìn)而降低三角高程測(cè)量(底點(diǎn)高程)及平距測(cè)量精度。

針對(duì)上述難點(diǎn)，本文主要結(jié)合正在施測(cè)長(zhǎng)沙市軌道交通5號(hào)線一期工程地鐵隧道斷面測(cè)量項(xiàng)目，重點(diǎn)介紹項(xiàng)目中所采取的地鐵隧道斷面測(cè)量方法及其質(zhì)量檢核方法。

2 斷面測(cè)量要求

長(zhǎng)沙市軌道交通5號(hào)線一期工程沿萬(wàn)家麗路敷設(shè)，線路全長(zhǎng) 22.5 km，設(shè)站18座，均為地下車站；車站采用明挖法施工，區(qū)間基本采用盾構(gòu)法施工。圓形盾構(gòu)區(qū)間，每環(huán)寬 1.5 m，每環(huán)由若干管片拼接而成，隧道內(nèi)部設(shè)計(jì)直徑為 5.4 m。斷面測(cè)量精度按規(guī)范(1)要求進(jìn)行控制，平面基準(zhǔn)線為隧道設(shè)計(jì)中心線，高程基準(zhǔn)線為隧道軌面高設(shè)計(jì)線，測(cè)量間距及測(cè)點(diǎn)分布要求如下。

2.1 斷面測(cè)量間距要求

(1)區(qū)間直線段按6 m(4環(huán))、曲線段按 4.5 m(3環(huán))間距測(cè)量一個(gè)斷面，測(cè)點(diǎn)為管片接縫處的突出點(diǎn)。

(2)車站內(nèi)，每個(gè)4 m測(cè)一個(gè)斷面。為準(zhǔn)確地反映車站結(jié)構(gòu)情況，結(jié)構(gòu)突變處、底高及頂高突變處，加測(cè)斷面。

(3)特殊點(diǎn)如曲線起點(diǎn)、終點(diǎn)、緩圓點(diǎn)、圓緩點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)線通道、隔斷門等加測(cè)斷面。

下午，我們哥幾個(gè)在工廠的更衣室里。脫了便服，換上工裝，離倒班還有幾分鐘，我們都閉著眼睛，用指頭在膝蓋上打鼓點(diǎn)。哥們兒朝洛蒙走進(jìn)來(lái)。盡管他咳嗽一聲，涮涮嗓子，但我們誰(shuí)也沒(méi)睜眼看他。

2.2 斷面測(cè)點(diǎn)分布要求

根據(jù)測(cè)量技術(shù)要求，本線路斷面測(cè)量，每個(gè)斷面需測(cè)10個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)，要求如下：

(1)底點(diǎn)：隧道設(shè)計(jì)中心線與斷面隧道底部的垂直投影點(diǎn)；

(2)定點(diǎn)：隧道設(shè)計(jì)中心線與斷面隧道頂部的垂直投影點(diǎn)；

(3)隧道左右兩側(cè)的8個(gè)規(guī)定關(guān)鍵點(diǎn)到隧道設(shè)計(jì)中心線的水平垂距。

圖1為本項(xiàng)目圓形隧道測(cè)點(diǎn)位置圖。

圖1 圓形隧道斷面測(cè)點(diǎn)分布圖(單位/mm)

3 斷面測(cè)量流程及方法

3.1 控制網(wǎng)布設(shè)

斷面測(cè)量前，需布設(shè)地下平面及高程控制網(wǎng)，高程控制點(diǎn)直接利用地下平面控制點(diǎn)作為標(biāo)石。考慮到地下隧道的測(cè)量環(huán)境復(fù)雜性，直線段相鄰控制點(diǎn)的間距宜為 120 m，曲線段相鄰控制點(diǎn)的間距根據(jù)隧道環(huán)境盡量拉大。該控制網(wǎng)也是地鐵軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝的基準(zhǔn)。本項(xiàng)目地下控制測(cè)量測(cè)量流程圖如圖2所示。

圖2 測(cè)量流程圖

3.2 斷面測(cè)量

本項(xiàng)目采取的外業(yè)測(cè)量方案，分兩步進(jìn)行：

(1)斷面線路中心點(diǎn)放樣：

①以地下平面控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，利用0.5″智能全站儀及機(jī)載隧道測(cè)量軟件，初步實(shí)測(cè)擬測(cè)斷面管片接縫處的坐標(biāo)；

②根據(jù)預(yù)先加載的線路平曲線要素，反算該接縫處的線路里程，并計(jì)算該里程處的設(shè)計(jì)線路中心線平面坐標(biāo)及設(shè)計(jì)軌面標(biāo)高；

③實(shí)放該斷面的平面設(shè)計(jì)線路中心點(diǎn)，并實(shí)測(cè)斷面設(shè)計(jì)線路中心點(diǎn)處的管片凸起部底板高程(該斷面底點(diǎn)高程)。

(2)斷面關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量

將2″全站儀架設(shè)在實(shí)放的斷面中心點(diǎn)上，采用全站儀高程放樣法，實(shí)放各斷面關(guān)鍵點(diǎn)，并實(shí)測(cè)各斷面關(guān)鍵點(diǎn)至線路設(shè)計(jì)中線的平距；將儀器設(shè)置成垂直方向，測(cè)量獲取全站儀至隧道頂?shù)木嚯x，該距離加上儀器高及斷面底點(diǎn)高程，即為斷面頂點(diǎn)高程。

4 斷面測(cè)量數(shù)據(jù)提取軟件

外業(yè)采集的數(shù)據(jù)包括：①0.5″智能全站儀放樣測(cè)量獲取的斷面中心平面坐標(biāo)及底點(diǎn)高程；②2″全站儀測(cè)量獲取的8個(gè)橫距及頂高數(shù)據(jù)。所有斷面數(shù)據(jù)均需按設(shè)計(jì)院要求，填入規(guī)定格式的Excel表格中。針對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及規(guī)律，開(kāi)發(fā)了斷面測(cè)量數(shù)據(jù)提取軟件；調(diào)入相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)及Excel表格模板，可自動(dòng)生成設(shè)計(jì)院要求的斷面測(cè)量成果表，軟件界面如圖3所示。

5 內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢查方法

如圖4所示，最終生成的圓形隧道斷面測(cè)量成果表，包含以下數(shù)據(jù)：斷面里程(A列)、斷面設(shè)計(jì)中線點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)(B、C列)、左側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)測(cè)高程(F列)及距離(E列)、右側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)測(cè)高程(J列)及距離(I列)、底點(diǎn)高程(M列)、頂點(diǎn)高程(P列)、軌面高程(S列)。上述數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢查，可以利用Excel軟件自帶的函數(shù)工具、依據(jù)數(shù)據(jù)間的相互邏輯關(guān)系進(jìn)行。

對(duì)圖4所示的斷面測(cè)量成果表，數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容包括：

(1)斷面里程檢查。相鄰兩斷面的里程相減，可計(jì)算出相鄰斷面的里程差，利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，畫圖顯示dL數(shù)值序列，檢查斷面里程是否按從小到大排列、里程差dL數(shù)值是否滿足2.1節(jié)要求。圖5為里程差數(shù)值序列圖。

(2)斷面坐標(biāo)、軌面高程檢查。根據(jù)隧道設(shè)計(jì)平、豎曲線參數(shù)，可計(jì)算出實(shí)測(cè)斷面的理論坐標(biāo)及軌面高程，導(dǎo)入到Excel表格后，進(jìn)行求差處理，利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，畫圖顯示dX，dY，dH軌面數(shù)值序列，檢查dX，dY是否滿足要求，檢查軌面高程是否計(jì)算錯(cuò)誤。

(3)底點(diǎn)高檢查。①利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，畫圖顯示dH底數(shù)值序列，檢查斷面底點(diǎn)高是否存在突變。②斷面設(shè)計(jì)軌面高程與設(shè)計(jì)底點(diǎn)高程之差，即為道床設(shè)計(jì)厚度，圓形隧道道床設(shè)計(jì)厚度dH一般位于 0.78 m～0.86 m之間，則：

dH′=S(4i+1)-M(4i+1)-dH，i=3，4，…，n

式中：S(4i+1)為圖4表格中第S列、第4i+1行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；

M(4i+1)為圖4表格中第M列、第4i+1行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

可根據(jù)上述公式，計(jì)算隧道底點(diǎn)高程的偏離值，利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，可直觀查閱偏離值序列。圖6為底點(diǎn)高程偏離值序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)?yīng)的斷面底高，偏離值較大。

圖6 底點(diǎn)高程偏離值序列圖

(4)頂點(diǎn)高檢查。利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，畫圖顯示頂點(diǎn)高數(shù)值序列，檢查斷面頂點(diǎn)高是否存在突變。

(5)凈空高檢查。圓形隧道設(shè)計(jì)直徑為 5.4 m；每個(gè)斷面頂高與底高之差，即為該斷面凈空高；計(jì)算隧道凈空高的偏離值，利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，可直觀查閱偏離值序列。圖7為隧道凈空高偏離值序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)?yīng)的凈空高，偏離值較大。

圖7 隧道凈空高偏離值序列圖

(6)左、右側(cè)測(cè)點(diǎn)高程檢查。利用Excel軟件自帶函數(shù)，計(jì)算左右兩側(cè)8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的高程測(cè)量誤差；并利用“XY散點(diǎn)圖”生成工具，查看誤差值序列，定位誤差超限的觀測(cè)值。

(7)隧道斷面中線點(diǎn)至左、右側(cè)管片的平距檢查。圓形隧道每個(gè)斷面在4個(gè)高程面上、分別測(cè)取了4對(duì)平距，可根據(jù)以下公式計(jì)算出4個(gè)高程面上實(shí)際隧道中線與設(shè)計(jì)隧道中線之間的偏差dS。

式中：dS(i)上、dS(i)中1、dS(i)中2、dS(i)下為圖4表格中第i-1個(gè)斷面、4個(gè)高程面上的偏差值；E(3i+1)為圖4表格中第E列、第(3i+1)行對(duì)應(yīng)的數(shù)值，其他類同。

①利用max()、min()函數(shù)，求取每個(gè)斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值并計(jì)算其差值，差值大于45mm的斷面，可定義為存在異常數(shù)據(jù)。圖8為斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值之差序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)?yīng)的差值較大。

②圓形隧道施工預(yù)留最大偏差值為 100 mm，因此對(duì)于dS值大于 100 mm的斷面，要加強(qiáng)外業(yè)復(fù)核。圖9為斷面隧道中線平面偏差序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)?yīng)的偏差值較大。

圖8 斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值之差序列圖

圖9 為斷面隧道中線平面偏差序列圖

對(duì)數(shù)據(jù)檢查中發(fā)現(xiàn)的測(cè)量誤差超限數(shù)據(jù)、突變數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)、超限較大的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查以及外業(yè)復(fù)核測(cè)量，以確保斷面測(cè)量成果的測(cè)量精度及可靠性。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的地鐵隧道斷面測(cè)量方法，外業(yè)效率較高，滿足“測(cè)量管片凸起部位”的要求，測(cè)量精度高，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高，測(cè)量成果質(zhì)量檢查直觀、全面、嚴(yán)謹(jǐn)，先后完成了50多千米、多條地鐵線路的斷面測(cè)量工作，取得了很好的效果。