區(qū)間投點約束法在地鐵隧道聯(lián)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(huán)境息息相關。對于區(qū)間較短的隧道，可根據(jù)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(qū)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(fā)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(qū)間內設有風井時，可以根據(jù)現(xiàn)場條件靈活選擇上述方法確定盾構二次始發(fā)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(fā)基線邊[2]。

某地鐵盾構區(qū)間左線中間風井施工條件、周邊環(huán)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(fā)井兩根鋼絲構成投點約束聯(lián)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(xù)掘進的二次始發(fā)基線，將始發(fā)基線，二次始發(fā)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(lián)系三角形，傳遞二次始發(fā)基線邊坐標及方位；根據(jù)工程進度，現(xiàn)場不具備一井定向條件，周邊環(huán)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(fā)井的2根鋼絲組成投點約束聯(lián)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(lián)系測量

聯(lián)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(fā)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(fā)基線成果；最終將始發(fā)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(fā)聯(lián)系測量

地面布設附合導線，起算點由GPS點構成，控制點穩(wěn)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(wěn)定性檢查

圖2 聯(lián)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(lián)接測量，分別在始發(fā)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(yè)按精密導線要求施測。將所有觀測數(shù)據(jù)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(guī)范要求。見表2。

表2 聯(lián)系測量基線成果

1.2.3 風井前聯(lián)系測量

隨著盾構的掘進，聯(lián)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(fā)階段一致。井下控制測量時，基線點SZZ1被破壞，150～200 m聯(lián)系測量新增基線點SZZX51，構成新基線邊SZZ2－SZZX51；剩余階段的聯(lián)系測量方法同上。

1.2.4投點約束法聯(lián)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(lián)系測量,對地面控制網進行重新布設，對始發(fā)井至中間地面控制網進行整體聯(lián)測，點位重新優(yōu)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(yè)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(lián)系測量時，始發(fā)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(lián)接測量，始發(fā)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(lián)系測量，鋼絲累計觀測四組。隧道洞內主導線聯(lián)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(lián)接，構成閉合環(huán)，邊數(shù)不超過六條。將上述觀測數(shù)據(jù)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(guī)范要求。見表3-表4。

表3 始發(fā)井基線成果

表4 二次始發(fā)基線成果

其他聯(lián)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(yè)觀測流程：地面已知邊觀測測定儀器常數(shù)；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(yè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。內業(yè)數(shù)據(jù)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(shù)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(qū)間隧道進行聯(lián)系測量時，應對整個區(qū)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(wěn)定性。

2）地面加密導線點位應選在穩(wěn)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(yè)測量數(shù)據(jù)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(wěn)固、遠離振源的地方；鋼絲上下部粘貼一定數(shù)量的反射貼片，十字絲朝向儀器觀測的方向；聯(lián)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(shù)的穩(wěn)定狀態(tài)；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(qū)間共計進行9次聯(lián)系測量，始發(fā)基線根據(jù)現(xiàn)場的施工條件進行三次更換，聯(lián)系測量進行四組鋼絲觀測，取其均值為始發(fā)基線成果，滿足規(guī)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(qū)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(guī)范要求[3]；聯(lián)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(lián)系測量成果ZX1351、ZX1428、ZX1513作為起算數(shù)據(jù)，進行穩(wěn)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(lián)測后的控制點XZ1、XZ2測量至貫通點；進行內業(yè)數(shù)據(jù)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(guī)范規(guī)定限差100 mm[3]。見表7。

2.4 投點約束二次始發(fā)基線成果分析

隧道貫通后，進行區(qū)間貫通測量，起算邊為JSZ3－ZX51、XZ1－XZ2；按精密導線規(guī)定進行施測，內業(yè)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(lián)測后的二次始發(fā)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(fā)基線成果分析

3 結論

地鐵長區(qū)間隧道在中間風井二次聯(lián)系測量、鉆孔投點確定二次始發(fā)基線困難條件下，通過投點約束法進行多組鋼絲數(shù)據(jù)采集、取均值確定二次始發(fā)基線成果，與始發(fā)基線成果整體平差，對地下控制邊輔以陀螺定向的聯(lián)系測量；較常規(guī)聯(lián)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(yōu)點。該隧道左右線均已順利貫通，貫通誤差成果滿足規(guī)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。