深中通道沉管隧道洞內外聯系測量及雙洞投點聯系測量方法應用

韓戰偉，成益品

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

目前，沉管隧道施工測量過程中，洞外、洞內平面基準聯系測量通常采用常規測量方法，即在隧道洞口控制點上架設全站儀直接向洞內測量邊角的方法[1]，施工界面影響導致測量空間受限，采用預留的貫穿隧道頂板的施工孔向隧道內投射點位，將洞外高精度的平面基準傳遞至隧道內。另外，超長隧道施工時，為加快施工進度及保證隧道更準確貫通，大多采用豎井向隧道內投射點位的方法[2]，建立洞外、洞內平面聯系測量。而深中通道東端管節安裝貫通測量施工界面影響大，堰筑段凈空高16 m，常規測量方法無法施測，預留的貫穿隧道頂板的施工孔和豎井投點誤差大，影響洞內平面測量精度，進而影響隧道的貫通測量準確性。

因此采用在施工通道布設同軸支架雙洞投點測量方式，洞外采用GNSS 靜態觀測，洞內采用交叉雙導線（雙線形聯合鎖網）[3]，通過同軸支架實現洞外、洞內聯系測量，提高沉管隧道高精度貫通測量。

1 工程應用

深圳至中山跨江通道項目（簡稱深中通道）地處珠江口核心區域，是一項超大型跨海通道工程。島隧工程隧道全長為6 845 m，其中沉管隧道起點K7+030，終點K12+065，全長為5 035 m，由32 個大型預制鋼殼管節對接安裝而成，隧道進、出口兩端均由人工島組成，標準管節長度為165 m，采用兩孔一管廊結構，左右行車孔寬度為18.3 m，中管廊寬度為4.8 m，管廊分為上下兩層。管節沉管安裝橫向允許偏差±50 mm[4]，沉管隧道線形精細化控制難度高。東人工島沉管對接端與堰筑段銜接，堰筑段采用密閉式施工方式，常規導線測量方法無法進行施測，所以采用在施工通道布設同軸支架雙洞投點測量方式，洞外采用GNSS 靜態觀測，洞內則采用交叉雙導線（雙線形聯合鎖網），通過同軸支架實現洞外、洞內聯系測量。

2 網形布設

2.1 洞外控制網布設

由于東人工島沉管對接端與堰筑段銜接，堰筑段采用密閉式施工，堰筑段左右車道預留施工通道完成后，在堰筑段左右車道預留施工通道上布設同軸支架投點裝置，點號分別為RTD1、RTD2、LTD1、LTD2。與深中通道首級控制網SZ01、SZ05、SZ12、SZ15 點進行聯測，采用GNSS 靜態觀測模式采集數據，洞外控制網網形示意圖見圖1。

圖1 洞外控制網網形示意圖Fig.1 Schematic diagram of control network outside the tunnel

2.2 洞內控制網布設

洞內采用閉合導線測量，網形為左、右行車道交叉雙導線（雙線形聯合鎖網）聯系網，導線測量以投點支架控制點RTD1、RTD2、LTD1、LTD2為起算點，實現洞內外聯系測量。LJD1、LJD2、LJD3 作為數據檢核支導線網起算點。

由于東人工島端隧道位于曲線段上，受通視條件影響，洞內導線按照300～500 m 左右布設一對導線點，分別在E25、E28、E32 管節左右行車道布設導線點，左行車道導線點以“EnLL、EnLR”命名，En 表示管節編號，第一位置的L 表示左行車道，第二位置的L、R 分別表示左車道左側墻及右側墻。右行車道導線點以“EnRL、EnRR”命名，En 表示管節編號，第一位置的R 表示右行車道，第二位置的L、R 分別表示右車道左側墻及右側墻。左右車道交叉導線網聯測通過外側墻（間距約40 m）導線點進行，通過雙洞導線控制網的布設，實現了洞內測站點之間的聯系測量，增加了多余觀測數目和檢核條件，形成較強的網形結構，提高了洞內測站點的平面坐標結果的精度和可靠性，進而保證沉管隧道的高精度貫通測量。洞內導線網形見圖2。

圖2 洞內導線網形示意圖Fig.2 Schematic diagram of wire network inside the tunnel

3 點位布設及外業觀測

3.1 支架設計與安裝

由于深中通道東人工島沉管對接端與堰筑段銜接，堰筑段采用密閉式施工，根據堰筑段預留施工通道，設計同軸支架，同軸支架豎向穿置于隧道頂板的預留施工通道內，且其頂底兩端分別凸出隧道頂板的頂面和底面，同軸支架的頂端和底端安裝強制對中盤，2 個強制對中盤的軸線為同一鉛垂線，在隧道左右車道預留施工通道內沿隧道寬度方向的兩端分別安裝1 個同軸支架，安裝過程中采用高精密水平尺調平同軸支架頂端面和底端面，在制作過程中確保洞外強制對中盤與洞內強制對中盤的偏心誤差不大于1 mm，同軸支架見圖3。

圖3 同軸支架示意圖Fig.3 Schematic diagram of coaxial support

3.2 外業觀測

1）同軸支架洞外點采用GNSS 靜態觀測采集數據，以深中通道首級控制網SZ01、SZ05、SZ12、SZ15 為起算點進行洞外控制點平面坐標解算。

2）通過洞外測量設備測量得到洞外強制對中盤中心的平面坐標，以此定位洞外高精度的平面基準點，由于洞外強制對中盤的軸線和洞內強制對中盤的軸線為同一鉛垂線，因而洞內強制對中盤中心的平面坐標與洞外強制對中盤中心的平面坐標一致，由此獲取該洞內強制對中盤中心的平面坐標，作為隧道內高精度的平面基準點。同軸支架安裝測量見圖4。

圖4 同軸支架安裝測量示意圖Fig.4 Installation and measurement diagram of coaxial support

3）采用Leica TS60 全站儀配合機載多測回測角程序進行導線的自動測量并記錄，對每個測站的2C 互差、半測回歸零差、同一方向值各測回互差、垂直角指標差互差和測距較差等精度指標進行檢查。精度指標滿足高速鐵路工程測量規范[5]要求，對超限的測站及時進行補測。

4）在測站點E32LL 架設全站儀，在LTD1、LTD2、E32RR、E28LL、E28LR 點處架設棱鏡，采用全圓方向觀測法，進行水平角度和邊長觀測。

5）在測站點E32LR 架設全站儀，在LTD1、LTD2、E28LL、E28LR 點處架設棱鏡，采用全圓方向觀測法，進行水平角度和邊長觀測。

6）其余測站點測量方法同步驟4）、5）。

7）洞內全站儀依托左右行車道交叉雙導線（雙線形聯合鎖網）聯系控制網分別照準2 個洞內棱鏡及對應車道側墻棱鏡，實現洞內測站點之間的聯系測量。水平角方向觀測法技術要求見表1。

表1 水平角方向觀測法技術要求Table 1 Technical requirements for horizontal angle direction observation method

4 數據處理

4.1 洞外數據處理

同軸支架洞外GNSS 平面控制點為約束點，在隧道工程獨立坐標系下按嚴密平差法進行整網的約束平差，平面加密控制網按全球定位系統（GPS）測量規范[6]中GPS 網公路二等精度要求進行，公路二等GPS 網外業觀測技術要求見表2。

表2 公路二等GPS 網觀測的基本技術要求Table 2 Basic technical requirements for highway second class GPS network observation

4.2 洞內數據處理

利用洞內LTD1、LTD2、RTD1、RTD2 平面坐標，使用武漢大學《科傻地面控制測量數據處理通用軟件包（簡稱：CODAPS）》進行洞內導線網的平差，對測量的導線邊長進行高程改化，將距離改化到隧道工程獨立坐標系的投影面上，計算得到E32LL、E32LR、E32RR、E32RL 四個測站點平面坐標。

5 數據檢核及評估

5.1 數據檢核

堰筑段端墻拆除后，在敞開段支撐梁及敞開段端墻布設3 個控制點LJD1、LJD2、LJD3 作為支導線網起算點，LJD1 與LJD2、LJD3 間距離500 m 左右，3 個點采用GNSS 平面控制點為約束點，在隧道工程獨立坐標系下按嚴密平差法進行整網的約束平差。

采用支導線測量，在LJD1 點架設全站儀，以LJD1—LJD2 點為后視定向邊，利用全圓觀測法進洞觀測法測量LJD3、LTD1、LTD2、RTD1、RTD2，并使用CODAPS 進行導線網的平差，通過數據比對，偏差值在2 mm 內，說明此方法精度可靠[7]，網形圖見圖2，檢核數據見表3。

表3 洞內控制點檢核數據Table 3 Inspection data of control points inside the tunnel

5.2 精度評估

洞外橫向誤差：洞外已知控制點與控制網中待定點距離約780 m，根據島隧施工控制網復測以及檢測結果分析定向點的點位誤差及計算的起始方位角誤差，測站點的橫向點位誤差為0.9 mm，計算洞外定向邊的方位角中誤差為0.24″，洞外定向邊引起的橫向貫通誤差M洞外=±4.9 mm[8]。

洞內橫向誤差：洞內導線測量按照隧道二等閉合導線網[3]進行測量，測角中誤差取1.0″，測邊誤差取所用儀器LeicaTS60 的標稱測距精度0.6 mm+10-6D（D 為測距，mm）。按照設計的網形和測角、測邊精度進行計算，得到東人工島端導線網引起的橫向貫通誤差M洞內=±10.1 mm[8]。

洞內外總橫向誤差：

6 結語

沉管隧道雙洞投點聯系測量方法，改善了洞內外聯系測量條件，提升了洞內外平面聯系測量精度。通過洞外控制網和洞內導線測量精度評估，洞內外總橫向誤差±11.2 mm，深中通道最終接頭安裝完成后與E24 管節之間的對接合龍精度橫向偏差7.8 mm，管節沉管安裝橫向允許偏差±50 mm，沉管隧道的雙洞投點聯系測量方法可為類似隧道工程測量提供借鑒。