城市轨道交通盾构施工竖井联系测量方法的探讨

城市轨道交通盾构施工竖井联系测量方法的探讨

张殿

北京城建勘测设计研究院有限责任公司510380

摘要：在地下铁道施工测量中，联系测量是为暗挖隧道施工传递方向、坐标、高程的测量方式，一般在竖井内进行。联系测量包括明挖工程投点、定向；暗挖工程竖井投点、定向以及向地下传递高程。联系测量的质量好坏将直接关系到隧道的贯通质量，是隧道贯通的基础，也属于施工测量的关键环节。

关键词：一井定向；两井定向；基线边方位；二次始发基线边方位。

1.前言

由于地下铁道施工隧道（非开挖工法）施工对地面交通等影响较小，尤其是盾构法施工，工期短，见效快，已经被越来越多的城市地下轨道交通采用。在地面以下非开挖工法施工，线路测量定位等有其独特的特点。本文结合广州地铁三号线大石站～汉溪站区间隧道盾构施工平面联系测量工程的实践，对地铁施工竖井联系测量的几种方法进行了探讨。

2.工程概况

广州地铁三号线（大石站至汉溪站）隧道盾构施工，包括大石至中间风井，风井至汉溪站两个区间，两个车站一个竖井（大石、汉溪、风井），左、右线四条隧道。左线：大石-风井区间长度为1032.0m，风井-汉溪区间长度为1529.m；右线：大石-风井1006.0m，风井-汉溪1503.0m。全线地平标高变化较大：大石-风井区间由7.06m～16.25m22.46m～8.46m。

3.地面控制测量

为满足盾构施工的需要，首先对业主提供的首级GPS控制点、精密点及精密水准点进行检测，通过相邻点的精度分别小于±10mm、±8mm和±8mm（精密水准路线闭合差L表示水准线路长度）来确定控制点的稳定性和可靠性，以此作为盾构测量工作的起算依据。工作内容包括：平面及高程控制点检测。在地面控制网检测无误后，为了更方便施工的需求，依据检测的控制点，再进行施工控制网的加密，以保证日后的施工测量及隧道贯通测量的顺利进行。

通常控制网中精密导线点的密度及数量都不能满足施工测量的要求，因此根据现场的实际情况，进一步进行施工控制网的加密，以满足施工结构和放样、竖井联系测量、隧道贯通测量的需要。

4.联系测量

4．1地面趋近导线和趋近水准测量

4．1．1地面趋近导线

地铁隧道盾构法施工不同于其它矿山法施工。盾构法施工区段长，且贯通面受已施工浇注的预留洞门圈的影响，可调范围极其有限，因而要求在施工过程中必须提高测量精度。

为确保横向贯通误差在允许值（±50mm）内，尽可能减少因过程中的测量误差累积，地面近井导线测量可在GPS控制网下进行加密测量，导线形式最好布设为附合，条件不允许情况下可布设成闭合导线形式。以大石站到汉溪站盾构区间为例，其盾构始发前两井定向地面趋近导线测量如下图所示。

趋近导线测量示意图

趋近导线测量外业作业按精密导线作业精度要求施测。对于大石站到汉溪站盾构区间趋近导线外业测量采用Ⅰ级全站仪，外业水平角观测四测回，往返测距二测回。内业经测量平差软件NASEWV3.0严密平差后最大点位中误差为±3.9mm，最大点间中误差为±3.2mm，导线全长相对中误差为l/ll0000。

4．1．2趋近水准测量

测定趋近近井水准点高程的地面趋近水准路线需附合在地面相邻的精密水准点上。趋近水准测量采用二等精密水准测量方法和±8mm的精密要求进行施测。

4．2竖井定向测量

竖井定向测量（通常称为定向）是将地面的平面坐标及方位通过竖井传递至井下，使井上井下坐标系统一。概括来说，可分几何定向和物理定向两大类。

从几何原理出发定向称为几何定向，可分为：

（1〉通过平峒或斜井的几何定向；

（2〉通过一个立井的几何定向即一井定向；

（3〉通过两个立井的几何定向即两井定向。

本文中只讨论一井定向、二井定向。

4.2.1一井定向

采用一井定向（联系三角形定向）测量方法时需满足以下条件：

a.联系三角形定向均应独立进行三次，取三次的平均值作为一次的定向成果。

b.井上、井下联系三角形应满足下列要求：

①两悬吊钢丝间距不应小于5m。

②定向角α应小于3°。

③α/c及α′/c′的比值应小于1.5倍。

c.联系三角形边长测量应采用检定过的钢尺，并估读至0.1mm。每次应独立测量三测回，每测回往返三次读数，各测回较差在地上应小于0.5mm，在地下应小于1.0mm。地上与地下测量同一边的较差应小于2mm。

d.角度观测应采用Ⅱ级全站仪，用全圆测回法观测四测回，测角中误差应在±4″之内。

e.各测回测定的地下起始边方位角较差不应大于20″，方位角平均值中误差应在±12″之内。

一井定向示意图

4.2.2两井定向

采用两井定向的方法时满足以下条件：

a.对于两井定向应使两纲丝间距离应大于30米，减少投点误差。

b.定向均应独立进行三次，取三次的平均值作为一次的定向成果。

c.如果左右线同时做两井定向且四根钢丝能互相同视，可动两次钢丝，相互连测，可得出四组基线，取其平均值作为盾构始发的基线。

两井定向方法示意图

4．3高程传递测量

通过竖井传递高程，是将竖井附近的近井水准点的高程，通过竖井传递到井下高程测量起始点上。

高程传递测量示意图

水准测量时井上、井下都测量定温度。为防止出现粗差和提高观测精度，三次变更仪器高进行观测，测定井上、井下水准点高差的不符值（高差的不符值<±3mm）。

在水准测量数据处理时，对观测值进行了温度、拉力、钢尺自重等改正，三次观测成果取平均值，从而得到高精度井下水准点高程成果。

5.精度分析

由于在测量过程中不可避免产生测量误差，因而需对每次联系测量成果进行分析，以确保地铁隧道施工的高精度性。以大～汉区间为例，GPS27（大石）、GPS29（礼村）、GPS30（华南培训中心）、GPS32（利得鞋厂）首级GPS控制点，形成符合导线；内业经严密平差后，最大点位中误差为±3.9mm，最大点间中误差为±3.2mm，导线全长相对中误差为l/ll0000，均满足精密导线作业精度要求。

在竖井二次始发前，进行了一次两井定向（通过中间风井）和一次陀螺定向，以及从大石站采用支导线测量至风井底板基线边，对三次测量成果进行比较发现，坐标差均小于±30mm，二次基线边方位比较：导线测量与两井定向测量两者方位较差较小：左线为+2.5″，右线为+2.7″，与一井定向方位较差比较大：左线为+8.2″右线+9.6″。与陀螺定向（直接测量坚强边方位的方法，采用全自动作业方法进行观测记录，所用陀螺仪标称精度为20″，电子经纬仪为2″）测定的方位左右线较差均大：+12.4″左线″右线+14.2″，最后通过大石站和风井左右线各做一次两井定向，所测得的二次始发基线边的方位与开始的两井定向以及支导线所测得二次始发边的方位相差较小，最后取三者的平均值作为二次始发基线边方位。坐标取三者的均值。最后在汉溪站贯通后测得贯通平面误差为：左线横向贯通误差为43.3mm，右线横向贯通误差为为48.2mm，高程误差左线为23.2mm，右线为18.6mm，右线为满足规范和设计要求。

6.结束语

综上述实例，并比较广州地铁三号线大石站～汉溪站盾构区间（包括矿山法、盾构法）隧道联系测量成果实际情况，满足《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》要求；由于隧道施工的特点，因此需对联系测量成果进行检查，以确保满足本工程设计和施工的要求。广州地铁三号线平面联系测量积累了丰富的宝贵经验，为今后广州地铁隧道联系测量奠定了坚实的理论与实践基础。

参考文献：

[l]周立吾，张国良等.矿山测量[M].徐州：中国矿业大学出版社，1989.

[2]秦长利，马海志等.《城市轨道交通工程测量规范》[M]北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3]于来法.陀螺定向[M].北京：解放军出版社，1998.

[4]潘国荣，王穗辉等.地铁盾构施工中的若干测量手段及方法[J].测绘通报，2001