龐紅軍，衛(wèi)建東，黃威然

(1.中鐵隧道股份有限公司，鄭州 450003;2.解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院，鄭州 450052; 3.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院，廣州 510010)

0 引言

近10年來國內(nèi)有20余個(gè)城市先后進(jìn)行地鐵建設(shè)，地鐵區(qū)間隧道多采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法施工測量貫通精度要求很高，規(guī)范要求橫向誤差限差100 mm，縱向誤差限差50 mm，洞門鋼環(huán)最大允許盾構(gòu)機(jī)貫通偏差160 mm(洞門鋼環(huán)直徑6 600 mm，盾構(gòu)刀盤6 280 mm)。隨著地鐵在中心城區(qū)的逐步完善，越來越多的郊區(qū)延長線開工建設(shè)，就可能使盾構(gòu)區(qū)間很長，很多條地鐵線同時(shí)在一個(gè)車站交匯，使地鐵車站形式變得復(fù)雜多樣，車站深度的加深又使聯(lián)系測量難度增加，由于工期要求，會(huì)采用一個(gè)端頭井或始發(fā)井進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)，這就加大了貫通難度。因此，采用傳統(tǒng)的地鐵盾構(gòu)控制測量方法很難滿足新形式下地鐵發(fā)展的需要，需要采取一些新方法或綜合方法來適應(yīng)今后長盾構(gòu)隧道區(qū)間、車站復(fù)雜多樣的地鐵發(fā)展模式。盾構(gòu)施工控制的研究很多:呂國嶺等［1］對目前國內(nèi)各種盾構(gòu)測量的方法做了研究;聶愛梅［2］更多地從設(shè)計(jì)的角度對地鐵控制測量檢測技術(shù)方法做了論述;鄒勇［3］對傳統(tǒng)的地鐵長隧道控制測量方法做了討論;肖書安［4］主要對國外隧道工程施工測量技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展做了闡述;丁樺［5］介紹了武水高速公路隧道的控制測量方法;王科鋒［6］對長大隧道洞內(nèi)控制測量方法進(jìn)行了敘述。但是對目前的地鐵盾構(gòu)控制測量方法尤其是對今后發(fā)展的長盾構(gòu)隧道間區(qū)、車站復(fù)雜多樣的盾構(gòu)施工控制測量方法還沒有系統(tǒng)的、有創(chuàng)新的探討。本文結(jié)合各種施工現(xiàn)場從采用強(qiáng)制對中觀測墩、主副導(dǎo)線點(diǎn)、基線控制、整體平差、全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀等方面對盾構(gòu)區(qū)間控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)用提出了獨(dú)特的見解，基本上能夠滿足今后地鐵盾構(gòu)施工的發(fā)展需要。

1 區(qū)間控制測量

1.1 2測站通視

在平行于2車站左右線區(qū)間地面建造物上，布設(shè)區(qū)間控制網(wǎng)，如圖1所示。A和B2測站通視，如2測站點(diǎn)在建造物上，則采用強(qiáng)制對中觀測墩，可以避免對中誤差;如2測點(diǎn)位于道路其他位置，則必須按照精密導(dǎo)線網(wǎng)的要求進(jìn)行布點(diǎn)。A和B 2點(diǎn)作為基線進(jìn)行平面控制坐標(biāo)的控制。AB基線必須同車站平面控制進(jìn)行同精度聯(lián)測并整體平差，且基線兩端點(diǎn)各有至少2條附合導(dǎo)線進(jìn)行觀測。

圖1 2測站通視下區(qū)間控制網(wǎng)形式Fig.1 Control net mode of tunnel section when two survey stations are inter-visible

1.2 2測站不通視

A和B 2測站點(diǎn)布設(shè)方式與通視布設(shè)方法一樣。當(dāng)A和B 2測站點(diǎn)不通視，則需要進(jìn)行左右兩側(cè)的導(dǎo)線傳達(dá)，左右兩側(cè)測點(diǎn)盡量能相互通視，增加多余測量條件，如圖2所示，虛線部分為盡量能夠通視。A，B，C，D，E，F(xiàn)等測點(diǎn)盡量采用強(qiáng)制對中觀測墩。同樣，區(qū)間各測點(diǎn)必須同車站平面控制網(wǎng)進(jìn)行同精度聯(lián)測并整體平差，且基線兩端點(diǎn)各有至少2條附合導(dǎo)線進(jìn)行觀測。

圖2 2測站不通視下區(qū)間控制網(wǎng)形式Fig.2 Control net mode of tunnel section when two survey stations are disinter-visible

為了突出在車站上布設(shè)控制網(wǎng)，區(qū)間隧道的控制網(wǎng)如圖2和圖3所示(如全畫上圖形太亂，重點(diǎn)不突出，為了突出重點(diǎn)，進(jìn)行了簡化并非只是一個(gè)結(jié)點(diǎn))。

1.3 2區(qū)間隧道過長(大于3 km)且2測站不通視

A和B2測站點(diǎn)布設(shè)方式與通視布設(shè)方法一樣，且導(dǎo)線傳遞方法同圖1和圖2，不同的是，各個(gè)測點(diǎn)增加1個(gè)副測點(diǎn)，如圖3所示。如果主測點(diǎn)C采用強(qiáng)制對中觀測墩，在其旁邊2～3 m處再布設(shè)1個(gè)同精密導(dǎo)線要求的測站副點(diǎn)C′，主測點(diǎn)進(jìn)行主三角鎖的傳遞，副測點(diǎn)進(jìn)行副三角鎖的傳遞，2控制網(wǎng)分別同車站平面控制同精度聯(lián)測并整體平差，主副控制網(wǎng)再進(jìn)行加權(quán)平差。

圖3 2測站不通視長區(qū)間控制網(wǎng)形式Fig.3 Control net mode of long tunnel section when two survey stations are disinter-visible

2 車站控制測量

圖4 標(biāo)準(zhǔn)車站控制網(wǎng)形式Fig.4 Control net mode of standard Metro station

車站控制測量所有的點(diǎn)都是必須同區(qū)間控制網(wǎng)同精度整體平差的，車站控制測量是為聯(lián)系測量及地面區(qū)間控制測量做基礎(chǔ)的，車站控制測量的精度直接影響聯(lián)系測量、洞內(nèi)隧道控制及盾構(gòu)出洞的精度，因此，車站控制網(wǎng)的布設(shè)及優(yōu)化就顯得非常重要。

目前國內(nèi)地鐵車站主要有標(biāo)準(zhǔn)模式(車站長約200 m，寬約20 m)、換乘模式(十字型、加深型——一般為3層)、始發(fā)井模式(長約80 m，寬約20 m——盾構(gòu)機(jī)全長63 m)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)車站模式

車站平面控制網(wǎng)的一個(gè)基本原則是盡量有一條線同區(qū)間基線平行或同線，因此，每個(gè)車站的平面控制網(wǎng)基本上在高處布設(shè)3個(gè)點(diǎn)并與一基線點(diǎn)組成控制網(wǎng)。在車站兩端頭左右線各布設(shè)一強(qiáng)制對中觀測墩，4個(gè)觀測墩相互通視，如圖4所示。A和B為基線測點(diǎn)，C，D，E為車站1高處控制點(diǎn)，F(xiàn)，I，H，J為車站1地面平面強(qiáng)制對中觀測墩;K，L，M為車站2高處控制點(diǎn)，O，Q，P，N為車站2地面平面強(qiáng)制對中觀測墩。各測站點(diǎn)盡量能夠相互通視。

2.2 換乘車站模式

換乘車站一般為橫向交叉或縱向平行，橫向交叉模式其縱向方向一般為200～400 m，縱向平行模式其縱向方向一般為長200 m，深30 m左右。上海人民廣場地鐵站目前有1號線、2號線、8號線換乘，共18個(gè)出入口，在空間上成“米”字型交叉，是換乘車站的混合模式。本文主要研究盾構(gòu)區(qū)間測量問題，因此車站測量也是從區(qū)間盾構(gòu)測量的角度考慮的。在長度較長的車站，中間部位(近地鐵頂板預(yù)留洞口附近)左右線各增加1個(gè)強(qiáng)制對中的觀測墩，如圖5所示，左右線上6個(gè)點(diǎn)相互通視，此時(shí)其車站控制網(wǎng)更為復(fù)雜，其他同標(biāo)準(zhǔn)車站模式。

圖5 換乘車站控制網(wǎng)形式Fig.5 Control net mode of transfer Metro station

2.3 始發(fā)井車站模式

采用始發(fā)井模式一般是工期需要，盾構(gòu)在始發(fā)井直接始發(fā)，看條件成熟情況采用整機(jī)始發(fā)或延長管線始發(fā)。因此始發(fā)井的長度都不大，一般只有80 m左右。除始發(fā)井地面采用左右線各2個(gè)強(qiáng)制對中觀測墩外，高處控制測點(diǎn)需加密，具體視各車站通視情況，本文采用增加1個(gè)測點(diǎn)的情況進(jìn)行分析，如圖6所示。

圖6 始發(fā)井車站控制網(wǎng)形式Fig.6 Control net mode of launching shaft station

3 聯(lián)系定向測量

GB 50308—2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》［7］中聯(lián)系定向測量提到有5種方法:1)聯(lián)系三角形法(一井定向);2)陀螺儀、經(jīng)緯儀、鉛垂儀(鋼絲)組合法;3)兩井定向;4)導(dǎo)線直接傳遞法;5)投點(diǎn)定向法。現(xiàn)實(shí)中聯(lián)系測量用的最多的有2種方法:一是精密導(dǎo)線直接傳遞法，二是二井定向。一般來說，只要條件允許，例如有多個(gè)井口，井上井下傳遞點(diǎn)垂直角不大于30°，采用導(dǎo)線直接傳遞法;如果受條件限制，沒有直接傳遞導(dǎo)線的條件或垂直角大于30°，采用兩井定向進(jìn)行聯(lián)系測量。

3.1 精密導(dǎo)線直接傳遞法

精密導(dǎo)線傳遞的一個(gè)基本要求:相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間以及導(dǎo)線點(diǎn)與其相連的衛(wèi)星定位點(diǎn)之間的垂直角不應(yīng)大于30°，視線離障礙物的距離不應(yīng)小于1.5 m。

采用精密導(dǎo)線直接傳遞，由于距離短，高差大，一般角度在20°左右，所以地面車站的控制點(diǎn)與傳遞到車站底板的平面控制點(diǎn)均采用強(qiáng)制對中觀測墩，其中地面控制點(diǎn)觀測墩盡量降低高度，相反，車站底板的觀測墩盡量提高高度(一般不超過1.5 m)。精密導(dǎo)線傳遞控制網(wǎng)如圖7所示，F(xiàn)，H，I，K為地面強(qiáng)制對中觀測墩，O，N，P，M是車站底板上的強(qiáng)制對中觀測墩平面控制點(diǎn)。地面觀測車站底板上的測點(diǎn)必須通過端頭井對向觀測，以增加觀測距離，或通過中層板預(yù)留洞口直接測量車站底板測點(diǎn)。車站底板左右2條線作為控制盾構(gòu)區(qū)間控制的2條基線，因此，車站底板2基線上的4個(gè)點(diǎn)必須同地面車站區(qū)間所有的點(diǎn)進(jìn)行整體平差，以提高其精度。

圖7 精密導(dǎo)線傳遞控制網(wǎng)形式Fig.7 Control net mode transferred by precise wire

3.2 二井定向

地鐵盾構(gòu)區(qū)間不建議使用一井定向方法進(jìn)行聯(lián)系測量，因?yàn)橐痪ㄏ虻木群茈y滿足要求，對測量人員熟練程度、儀器精度、操作過程、平差分析都有很高的要求，如角度測量測6測回，每次測3組數(shù)據(jù)，測角中誤差不大于2″，地下起始邊方位角角差不大于20″，聯(lián)系測量最后引起的橫向貫通中誤差為±36 mm，明顯誤差較大。如果受現(xiàn)場條件限制，必須采用一井定向的方法，應(yīng)采用較高精度的測量儀器(如TCA2003、TS30等)，多次測量和全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀測定真北方向法來提高精度。

二井定向方法即端頭井左右線各進(jìn)行1次一井定向，傳遞至底板4個(gè)測點(diǎn)，等盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入隧道內(nèi)約200 m，再進(jìn)行1次二井定向。如果此時(shí)端頭井深度較大(大于30 m)，就要增加相應(yīng)的二井定向聯(lián)系測量，或使用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向。常用的全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀為GYROMAT2000，其定位精度高于±3.2″，但是由于GYROMAT2000價(jià)格昂貴(100多萬)，國內(nèi)用于地鐵工程的很少。如果盾構(gòu)區(qū)間特別長或盾構(gòu)車站特別深，如多個(gè)換乘車站交匯點(diǎn)或國家戰(zhàn)備需要深井車站、盾構(gòu)區(qū)間，此時(shí)在盾構(gòu)始發(fā)端和盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前200 m使用GYROMAT2000陀螺經(jīng)緯儀就顯得非常必要。

4 盾構(gòu)區(qū)間控制測量

由于條件的限制，盾構(gòu)區(qū)間隧道平面控制網(wǎng)的布設(shè)只能布設(shè)成導(dǎo)線，因此，要求布設(shè)的導(dǎo)線測回?cái)?shù)和儀器等級高于精密導(dǎo)線的要求。隧道導(dǎo)線應(yīng)盡量沿線路中線布設(shè)，邊長要接近等邊，避免長短邊相接，盡量布設(shè)成多邊形閉合導(dǎo)線或主副導(dǎo)線環(huán)。由于后期沉降等因素，每1/4區(qū)間隧道長應(yīng)該從車站底板控制點(diǎn)開始重測隧道內(nèi)控制網(wǎng)。如導(dǎo)線邊長較短，在曲線段，測回間儀器和目標(biāo)應(yīng)重新對中，以提高精度。每次測量完成，都要同車站底板控制點(diǎn)進(jìn)行整體平差，各次測量成果再進(jìn)行加權(quán)平差;如區(qū)間隧道過長或聯(lián)系測量條件不是很好，則需要在隧道1/2和3/4處，盾構(gòu)出洞前200 m、盾構(gòu)出洞前50 m，采用GYROMAT2000全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定位精度，陀螺經(jīng)緯儀是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)尋找真北方向從而測定地面和地下任意測站的大地方向角，不受時(shí)間和環(huán)境條件限制，且方向角真北方向定位誤差不累積，可以中間進(jìn)行檢查、修正測量成果，因此對盾構(gòu)機(jī)到站貫通測量顯得尤其重要。

5 盾構(gòu)機(jī)出洞控制測量

洞門鋼環(huán)最大允許盾構(gòu)機(jī)貫通偏差160 mm，測量規(guī)范要求:橫向誤差限差100mm，縱向50mm。除了測量誤差，還有施工誤差，凈空要求，所以真正留給測量的限差很少，留給控制測量的限差就更少了。盾構(gòu)機(jī)出洞前的控制測量是整個(gè)控制測量中最重要的一環(huán)，需要對地面區(qū)間、車站、聯(lián)系測量點(diǎn)、盾構(gòu)始發(fā)基點(diǎn)、盾構(gòu)接收基點(diǎn)全部重新測量并進(jìn)行整體平差，且需要對隧道區(qū)間內(nèi)導(dǎo)線重新測量，必要時(shí)全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向，確保盾構(gòu)機(jī)順利出洞。

6 高程控制測量

高程控制測量相對來說簡單，使用傳統(tǒng)的加測微器的水準(zhǔn)儀+銦瓦鋼尺就可以滿足。但需要注意3點(diǎn):1)聯(lián)系測量使用懸吊鋼尺法多次懸吊并加尺長改正，盡量使用主體樓梯傳遞高程進(jìn)行復(fù)核;2)如遇大江大河區(qū)間，可以采用三角高程進(jìn)行傳遞，傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量復(fù)核;3)隧道區(qū)間內(nèi)高程控制測量，每200m復(fù)測1次。

7 結(jié)論與討論

根據(jù)不同的車站模式、不同的隧道區(qū)間模式對地鐵盾構(gòu)控制測量方法進(jìn)行探討，通過采用強(qiáng)制對中觀測墩、主副導(dǎo)線點(diǎn)、基線控制、整體平差等方法，尤其是上述方法的綜合應(yīng)用，最終使直接導(dǎo)線傳遞的聯(lián)系測量法滿足了聯(lián)系測量的要求，基本上滿足了目前國內(nèi)盾構(gòu)施工控制測量的要求且在很多城市的地鐵盾構(gòu)施工中得到了很好的應(yīng)用。但是地鐵可能會(huì)向超深的地鐵站(超過40 m)、更長的盾構(gòu)區(qū)間(超過10 km)的方向發(fā)展，直接導(dǎo)線傳遞的聯(lián)系測量法就會(huì)有更多的局限性，二井定向加全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定位方法尤其重要，需要進(jìn)一步的研究探討，以滿足今后的地鐵盾構(gòu)施工發(fā)展需要。

［1］ 呂國嶺，黃威然，龐紅軍.盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向方法的應(yīng)用研究［J］.隧道建設(shè)，2005，25(5):11-14.(LV Guoling，HUANG Weiran，PANG Hongjun.Research on application of automatic guidance system in shield tunnelling［J］.Tunnel Construction，2005，25(5):11-14.(in Chinese))

［2］ 聶愛梅.地鐵控制測量檢測主要技術(shù)方法［J］.工程與建設(shè)，2008(1):45-47.

［3］ 鄒勇.簡析地鐵長隧道控制測量［J］.隧道建設(shè)，2006，26 (2):27-29.(ZOU Yong.Analysis on control survey of long metro tunnels［J］.Tunnel Construction，2006，26(2):27-29.(in Chinese))

［4］ 肖書安.國外隧道施工測量技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.隧道建設(shè)，2007，27(1):76-79，86.(XIAO Shu’an.Present situation and development of aboard tunnel construction surveying technology［J］.2007，27(1):76-79，86.(in Chinese))

［5］ 丁樺.淺談特長隧道的控制測量［J］.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2010 (5):17-19.

［6］ 王科鋒，黃國濤.長大隧道洞內(nèi)控制測量實(shí)施方案設(shè)計(jì)［J］.能源技術(shù)與管理，2008(5):78-80.(WANG Kefeng，HUANG Guotao.Design of inner long-big tunnel control survey［J］.Energy Technology and Management，2008(5):78-80.(in Chinese))

［7］ GB 50308—2008 城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.