匡志威，楊志敏

(1.長沙市規(guī)劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410007； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 概 述

作為有效的交通解決方案，城市地鐵被越來越多的大、中城市所采用，全國已運營通車的地鐵里程數(shù)正穩(wěn)步快速增長。由于受施工測量、施工偏差的影響，實際建成的車站、區(qū)間的三維空間參數(shù)與設計值必定存在一定的偏差；偏差小于設計容許值時，線路設計參數(shù)可不做調(diào)整；但偏差大于設計容許值時，就必須按行車要求對線路設計參數(shù)進行調(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)是地鐵隧道斷面測量所獲取的地鐵隧道斷面測量數(shù)據(jù)，因此地鐵隧道斷面測量是地鐵施工建設中很重要的一個環(huán)節(jié)。為保證地鐵隧道斷面測量成果的精度及可靠性，一般由獨立于施工方的第三方測量單位完成。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，地鐵隧道斷面測量工作主要面臨以下三個難點：

(1)工作量比較大。每公里隧道，需測不少于200個斷面，每個斷面需測量8個關鍵點或10個關鍵點的數(shù)據(jù)。

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

針對上述難點，本文主要結合正在施測長沙市軌道交通5號線一期工程地鐵隧道斷面測量項目，重點介紹項目中所采取的地鐵隧道斷面測量方法及其質(zhì)量檢核方法。

2 斷面測量要求

長沙市軌道交通5號線一期工程沿萬家麗路敷設，線路全長 22.5 km，設站18座，均為地下車站；車站采用明挖法施工，區(qū)間基本采用盾構法施工。圓形盾構區(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)部設計直徑為 5.4 m。斷面測量精度按規(guī)范(1)要求進行控制，平面基準線為隧道設計中心線，高程基準線為隧道軌面高設計線，測量間距及測點分布要求如下。

2.1 斷面測量間距要求

(1)區(qū)間直線段按6 m(4環(huán))、曲線段按 4.5 m(3環(huán))間距測量一個斷面，測點為管片接縫處的突出點。

(2)車站內(nèi)，每個4 m測一個斷面。為準確地反映車站結構情況，結構突變處、底高及頂高突變處，加測斷面。

(3)特殊點如曲線起點、終點、緩圓點、圓緩點、聯(lián)絡線通道、隔斷門等加測斷面。

下午，我們哥幾個在工廠的更衣室里。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。哥們兒朝洛蒙走進來。盡管他咳嗽一聲，涮涮嗓子，但我們誰也沒睜眼看他。

2.2 斷面測點分布要求

根據(jù)測量技術要求，本線路斷面測量，每個斷面需測10個關鍵點的數(shù)據(jù)，要求如下：

(1)底點：隧道設計中心線與斷面隧道底部的垂直投影點；

(2)定點：隧道設計中心線與斷面隧道頂部的垂直投影點；

(3)隧道左右兩側的8個規(guī)定關鍵點到隧道設計中心線的水平垂距。

圖1為本項目圓形隧道測點位置圖。

圖1 圓形隧道斷面測點分布圖(單位/mm)

3 斷面測量流程及方法

3.1 控制網(wǎng)布設

斷面測量前，需布設地下平面及高程控制網(wǎng)，高程控制點直接利用地下平面控制點作為標石?？紤]到地下隧道的測量環(huán)境復雜性，直線段相鄰控制點的間距宜為 120 m，曲線段相鄰控制點的間距根據(jù)隧道環(huán)境盡量拉大。該控制網(wǎng)也是地鐵軌道鋪設及設備安裝的基準。本項目地下控制測量測量流程圖如圖2所示。

圖2 測量流程圖

3.2 斷面測量

本項目采取的外業(yè)測量方案，分兩步進行：

(1)斷面線路中心點放樣：

①以地下平面控制點為起算點，利用0.5″智能全站儀及機載隧道測量軟件，初步實測擬測斷面管片接縫處的坐標；

②根據(jù)預先加載的線路平曲線要素，反算該接縫處的線路里程，并計算該里程處的設計線路中心線平面坐標及設計軌面標高；

③實放該斷面的平面設計線路中心點，并實測斷面設計線路中心點處的管片凸起部底板高程(該斷面底點高程)。

(2)斷面關鍵點測量

將2″全站儀架設在實放的斷面中心點上，采用全站儀高程放樣法，實放各斷面關鍵點，并實測各斷面關鍵點至線路設計中線的平距；將儀器設置成垂直方向，測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高程，即為斷面頂點高程。

4 斷面測量數(shù)據(jù)提取軟件

外業(yè)采集的數(shù)據(jù)包括：①0.5″智能全站儀放樣測量獲取的斷面中心平面坐標及底點高程；②2″全站儀測量獲取的8個橫距及頂高數(shù)據(jù)。所有斷面數(shù)據(jù)均需按設計院要求，填入規(guī)定格式的Excel表格中。針對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)的特點及規(guī)律，開發(fā)了斷面測量數(shù)據(jù)提取軟件；調(diào)入相關測量數(shù)據(jù)及Excel表格模板，可自動生成設計院要求的斷面測量成果表，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量成果表，包含以下數(shù)據(jù)：斷面里程(A列)、斷面設計中線點實測坐標(B、C列)、左側關鍵點實測高程(F列)及距離(E列)、右側關鍵點實測高程(J列)及距離(I列)、底點高程(M列)、頂點高程(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)間的相互邏輯關系進行。

對圖4所示的斷面測量成果表，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，可計算出相鄰斷面的里程差，利用“XY散點圖”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、軌面高程檢查。根據(jù)隧道設計平、豎曲線參數(shù)，可計算出實測斷面的理論坐標及軌面高程，導入到Excel表格后，進行求差處理，利用“XY散點圖”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算錯誤。

(3)底點高檢查。①利用“XY散點圖”生成工具，畫圖顯示dH底數(shù)值序列，檢查斷面底點高是否存在突變。②斷面設計軌面高程與設計底點高程之差，即為道床設計厚度，圓形隧道道床設計厚度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行對應的數(shù)據(jù)；

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

可根據(jù)上述公式，計算隧道底點高程的偏離值，利用“XY散點圖”生成工具，可直觀查閱偏離值序列。圖6為底點高程偏離值序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)臄嗝娴赘?，偏離值較大。

圖6 底點高程偏離值序列圖

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

(5)凈空高檢查。圓形隧道設計直徑為 5.4 m；每個斷面頂高與底高之差，即為該斷面凈空高；計算隧道凈空高的偏離值，利用“XY散點圖”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)膬艨崭撸x值較大。

圖7 隧道凈空高偏離值序列圖

(6)左、右側測點高程檢查。利用Excel軟件自帶函數(shù)，計算左右兩側8個關鍵點的高程測量誤差；并利用“XY散點圖”生成工具，查看誤差值序列，定位誤差超限的觀測值。

(7)隧道斷面中線點至左、右側管片的平距檢查。圓形隧道每個斷面在4個高程面上、分別測取了4對平距，可根據(jù)以下公式計算出4個高程面上實際隧道中線與設計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個斷面、4個高程面上的偏差值；E(3i+1)為圖4表格中第E列、第(3i+1)行對應的數(shù)值，其他類同。

①利用max()、min()函數(shù)，求取每個斷面隧道中線平面偏差最大值、最小值并計算其差值，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)牟钪递^大。

②圓形隧道施工預留最大偏差值為 100 mm，因此對于dS值大于 100 mm的斷面，要加強外業(yè)復核。圖9為斷面隧道中線平面偏差序列圖，圖中圓圈區(qū)域?qū)钠钪递^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

對數(shù)據(jù)檢查中發(fā)現(xiàn)的測量誤差超限數(shù)據(jù)、突變數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)、超限較大的數(shù)據(jù)，需要進一步對原始測量數(shù)據(jù)進行檢查以及外業(yè)復核測量，以確保斷面測量成果的測量精度及可靠性。

6 結 語

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