楊定強(qiáng)，許 鋒，孫明峰

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

城市圈不斷擴(kuò)大，地鐵線(xiàn)路拉長(zhǎng)。地鐵工程地下控制測(cè)量手段主要包括：一井定向、兩井定向、投點(diǎn)法、多點(diǎn)后方交會(huì)[1]。測(cè)量方法的選擇與施工工法、周邊環(huán)境息息相關(guān)。對(duì)于區(qū)間較短的隧道，可根據(jù)實(shí)際情況選擇其中一種，中間控制好相關(guān)測(cè)量精度指標(biāo)，采用符合精度標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備，就能確保隧道貫通質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求；而長(zhǎng)區(qū)間隧道控制測(cè)量是上述幾種測(cè)量方法的組合，如在車(chē)站、風(fēng)井始發(fā)時(shí)滿(mǎn)足兩井定向的條件，盡量采用兩井定向，條件不好時(shí)采用一井定向。當(dāng)長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)設(shè)有風(fēng)井時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件靈活選擇上述方法確定盾構(gòu)二次始發(fā)基線(xiàn)；不設(shè)置風(fēng)井時(shí)，可以采用鉆孔投點(diǎn)的方法確定其二次始發(fā)基線(xiàn)邊[2]。

某地鐵盾構(gòu)區(qū)間左線(xiàn)中間風(fēng)井施工條件、周邊環(huán)境復(fù)雜，不能實(shí)施一井定向、多點(diǎn)后方交會(huì)；隧道覆土深，不具備鉆孔投點(diǎn)條件。通過(guò)中間風(fēng)井施工孔洞，懸掛一根鋼絲與始發(fā)井兩根鋼絲構(gòu)成投點(diǎn)約束聯(lián)系測(cè)量，以距風(fēng)井較近的地下控制邊成果均值作為盾構(gòu)后續(xù)掘進(jìn)的二次始發(fā)基線(xiàn)，將始發(fā)基線(xiàn)，二次始發(fā)基線(xiàn)成果納入地下控制網(wǎng)進(jìn)行平差，成果滿(mǎn)足要求后，用以指導(dǎo)隧道的施工測(cè)量工作，采用陀螺定向原理對(duì)地下控制網(wǎng)最遠(yuǎn)邊進(jìn)行坐標(biāo)方位檢核。本文對(duì)該方法進(jìn)行介紹。

1 控制測(cè)量

1.1 測(cè)量方法

實(shí)施前，進(jìn)行了測(cè)量方案設(shè)計(jì)。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)中間風(fēng)井100～200 m后，沿風(fēng)井長(zhǎng)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(xiàn)邊坐標(biāo)及方位；根據(jù)工程進(jìn)度，現(xiàn)場(chǎng)不具備一井定向條件，周邊環(huán)境復(fù)雜，隧道覆土深，鉆孔投點(diǎn)困難。隨即進(jìn)行方案的變更，利用風(fēng)井的預(yù)留孔洞懸吊1根鋼絲，與始發(fā)井的2根鋼絲組成投點(diǎn)約束聯(lián)系測(cè)量，地面敷設(shè)附合導(dǎo)線(xiàn)；地下控制網(wǎng)以多邊形連接，增加多余觀測(cè)，提高測(cè)量精度。見(jiàn)圖1。

圖1 中間風(fēng)井投點(diǎn)約束聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系測(cè)量時(shí)，鋼絲觀測(cè)3組以上，洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)按精密導(dǎo)線(xiàn)的要求施測(cè)，邊角關(guān)系滿(mǎn)足要求后，將地面導(dǎo)線(xiàn)、鋼絲、洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)分組平差；始發(fā)基線(xiàn)觀測(cè)成果中誤差＞8″時(shí)取均值作為最終成果，取距離風(fēng)井較近的一組觀測(cè)邊均值為二次始發(fā)基線(xiàn)成果；最終將始發(fā)井本階段成果均值、風(fēng)井基線(xiàn)成果納入洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)再次平差，洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)相關(guān)階段成果較差滿(mǎn)足要求后，用以指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)的施工測(cè)量工作。

1.2 測(cè)量實(shí)施

1.2.1 測(cè)量準(zhǔn)備

配備2臺(tái)全站儀TS50，測(cè)量精度±0.5"；光學(xué)對(duì)中覘牌若干套；溫度計(jì)1個(gè)；氣壓計(jì)1個(gè)；直徑0.3 mm鋼絲多卷，10 kg垂球2個(gè)，阻尼液4桶；經(jīng)驗(yàn)豐富測(cè)工6人。

1.2.2 始發(fā)聯(lián)系測(cè)量

地面布設(shè)附合導(dǎo)線(xiàn)，起算點(diǎn)由GPS點(diǎn)構(gòu)成，控制點(diǎn)穩(wěn)定性檢查見(jiàn)表1。線(xiàn)路走向：以GPS6057—GPS6061為起算邊，經(jīng)過(guò)精密導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)DT6127，加密點(diǎn)SSL9、SSL10、SSL12、SSL11、SSL2，附合至邊GPS6062—GPS6059。見(jiàn)圖2。

表1 控制點(diǎn)穩(wěn)定性檢查

圖2 聯(lián)系測(cè)量

井上觀測(cè)時(shí)，在SSL11設(shè)站，后視SSL2，觀測(cè)GS1、GS2的角度、距離；在SSL12設(shè)站，后視SSL10，觀測(cè)GS3、GS4的角度、距離。井下聯(lián)接測(cè)量，分別在始發(fā)基線(xiàn)點(diǎn)SZZ1、SZZ2設(shè)站，后視SZZ2、SZZ1，對(duì)鋼絲GS1、GS2、GS3、GS4進(jìn)行測(cè)角、測(cè)邊。外業(yè)按精密導(dǎo)線(xiàn)要求施測(cè)。將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入科達(dá)普施測(cè)量平差軟件：角度閉合差8.7″，X坐標(biāo)閉合差11.4 mm、Y坐標(biāo)閉合差-12.4 mm；相對(duì)精度1∶141 845，成果滿(mǎn)足規(guī)范要求。見(jiàn)表2。

表2 聯(lián)系測(cè)量基線(xiàn)成果

1.2.3 風(fēng)井前聯(lián)系測(cè)量

隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)，聯(lián)系測(cè)量階段有150～200、300～400、600、800 m，地面控制網(wǎng)圖形條件及相關(guān)點(diǎn)位置與始發(fā)階段一致。井下控制測(cè)量時(shí)，基線(xiàn)點(diǎn)SZZ1被破壞，150～200 m聯(lián)系測(cè)量新增基線(xiàn)點(diǎn)SZZX51，構(gòu)成新基線(xiàn)邊SZZ2－SZZX51；剩余階段的聯(lián)系測(cè)量方法同上。

1.2.4投點(diǎn)約束法聯(lián)系測(cè)量

盾構(gòu)掘進(jìn)遠(yuǎn)離中間風(fēng)井后，利用風(fēng)井預(yù)留孔洞進(jìn)行投點(diǎn)約束聯(lián)系測(cè)量,對(duì)地面控制網(wǎng)進(jìn)行重新布設(shè)，對(duì)始發(fā)井至中間地面控制網(wǎng)進(jìn)行整體聯(lián)測(cè)，點(diǎn)位重新優(yōu)化。以GPS6057—GPS6061為起算邊，經(jīng)地面加密點(diǎn)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(cè)回觀測(cè)，其平均值之和與360°較差＜4″[3]。井上聯(lián)系測(cè)量時(shí)，始發(fā)井處分別在近井點(diǎn)SSL7-1、SSL14設(shè)站，分別后視SSL14、SSL7-1，前視鋼絲GS1、GS2；在中間風(fēng)井處于近井點(diǎn)FJ5設(shè)站，后視GPS6059，前視鋼絲GS3，進(jìn)行角度與距離觀測(cè)。井下聯(lián)接測(cè)量，始發(fā)端分別在JSZ3、新增基線(xiàn)點(diǎn)ZX51設(shè)站，后視ZX51、JSZ3，觀測(cè)GS1、GS2，風(fēng)井處在底板點(diǎn)ZX21處設(shè)站，后視ZX19，觀測(cè)GS3，按照上述流程，完成聯(lián)系測(cè)量，鋼絲累計(jì)觀測(cè)四組。隧道洞內(nèi)主導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接方式為JSZ3、ZX51、ZX03、ZX07、ZX91、ZX11、ZX13、ZX15、ZX17、ZX19、ZX21；主副導(dǎo)線(xiàn)之間利用邊聯(lián)接，構(gòu)成閉合環(huán)，邊數(shù)不超過(guò)六條。將上述觀測(cè)數(shù)據(jù)分四次進(jìn)行平差，地面導(dǎo)線(xiàn)觀測(cè)精度：fx=0.005 9 m，fy=-0.004 3 m，fd=0.007 3 m，總邊長(zhǎng)S=4.513 9 m,全長(zhǎng)相對(duì)閉合差k=1/615 238；成果滿(mǎn)足規(guī)范要求。見(jiàn)表3-表4。

表3 始發(fā)井基線(xiàn)成果

表4 二次始發(fā)基線(xiàn)成果

其他聯(lián)系測(cè)量階段觀測(cè)方法同上。

1.2.5 陀螺定向測(cè)量

采用精度為±5″磁懸浮螺儀進(jìn)行觀測(cè)，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(cè)流程：地面已知邊觀測(cè)測(cè)定儀器常數(shù)；地下定向邊上測(cè)定陀螺方位角；地面已知邊、地下定向邊每次應(yīng)觀測(cè)三測(cè)回，測(cè)回之間陀螺方位角較差＜20″[4]，外業(yè)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程：洞外已知邊坐標(biāo)方位角計(jì)算，洞外已知邊陀螺方位角計(jì)算，儀器常數(shù)計(jì)算；待定邊陀螺方位角計(jì)算，待定邊坐標(biāo)方位角進(jìn)行計(jì)算。

1.3 注意事項(xiàng)

1）長(zhǎng)區(qū)間隧道進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量時(shí)，應(yīng)對(duì)整個(gè)區(qū)間及其搭接范圍內(nèi)的GPS控制網(wǎng)、精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定起算點(diǎn)位的穩(wěn)定性。

2）地面加密導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)位應(yīng)選在穩(wěn)定、通視方向良好、遠(yuǎn)離振源、利于保存的位置；相鄰短邊與長(zhǎng)邊比例不宜＜1∶2，最短邊長(zhǎng)不宜＜100 m；導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)與連接的GPS點(diǎn)、相鄰導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)間垂直角≯30°，距障礙物距離＞1.5 m。外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)采集有條件時(shí)盡量選用Ⅰ級(jí)全站儀。

3）地面近井觀測(cè)點(diǎn)宜布設(shè)在主體結(jié)構(gòu)且影響范圍小的位置。懸吊鋼絲的支架應(yīng)架設(shè)牢固，桿件宜選擇可調(diào)裝置，方便多組鋼絲觀測(cè)；鋼絲懸吊過(guò)程中應(yīng)避免障礙物拉掛，盛放重錘的液體應(yīng)采用符合要求的阻尼液；放置阻尼液的油桶應(yīng)置于位置穩(wěn)固、遠(yuǎn)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(cè)的方向；聯(lián)系測(cè)量觀測(cè)應(yīng)避開(kāi)大風(fēng)、有雨、高溫的天氣觀測(cè)。

4）陀螺儀定向地面邊的選擇應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電磁場(chǎng)、振動(dòng)強(qiáng)烈、人流和交通流量大的位置；地下定向邊距離可盡量拉長(zhǎng)到＞60 m，視線(xiàn)距障礙物＞0.5 m；測(cè)前應(yīng)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(yīng)盡量接近，否則應(yīng)進(jìn)行子午收斂角改正[5]。

2 測(cè)量成果分析

2.1 測(cè)量基線(xiàn)成果

區(qū)間共計(jì)進(jìn)行9次聯(lián)系測(cè)量，始發(fā)基線(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件進(jìn)行三次更換，聯(lián)系測(cè)量進(jìn)行四組鋼絲觀測(cè)，取其均值為始發(fā)基線(xiàn)成果，滿(mǎn)足規(guī)范要求[3]。見(jiàn)表5。

表5 基線(xiàn)測(cè)量成果

2.2 陀螺定向測(cè)量成果

在該區(qū)間測(cè)量過(guò)程中，對(duì)洞內(nèi)最遠(yuǎn)邊坐標(biāo)方位進(jìn)行3次陀螺儀定向測(cè)量，其較差最大值為-6.6″；滿(mǎn)足規(guī)范要求[3]；聯(lián)系測(cè)量成果可靠，可指導(dǎo)隧道施工掘進(jìn)。見(jiàn)表6。

表6 陀螺定向測(cè)量成果

2.3 貫通誤差測(cè)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(cè)量成果ZX1351、ZX1428、ZX1513作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行穩(wěn)定性檢查合格后，測(cè)量至貫通點(diǎn)；中和站—三色路站方向利用經(jīng)底板點(diǎn)聯(lián)測(cè)后的控制點(diǎn)XZ1、XZ2測(cè)量至貫通點(diǎn)；進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算，將貫通誤差投影至線(xiàn)路中心線(xiàn)法線(xiàn)方向，測(cè)量成果小于規(guī)范規(guī)定限差100 mm[3]。見(jiàn)表7。

2.4 投點(diǎn)約束二次始發(fā)基線(xiàn)成果分析

隧道貫通后，進(jìn)行區(qū)間貫通測(cè)量，起算邊為JSZ3－ZX51、XZ1－XZ2；按精密導(dǎo)線(xiàn)規(guī)定進(jìn)行施測(cè)，內(nèi)業(yè)采用武漢大學(xué)科傻控制網(wǎng)測(cè)量平差軟件嚴(yán)密平差;精度：X坐標(biāo)閉合差為0.032 0 m，Y坐標(biāo)閉合差為-0.018 6 m，角度閉合差為11.0″，總長(zhǎng)度為2.645 5 km，相對(duì)精度為1:71 532，測(cè)量成果精度滿(mǎn)足要求[3]，將聯(lián)測(cè)后的二次始發(fā)基線(xiàn)與貫通前成果進(jìn)行比較，方位角較差為-1.2″。見(jiàn)表8。

表8 二次始發(fā)基線(xiàn)成果分析

3 結(jié)論

地鐵長(zhǎng)區(qū)間隧道在中間風(fēng)井二次聯(lián)系測(cè)量、鉆孔投點(diǎn)確定二次始發(fā)基線(xiàn)困難條件下，通過(guò)投點(diǎn)約束法進(jìn)行多組鋼絲數(shù)據(jù)采集、取均值確定二次始發(fā)基線(xiàn)成果，與始發(fā)基線(xiàn)成果整體平差，對(duì)地下控制邊輔以陀螺定向的聯(lián)系測(cè)量；較常規(guī)聯(lián)系測(cè)量手段具有占用空間少、測(cè)量時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)成本低、測(cè)量精度可靠等優(yōu)點(diǎn)。該隧道左右線(xiàn)均已順利貫通，貫通誤差成果滿(mǎn)足規(guī)范要求，證明該方法能確保隧道高精度貫通，對(duì)實(shí)際施工測(cè)量具有一定的指導(dǎo)意義。