孫士通，王永鋒，楊彬

(杭州市勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

隧道精準貫通是地鐵施工的關鍵。目前國內(nèi)常用聯(lián)系測量方法有一井定向、兩井定向及陀螺全站儀+鉛垂儀組合定向的方法。關于提高貫通精度方面的研究，國內(nèi)學者大都集中在如何提高洞內(nèi)支導線傳導精度，例如采用洞內(nèi)雙導線，洞內(nèi)支導線加測陀螺邊，洞內(nèi)導線傳導以自由設站的方式傳導等，但鮮少提及如何提高盾構(gòu)隧道始發(fā)邊方位角的精準性和穩(wěn)定性。保持始發(fā)邊方位角的精準性和穩(wěn)定性才是確保整個隧道貫通精度的關鍵。為此，本文基于一井定向和自由設站邊角交會的原理，提出一井定向井下聯(lián)系測量控制點采用任意設站布點方式的優(yōu)化方法，結(jié)合杭州地鐵14號線進行工程實例驗證和精度分析，證明改進方法的可行性。

2 改進方法的基本思想

改進方法的基本思想是采用一井定向和自由設站相結(jié)合的方式。目的是確保地鐵長隧道一井定向地下始發(fā)邊方位角精度和穩(wěn)定性，節(jié)約時間和經(jīng)濟成本，并確保地下始發(fā)邊的穩(wěn)定性和重復可利用性。通過懸吊2根鋼絲，分別測設2根鋼絲坐標及方位角，井下采用自由設站的布點方式，在車站側(cè)墻、立柱等穩(wěn)定、不受施工干擾的位置布設3對帶有預埋件的控制點，在2根鋼絲一端自由架設全站儀，通過2根鋼絲的坐標和方位角，分別測設出3對控制點的坐標。最后采用多點后方交會的方法，向洞內(nèi)傳遞支導線。如圖1、圖2所示。

圖1 一井定向改進后網(wǎng)形示意圖

圖2 任意設站導線洞內(nèi)傳遞網(wǎng)形示意圖

2.1 一井定向傳遞坐標和方位角

井上采用常規(guī)一井定向的方式布網(wǎng)，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況，懸吊2根或3根鋼絲。為表現(xiàn)本方法的普適性，本文采用懸吊2根鋼絲的方法。通過井上2個已知點A和B，測設出2根鋼絲O1和O2的坐標及方位角。

2.2 自由設站法確定井下3對強制對中點坐標

以井下懸吊鋼絲的端頭井位置為中心，在車站側(cè)墻，車站站臺層立柱，隧道壁等適宜位置，成對埋設3對CPⅢ預埋件。如圖1所示。井下所布設的3對預埋件，位置高度應適中，避免施工遮擋和破壞，要長久保留，并可最后移交給鋪軌單位做CPⅢ控制網(wǎng)搭接等。在隧道端頭井適宜位置點M架設全站儀，并將帶有連接桿的棱鏡插到預先埋設的CPⅢ預埋件中。按一井定向的井下測量方法和要求，分別測設鋼絲O1、O2和待測點Q1～Q6的距離及角度。通過計算，獲取Q1～Q6的坐標。需要說明的是，測站M點選擇應恰當，距離鋼絲及墻上控制點距離適中，不應太長或太短，保證與3對強制對中點都通視。

2.3 隧道內(nèi)坐標傳遞

在地鐵隧道端頭井附近選擇P點，測站P點選擇應盡可能和隧道內(nèi)第一個控制點N(布設強制對中點)通視且距離足夠長，以保證方位精度。若現(xiàn)場條件可以，可將P點做成強制對中點，即可避免采用三聯(lián)腳架的方法?？刂泣c間視線距隧道壁或設施應大于 0.5 m，以避免旁折光影響，如圖2所示。P點架設全站儀，通過觀測Q1～Q6及N點的距離及角度，獲取N點的坐標，然后向洞內(nèi)依次進行導線傳遞。當隧道大于 1 500 m時，再結(jié)合陀螺儀對隧道內(nèi)最后的導線邊進行方位角檢核或糾正，確保貫通精度。

后續(xù)往洞內(nèi)傳遞的聯(lián)系測量，即可每次以井下Q1～Q6點為起算點。每次使用前，注意檢核內(nèi)部6個點的穩(wěn)定性，注意定期復測。

3 工程實例驗證

以杭州地鐵16號線某區(qū)間為例。區(qū)間全長 1 334 m，內(nèi)含3個曲線，曲線半徑最小為 350 m。采用常規(guī)一井定向方法做盾構(gòu)推進基準，新方法作為實驗數(shù)據(jù)?，F(xiàn)通過實例分析，驗證一井定向井下聯(lián)系測量控制點采用任意設站布點方式的優(yōu)越性。

3.1 改進方法測設的地下始發(fā)邊方位角穩(wěn)定性分析

采用常規(guī)一井定向方法，作為第三方測量單位，井上、井下共進行聯(lián)系測量5次，因第1次聯(lián)系測量場地有限，后續(xù)始發(fā)邊改變。遂采用第2次至第5次聯(lián)系測量始發(fā)邊做對比分析。方位角歷次觀測數(shù)據(jù)如表1所示：

常規(guī)一井定向方法與新方法地下始發(fā)邊方位角歷次觀測數(shù)據(jù)匯總 表1

結(jié)合施工單位沉降變形分析數(shù)據(jù)(圖3)及3對控制點穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，可得出該區(qū)間車站沉降變形對地下控制點的影響較小，可忽略。故可知常規(guī)一井定向方法始發(fā)邊方位角的不一致是由歷次聯(lián)系測量的測量誤差引起。對比常規(guī)方法歷次方位角差值最大為8.6″，估算 800 m推進距離坐標誤差約為 33.4 mm。改進方法歷次方位角最大差值為1.4″，估算 800 m推進距離坐標誤差約為 5.4 mm。

圖3 施工單位對始發(fā)邊地下控制點沉降變形觀測匯總圖

綜上所述，采用改進方法比常規(guī)一井定向方法更能保證始發(fā)邊方位角的穩(wěn)定性，對保證隧道貫通精度起到?jīng)Q定性作用。

3.2 改進方法測設的洞內(nèi)尾部控制點貫通前、后的坐標較差分析

表2給出了改進方法和常規(guī)方法貫通前、后最后一次聯(lián)系測量測設的隧道尾部點成果表。由表2可知，采用常規(guī)一井定向方法，由于始發(fā)端隧道洞口在曲線上，導致始發(fā)邊較短。區(qū)間共測設導線12站。貫通后，Z11點相比貫通后成果X坐標較差-54.4 mm，Y坐標較差-24.8 mm。采用一井定向井下聯(lián)系測量控制點采用任意設站布點方式，自由設站點架設到隧道內(nèi)35環(huán)，共測設導線10站，比常規(guī)一井定向方法節(jié)省2站。定向邊距離為 130 m，相對于常規(guī)方法，受場地影響，導線邊距離 82 m。貫通后，由表2可知，Z11點相比貫通后成果X坐標較差-21.7 mm，Y坐標較差-11.1 mm。

兩種方法貫通前后最后一次聯(lián)系測量測設的隧道尾部點成果表 表2

3.3 改進方法貫通后測設的附和導線網(wǎng)精度對比分析

表3給出改進方法和常規(guī)方法貫通后附和導線網(wǎng)精度統(tǒng)計對比表。由表3可知，改進方法較常規(guī)方法在附和導線網(wǎng)整體精度上具有較高精度和較強優(yōu)越性，完全滿足《城市軌道交通測量規(guī)范》精度要求。

兩種方法貫通后附和導線網(wǎng)精度統(tǒng)計對比表 表3

綜合表2、表3可知，采用改進方法，測設的洞內(nèi)導線點坐標更接近貫通后坐標，貫通后的附和導線精度更高。表明采用改進方法測設的地下始發(fā)邊方位角具有較高的精準度，測設點坐標更接近真值，精度更可靠。

4 結(jié) 論

隧道精準貫通是地鐵施工的關鍵。通過實例驗證及精度分析，可得出以下結(jié)論：①改進方法地下段采用自由設站布點方式，消除了測設井下隧道起始邊的對中誤差，減少了施工對始發(fā)邊控制點的影響，保證了起始邊方位角的穩(wěn)定性及精準度，確保了地鐵長隧道貫通精度。②因井下3對點布設在二襯后的車站側(cè)墻，車站站臺層立柱，隧道壁等位置，點位穩(wěn)定，不受施工干擾，可大大降低平面聯(lián)系測量次數(shù)，只需內(nèi)部6個控制點相互檢核即可，無須頻繁進行井上、井下聯(lián)系測量，可極大提高效率。該方法不僅對地鐵長隧道一井定向具有以上優(yōu)點，其針對常規(guī)一井定向，兩井定向及陀螺全站儀和鉛垂儀(鋼絲)組合法，同樣具有明顯優(yōu)勢。