地铁盾构隧道测量误差研究

关键词：测量地下工程运营工程

1 盾构隧道测量概述

地下工程测量是指建设和运营地表下面工程建筑物需要进行的测量工作, 包括地下工程勘察设计、施工和运营各个阶段的测量工作。地下工程测量的任务是保证线状工程在规定误差范围内正确贯通, 保证面状工程按设计要求竣工。

盾构方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性, 在隧道施工中得到广泛应用, 从18世纪末盾构机问世以来, 与盾构施工相伴而生的盾构施工测量, 一直在为盾构施工起着保驾护航的作用。

盾构法隧道工程施工, 需要进行的测量工作主要包括:

(1) 地面控制测量:在地面上建立平面和高程控制网;

(2) 联系测量:将地面上的坐标、方向和高程传到地下, 建立地面地下统一坐标系统;

(3) 地下控制测量:包括地下平面和高程控制;

(4) 隧道施工测量:根据隧道设计进行放样, 指导开挖及衬砌的中线和高程测量。

所有这些测量工作的作用是:

(1) 在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程, 为开挖、衬砌和施工指定方向和位置;

(2) 保证在开挖面的掘进中, 施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通, 保证开挖不超过规定的界线, 保证所有建筑物在贯通前能正确地修建;

(3) 保证设备的正确安装;

(4) 为设计和管理部门提供竣工测量资料等。

盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行, 随时提供盾构机掘进的瞬时姿态, 为盾构机操作人员提供盾构机姿态修正参数, 同时还要对隧道衬砌环的安装质量进行测定。要保证盾构机从始发井经区间隧道准确进入接收井, 必须以较高的精度实施盾构法隧道施工测量。

2 隧道贯通误差介绍

地下工程测量与地面工程测量相比, 尽管测设方法有很多共同之处, 但地下工程测量仍有其特殊性。线状地下工程逐步开挖、施工面狭窄、不同工段之间不能通视, 因此, 测量工作不能互相照应, 不便组织检核, 出了差错很难及时发现, 整个测量工作的正确性只有到开挖工段间贯通后才能得以证明。可见侧量工作在地下工程建设中具有十分重要的作用, 稍有疏忽必将造成无可挽回的损失。

盾构法隧道施工中, 地面控制测量、联系测量、地下控制测量和细部放样的误差积累, 将使开挖工作面的施工中线不能理想衔接, 产生的错开现象称为贯通误差。

贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差 (简称纵向误差) , 在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差 (简称横向误差) , 在高程方向的投影长度称为高程贯通误差 (简称高程误差) 。

纵向误差只影响隧道中线的长度, 与工程质量关系不大, 对隧道贯通没有多大影响;高程误差仅影响接轨点的平顺 (边掘进边铺轨的隧道尤为突出) 或隧道的坡度, 要求较高, 实践表明, 应用一定的测量方法, 容易达到所需的精度要求。

3 贯通误差分配

盾构隧道工程测量, 地面控制网的网形可以任意选择, 但地下控制测量只能布设成导线形式, 而且是支导线形式。测量精度的确定实质是贯通误差限值的配赋。由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定, 不计, 因此测量误差对贯通精度的影响, 施工误差和放样误差对贯通精度的影响可忽略主要取决于地上、地下控制网的布设情况和竖井联系测量, 即隧道贯通误差主要来源于洞内、外控制测量和竖井联系测量。隧道施工中, 地面控制测量和洞内控制测量往往由不同单位分开施测, 故应将容许贯通误差加以适当分配。

平面控制测量, 地面上的条件较洞内好, 则地面控制测量的精度要求应高一些, 而洞内导线测量的精度要求可适当放低一点。

地面控制测量的误差作为影响隧道贯通精度的一个独立因素, 单向开挖洞内导线测量的误差也作为一个独立因素, 通过竖井开挖的贯通精度受竖井联系测量的影响较大, 故又把竖井联系测量的误差作为一个如按等影响原则分配, 地面控制测量误差对横向贯通中误差Ma的影响允许值

纵向贯通误差, 主要影响隧道中线的长度, 只要求满足定测中线的精度, 即限差

高程控制测量, 洞内有烟尘、水气, 按等影响原则分配, 相等的原则分配, 洞内的水准路线短, 高差变化小, 这些条件比地面的好;另一方面, 光亮度差和施工干扰等不利因素, 地面与地下控制测量的误差, 应竖井联系测量作为一个独立因素, 对高程贯通精度的影响, 也应按地面控制测量误差对高程贯通中误差Me的影响允许值为

上述贯通误差限值及精度要求均有一定局限性, 随着勘测和施工技术的发展, GPS控制测量方法己逐渐替代常规测量方法, 广泛应用于地铁工程的地面控制测量。为适应施工方法的变更和应用方便, 依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》, 介绍贯通误差的配赋情况。

《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》提出横向贯通中误差应在±50mm之内, 高程贯通中误差应在±25mm之内。根据误差理论和国内外地铁贯通测量经验, 横向贯通误差的合理配赋为地面控制测量的横向中误差应在±25mm之内, 联系测量中误差应在±20mm之内, 地下导线测量中误差应在±30mm之内。

4 地面控制测量控制误差环节

盾构法隧道工程施工是由一侧竖井出发, 掘进至另一侧竖井, 这就必然会在线路的纵、横、竖三个方向出现贯通误差, 其中横向贯通误差对工程质量影响最大, 是隧道控制测量的重点工作。从地面及地下控制测量的设计到进洞测量的各项工作, 都必须紧紧围绕如何保证贯通精度, 特别是横向贯通精度, 在设计图纸和工程使用要求所允许的范围内。下面主要探讨地面控制测量控制误差的环节。

当地面控制网按首级GPS网和二级精密导线网的方式布设时, ±25mm成为GPS网和精密导线网的联合横向中误差限差。点位的误差影响为:

mG:GPS网中最弱点的点位中误差;mT:精密导线网中最弱点的点位中误差实测过程中, 需要注意合理、有效地发挥各自的特点和优势, 获取最可靠、最精确的观测成果。GPS测量应注意:

(1) 点位选在交通方便、易于安置接收设备的地方, 视场要开阔, 利于避开对电磁波接收有干扰的物体。 (2) 尽管GPS测量不要求相邻测站点间通视, 但为今后便于用常规测量方法联测或扩展, 要求每个控制点应有一个以上的通视方向。 (3) GPS网必须由非同步独立观测边构成若干闭合环或附合路线以构成检核条件, 提高网的可靠性。 (4) 观测前应编制出包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组的最佳观测时间、点位几何图形强度因子等内容的GPS卫星可见性预报表。 (5) 采用精密星历和联测WGS-84己知点。

摘要：本文基于笔者多年从事地下工程测量的相关工作经验, 以地铁盾构隧道测量为研究对象, 探讨了盾构隧道测量的误差分配及控制措施, 论文首先简要阐述了盾构隧道测量的定义和范畴, 而后分析了隧道贯通误差的来源, 最后深度探讨了贯通误差的分配及误差控制方法, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：地铁,盾构,隧道测量,误差,贯通