青草沙岛域段隧道控制测量误差分析与质量控制

姚平

摘 要：青草沙岛域段隧道工作井深度大、圆弧多，贯通测量难度较大，该文首先对该工程控制测量各环节的设计精度进行了分析，然后以实测地下导线数据为实例分析了实测数据的精度及主要误差，最后提出了保证该工程隧道控制测量精度的措施。

关键词：横向贯通误差 竖井联系测量 精度分析 质量控制

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0125-02

青草沙岛域输水管线工程位于长兴岛上，起于青草沙水库出水输水闸井，终止于长江原水过江管工作井。该工程是连接青草沙水库出水输水闸井和长江过江管工程的重要设施，隧道管片内径Φ5.5 m，外径Φ6.4 m。隧道设有水库出水输水闸井（3号井）、中间盾构工作井（2号井）和过江管岛域工作井（1号井），由并行的东线和西线共四个隧道区段组成，区段隧道长度分别为2.5 km和2.8 km，其中1号井至2号井区段设置有6个不同曲率半径的圆弧，且均位于盾构推进起始端的1km内，1号井深度达36m，宽21m。隧道采用我国自行研制生产的863直筒式盾构机，直径6.62m，工程洞门圈设计为6.8m，只预留了90 mm的空间，加上隧道工作井深度深，圆弧多且多位于起始端，因此测量难度很大。该次测量的横向贯通中误差采用《城市轨道交通测量规范》（文献[1]）中规定的±50 mm，横向贯通中误差具体分解如下：地上控制测量m1为±25 mm，竖井联系测量m2为±20 mm，地下导线测量m3为±30 mm，盾构姿态测量m4为±20 mm，洞门中心测量m5为±10 mm。

1 控制测量设计精度分析

该文主要分析施工控制测量部分，即地面控制测量（m1）、竖井联系测量（m2）、地下导线测量（m3），现根据分解的各自中误差分析这几部分中关键测量工序的中误差，从而确定采用合适的测量方法。

1.1 地面控制测量

为保证地面控制测量对贯通误差影响值在±25 mm之内，该工程首级控制采用GPS控制网，其技术指标采用《城市轨道交通测量规范》（文献[1]）中规定的卫星定位控制网主要技术指标及作业基本技术要求，即：采用《城市轨道交通测量规范》（文献[1]）中规定的卫星定位控制网主要技术指标及作业基本技术要求，根据本工程实际布设的控制网点位，利用文献[4]中关于地面控制网对贯通误差影响的严密公式及估算方法计算影响值，能很好的保证在±25 mm之内。具体见表1

1.2 竖井联系测量

竖井联系测量是通过竖井悬挂两根钢丝，由井上控制点测定钢丝的距离和角度，从而算得钢丝的坐标以及它们之间的方位角，然后在井下，认为钢丝的坐标和方位角已知，通过测量和计算得出地下导线点的坐标和方位角，如图2所示。则地下起始方位

根据以上分析要达到地下导线的设计精度，水平角观测也需根据国家《精密工程测量规范》（文献[2]）中二级测角控制技术要求施测，（测角中误差≤±0.71〞）。

2 实测数据分析

1号井至2号井东线区段首先贯通，但是贯通时横向偏差较大，盾构破土后实测盾构机中心坐标与洞门中心坐标横向差值为87 mm（横向贯通误差），接近了洞门预留极限值90 mm，因此待盾构拆除后把地下导线联测至2号井地下起始边形成附合导线（全长约2.5 km），对误差进行分析。附合导线共18个点，点号为K1，K2，…，K16，K2-1，K2-2，其中K1至K2为1号井东线地下起始边，K2-1至K2-2为2号井地下起始边（2号井-3号井东线起始边）。

2.1 附合导线分析法

根据附合导线角度闭合差分析，导线存在明显的误差，而引起误差的原因有两种可能：①两端起始方位存在误差；②地下导线测量累积误差。现利用导线两端起始边分别以支导线的方式计算出另一端点的坐标，然后计算与另一端起始点的坐标差值，根据差值来判断较大误差的来源。假设两起始边精度相当且在设计误差范围内，较大误差主要来自地下导线测量累积的话，那么坐标差值大小应该相当，反之则可判断较大误差来自起始边。计算结果如表2。

从表2可以判断，K1-K2起始边存在较明显的误差。以上坐标差值也可以理解为贯通面分别在K2-1点及K1点的最大贯通误差，那么由此可见除在1号井联系测量出现了明显的粗差外，地面GPS控制测量、2号井的联系测量及地下导线测量等环节均达到了设计精度。

2.3 无定向导线分析法

固定K1及K2-1点以无定向导线方式进行计算，同样也能得出2.2节的结论。无定向导线计算得到的地下起始边方位角与提供成果的方位角对比差值见表3。

从表3也可以判断K1-K2起始边存在明显误差。

3 精度控制措施

隧道控制测量部分包括地面GPS测量，竖井联系测量，地下导线测量三部分。GPS测量技术成熟，只要按照技术指标施测不易出现粗差，而且按照文献[4]的严密公式计算实际的地面GPS控制测量对贯通误差的影响值远小于25 mm；随着高精度全站仪及自动照准技术在测量中的应用，地下导线测量误差对贯通误差的影响值也很容易控制在30mm之内；而竖井联系测量环节因其竖井深度深、井口小、需全人工观测及多变的环境等因数导致了误差控制较难，上文实测导线数据分析中也印证了这一点。因此在1-2号井东线贯通后，着重对其余3个区段的联系测量环节改进了质量控制措施。

（1）尽量缩短近井点至钢丝的距离，减小谋戎怠

（2）选择直径小强度大的钢丝，直径应小于0.5毫米，重锤不能小于10kg，稳定液浓度合适，保证重锤能自由摆动。

（3）悬挂钢丝的支架要坚固稳定且观测背景要与钢丝反差大，井下后视点要清晰必要时要提高照明度。

（4）选择合适的天气的进行观测，最好是夜晚或者阴天，避免强烈光照及温度快速变化。

（5）控制钢丝间距离井上井下观测值互差在1 mm之内，通过左右三角形计算的结果控制在2秒之内，确保单次联系测量的内附合。

（6）建议在临近贯通前再进行2到3次独立的联系测量，且成果控制在3秒之内，然后再与之前的成果进行综合取舍，最终进行平均处理。

通过对联系测量环节的着重控制，联系测量的精度得到了明显的提高，其余3个区段最后的横向贯通误差也都在允许范围之内。

4 结语

该文对影响横向贯通误差的控制测量各环节进行了分析，以实测1-2号井东线地下导线数据为实例，通过多种导线分析方法得出了1-2号井东线联系测量出现了明显偏差，而地下导线测量及地面GPS控制测量符合设计要求的结论。并提出了控制竖井联系测量精度的措施，通过措施最终保证了其余区段隧道横向贯通误差在5 cm之内。

参考文献

[1] GB50308-2008，城市轨道交通工程测量规范[S].

[2] GB/T 15314-94，精密工程测量规范[S].

[3] CJJ/T8-2011，城市测量规范[S].

[4] 姚连璧，周小平.线路与桥隧GPS测量[M].上海：上海科学技术文献出版社，1999：65-96.