地铁隧道断面测量及质量检查方法

匡志威，杨志敏

(1.长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007； 2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

1 概 述

作为有效的交通解决方案，城市地铁被越来越多的大、中城市所采用，全国已运营通车的地铁里程数正稳步快速增长。由于受施工测量、施工偏差的影响，实际建成的车站、区间的三维空间参数与设计值必定存在一定的偏差；偏差小于设计容许值时，线路设计参数可不做调整；但偏差大于设计容许值时，就必须按行车要求对线路设计参数进行调整，即调线调坡，包括线路中心平曲线调整、轨面标高竖曲线调整。而调线调坡的依据是地铁隧道断面测量所获取的地铁隧道断面测量数据，因此地铁隧道断面测量是地铁施工建设中很重要的一个环节。为保证地铁隧道断面测量成果的精度及可靠性，一般由独立于施工方的第三方测量单位完成。根据以往的工作经验，地铁隧道断面测量工作主要面临以下三个难点：

(1)工作量比较大。每公里隧道，需测不少于200个断面，每个断面需测量8个关键点或10个关键点的数据。

(2)测量环境差，对测量精度影响很大。受施工进度影响，大部分车站及区间，未完全清理干净前需进场测量，存在积水、积泥、施工物资及施工垃圾等不利因素；同时，地下区间内的雾气、灰尘以及管片上凝结的液态水，对全站仪激光测距的精度影响很大，进而降低三角高程测量(底点高程)及平距测量精度。

针对上述难点，本文主要结合正在施测长沙市轨道交通5号线一期工程地铁隧道断面测量项目，重点介绍项目中所采取的地铁隧道断面测量方法及其质量检核方法。

2 断面测量要求

长沙市轨道交通5号线一期工程沿万家丽路敷设，线路全长 22.5 km，设站18座，均为地下车站；车站采用明挖法施工，区间基本采用盾构法施工。圆形盾构区间，每环宽 1.5 m，每环由若干管片拼接而成，隧道内部设计直径为 5.4 m。断面测量精度按规范(1)要求进行控制，平面基准线为隧道设计中心线，高程基准线为隧道轨面高设计线，测量间距及测点分布要求如下。

2.1 断面测量间距要求

(1)区间直线段按6 m(4环)、曲线段按 4.5 m(3环)间距测量一个断面，测点为管片接缝处的突出点。

(2)车站内，每个4 m测一个断面。为准确地反映车站结构情况，结构突变处、底高及顶高突变处，加测断面。

(3)特殊点如曲线起点、终点、缓圆点、圆缓点、联络线通道、隔断门等加测断面。

下午，我们哥几个在工厂的更衣室里。脱了便服，换上工装，离倒班还有几分钟，我们都闭着眼睛，用指头在膝盖上打鼓点。哥们儿朝洛蒙走进来。尽管他咳嗽一声，涮涮嗓子，但我们谁也没睁眼看他。

2.2 断面测点分布要求

根据测量技术要求，本线路断面测量，每个断面需测10个关键点的数据，要求如下：

(1)底点：隧道设计中心线与断面隧道底部的垂直投影点；

(2)定点：隧道设计中心线与断面隧道顶部的垂直投影点；

(3)隧道左右两侧的8个规定关键点到隧道设计中心线的水平垂距。

图1为本项目圆形隧道测点位置图。

图1 圆形隧道断面测点分布图(单位/mm)

3 断面测量流程及方法

3.1 控制网布设

断面测量前，需布设地下平面及高程控制网，高程控制点直接利用地下平面控制点作为标石。考虑到地下隧道的测量环境复杂性，直线段相邻控制点的间距宜为 120 m，曲线段相邻控制点的间距根据隧道环境尽量拉大。该控制网也是地铁轨道铺设及设备安装的基准。本项目地下控制测量测量流程图如图2所示。

图2 测量流程图

3.2 断面测量

本项目采取的外业测量方案，分两步进行：

(1)断面线路中心点放样：

①以地下平面控制点为起算点，利用0.5″智能全站仪及机载隧道测量软件，初步实测拟测断面管片接缝处的坐标；

②根据预先加载的线路平曲线要素，反算该接缝处的线路里程，并计算该里程处的设计线路中心线平面坐标及设计轨面标高；

③实放该断面的平面设计线路中心点，并实测断面设计线路中心点处的管片凸起部底板高程(该断面底点高程)。

(2)断面关键点测量

将2″全站仪架设在实放的断面中心点上，采用全站仪高程放样法，实放各断面关键点，并实测各断面关键点至线路设计中线的平距；将仪器设置成垂直方向，测量获取全站仪至隧道顶的距离，该距离加上仪器高及断面底点高程，即为断面顶点高程。

4 断面测量数据提取软件

外业采集的数据包括：①0.5″智能全站仪放样测量获取的断面中心平面坐标及底点高程；②2″全站仪测量获取的8个横距及顶高数据。所有断面数据均需按设计院要求，填入规定格式的Excel表格中。针对外业采集的数据的特点及规律，开发了断面测量数据提取软件；调入相关测量数据及Excel表格模板，可自动生成设计院要求的断面测量成果表，软件界面如图3所示。

5 内业质量检查方法

如图4所示，最终生成的圆形隧道断面测量成果表，包含以下数据：断面里程(A列)、断面设计中线点实测坐标(B、C列)、左侧关键点实测高程(F列)及距离(E列)、右侧关键点实测高程(J列)及距离(I列)、底点高程(M列)、顶点高程(P列)、轨面高程(S列)。上述数据的内业质量检查，可以利用Excel软件自带的函数工具、依据数据间的相互逻辑关系进行。

对图4所示的断面测量成果表，数据检查内容包括：

(1)断面里程检查。相邻两断面的里程相减，可计算出相邻断面的里程差，利用“XY散点图”生成工具，画图显示dL数值序列，检查断面里程是否按从小到大排列、里程差dL数值是否满足2.1节要求。图5为里程差数值序列图。

(2)断面坐标、轨面高程检查。根据隧道设计平、竖曲线参数，可计算出实测断面的理论坐标及轨面高程，导入到Excel表格后，进行求差处理，利用“XY散点图”生成工具，画图显示dX，dY，dH轨面数值序列，检查dX，dY是否满足要求，检查轨面高程是否计算错误。

(3)底点高检查。①利用“XY散点图”生成工具，画图显示dH底数值序列，检查断面底点高是否存在突变。②断面设计轨面高程与设计底点高程之差，即为道床设计厚度，圆形隧道道床设计厚度dH一般位于 0.78 m～0.86 m之间，则：

dH′=S(4i+1)-M(4i+1)-dH，i=3，4，…，n

式中：S(4i+1)为图4表格中第S列、第4i+1行对应的数据；

M(4i+1)为图4表格中第M列、第4i+1行对应的数据。

可根据上述公式，计算隧道底点高程的偏离值，利用“XY散点图”生成工具，可直观查阅偏离值序列。图6为底点高程偏离值序列图，图中圆圈区域对应的断面底高，偏离值较大。

图6 底点高程偏离值序列图

(4)顶点高检查。利用“XY散点图”生成工具，画图显示顶点高数值序列，检查断面顶点高是否存在突变。

(5)净空高检查。圆形隧道设计直径为 5.4 m；每个断面顶高与底高之差，即为该断面净空高；计算隧道净空高的偏离值，利用“XY散点图”生成工具，可直观查阅偏离值序列。图7为隧道净空高偏离值序列图，图中圆圈区域对应的净空高，偏离值较大。

图7 隧道净空高偏离值序列图

(6)左、右侧测点高程检查。利用Excel软件自带函数，计算左右两侧8个关键点的高程测量误差；并利用“XY散点图”生成工具，查看误差值序列，定位误差超限的观测值。

(7)隧道断面中线点至左、右侧管片的平距检查。圆形隧道每个断面在4个高程面上、分别测取了4对平距，可根据以下公式计算出4个高程面上实际隧道中线与设计隧道中线之间的偏差dS。

式中：dS(i)上、dS(i)中1、dS(i)中2、dS(i)下为图4表格中第i-1个断面、4个高程面上的偏差值；E(3i+1)为图4表格中第E列、第(3i+1)行对应的数值，其他类同。

①利用max()、min()函数，求取每个断面隧道中线平面偏差最大值、最小值并计算其差值，差值大于45mm的断面，可定义为存在异常数据。图8为断面隧道中线平面偏差最大值、最小值之差序列图，图中圆圈区域对应的差值较大。

②圆形隧道施工预留最大偏差值为 100 mm，因此对于dS值大于 100 mm的断面，要加强外业复核。图9为断面隧道中线平面偏差序列图，图中圆圈区域对应的偏差值较大。

图8 断面隧道中线平面偏差最大值、最小值之差序列图

图9 为断面隧道中线平面偏差序列图

对数据检查中发现的测量误差超限数据、突变数据、异常数据、超限较大的数据，需要进一步对原始测量数据进行检查以及外业复核测量，以确保断面测量成果的测量精度及可靠性。

6 结 语

本文介绍的地铁隧道断面测量方法，外业效率较高，满足“测量管片凸起部位”的要求，测量精度高，内业数据处理自动化程度高，测量成果质量检查直观、全面、严谨，先后完成了50多千米、多条地铁线路的断面测量工作，取得了很好的效果。