区间投点约束法在地铁隧道联系测量中的应用

杨定强，许 锋，孙明峰

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

城市圈不断扩大，地铁线路拉长。地铁工程地下控制测量手段主要包括：一井定向、两井定向、投点法、多点后方交会[1]。测量方法的选择与施工工法、周边环境息息相关。对于区间较短的隧道，可根据实际情况选择其中一种，中间控制好相关测量精度指标，采用符合精度标准的仪器设备，就能确保隧道贯通质量符合设计要求；而长区间隧道控制测量是上述几种测量方法的组合，如在车站、风井始发时满足两井定向的条件，尽量采用两井定向，条件不好时采用一井定向。当长区间内设有风井时，可以根据现场条件灵活选择上述方法确定盾构二次始发基线；不设置风井时，可以采用钻孔投点的方法确定其二次始发基线边[2]。

某地铁盾构区间左线中间风井施工条件、周边环境复杂，不能实施一井定向、多点后方交会；隧道覆土深，不具备钻孔投点条件。通过中间风井施工孔洞，悬挂一根钢丝与始发井两根钢丝构成投点约束联系测量，以距风井较近的地下控制边成果均值作为盾构后续掘进的二次始发基线，将始发基线，二次始发基线成果纳入地下控制网进行平差，成果满足要求后，用以指导隧道的施工测量工作，采用陀螺定向原理对地下控制网最远边进行坐标方位检核。本文对该方法进行介绍。

1 控制测量

1.1 测量方法

实施前，进行了测量方案设计。在盾构掘进过中间风井100～200 m后，沿风井长度方向悬挂2根钢丝，组成联系三角形，传递二次始发基线边坐标及方位；根据工程进度，现场不具备一井定向条件，周边环境复杂，隧道覆土深，钻孔投点困难。随即进行方案的变更，利用风井的预留孔洞悬吊1根钢丝，与始发井的2根钢丝组成投点约束联系测量，地面敷设附合导线；地下控制网以多边形连接，增加多余观测，提高测量精度。见图1。

图1 中间风井投点约束联系测量

联系测量时，钢丝观测3组以上，洞内导线按精密导线的要求施测，边角关系满足要求后，将地面导线、钢丝、洞内导线分组平差；始发基线观测成果中误差＞8″时取均值作为最终成果，取距离风井较近的一组观测边均值为二次始发基线成果；最终将始发井本阶段成果均值、风井基线成果纳入洞内导线再次平差，洞内导线相关阶段成果较差满足要求后，用以指导盾构掘进的施工测量工作。

1.2 测量实施

1.2.1 测量准备

配备2台全站仪TS50，测量精度±0.5"；光学对中觇牌若干套；温度计1个；气压计1个；直径0.3 mm钢丝多卷，10 kg垂球2个，阻尼液4桶；经验丰富测工6人。

1.2.2 始发联系测量

地面布设附合导线，起算点由GPS点构成，控制点稳定性检查见表1。线路走向：以GPS6057—GPS6061为起算边，经过精密导线点DT6127，加密点SSL9、SSL10、SSL12、SSL11、SSL2，附合至边GPS6062—GPS6059。见图2。

表1 控制点稳定性检查

图2 联系测量

井上观测时，在SSL11设站，后视SSL2，观测GS1、GS2的角度、距离；在SSL12设站，后视SSL10，观测GS3、GS4的角度、距离。井下联接测量，分别在始发基线点SZZ1、SZZ2设站，后视SZZ2、SZZ1，对钢丝GS1、GS2、GS3、GS4进行测角、测边。外业按精密导线要求施测。将所有观测数据导入科达普施测量平差软件：角度闭合差8.7″，X坐标闭合差11.4 mm、Y坐标闭合差-12.4 mm；相对精度1∶141 845，成果满足规范要求。见表2。

表2 联系测量基线成果

1.2.3 风井前联系测量

随着盾构的掘进，联系测量阶段有150～200、300～400、600、800 m，地面控制网图形条件及相关点位置与始发阶段一致。井下控制测量时，基线点SZZ1被破坏，150～200 m联系测量新增基线点SZZX51，构成新基线边SZZ2－SZZX51；剩余阶段的联系测量方法同上。

1.2.4投点约束法联系测量

盾构掘进远离中间风井后，利用风井预留孔洞进行投点约束联系测量,对地面控制网进行重新布设，对始发井至中间地面控制网进行整体联测，点位重新优化。以GPS6057—GPS6061为起算边，经地面加密点BR-1、SSL7-1、SSL14、SSL2、GPS6059、FJ5、FJ3、FJ4附合至边GPS6062—GPS6063；外业采用左右角四测回观测，其平均值之和与360°较差＜4″[3]。井上联系测量时，始发井处分别在近井点SSL7-1、SSL14设站，分别后视SSL14、SSL7-1，前视钢丝GS1、GS2；在中间风井处于近井点FJ5设站，后视GPS6059，前视钢丝GS3，进行角度与距离观测。井下联接测量，始发端分别在JSZ3、新增基线点ZX51设站，后视ZX51、JSZ3，观测GS1、GS2，风井处在底板点ZX21处设站，后视ZX19，观测GS3，按照上述流程，完成联系测量，钢丝累计观测四组。隧道洞内主导线联接方式为JSZ3、ZX51、ZX03、ZX07、ZX91、ZX11、ZX13、ZX15、ZX17、ZX19、ZX21；主副导线之间利用边联接，构成闭合环，边数不超过六条。将上述观测数据分四次进行平差，地面导线观测精度：fx=0.005 9 m，fy=-0.004 3 m，fd=0.007 3 m，总边长S=4.513 9 m,全长相对闭合差k=1/615 238；成果满足规范要求。见表3-表4。

表3 始发井基线成果

表4 二次始发基线成果

其他联系测量阶段观测方法同上。

1.2.5 陀螺定向测量

采用精度为±5″磁悬浮螺仪进行观测，先地面已知边，后地下定向边。地面边为FJ5－GPS6059，地下边分别为ZX24－ZX25、ZX32－ZX33、ZX1428－ZX1513。外业观测流程：地面已知边观测测定仪器常数；地下定向边上测定陀螺方位角；地面已知边、地下定向边每次应观测三测回，测回之间陀螺方位角较差＜20″[4]，外业数据满足规范要求。内业数据处理流程：洞外已知边坐标方位角计算，洞外已知边陀螺方位角计算，仪器常数计算；待定边陀螺方位角计算，待定边坐标方位角进行计算。

1.3 注意事项

1）长区间隧道进行联系测量时，应对整个区间及其搭接范围内的GPS控制网、精密导线网进行复测，确定起算点位的稳定性。

2）地面加密导线点位应选在稳定、通视方向良好、远离振源、利于保存的位置；相邻短边与长边比例不宜＜1∶2，最短边长不宜＜100 m；导线点与连接的GPS点、相邻导线点间垂直角≯30°，距障碍物距离＞1.5 m。外业测量数据采集有条件时尽量选用Ⅰ级全站仪。

3）地面近井观测点宜布设在主体结构且影响范围小的位置。悬吊钢丝的支架应架设牢固，杆件宜选择可调装置，方便多组钢丝观测；钢丝悬吊过程中应避免障碍物拉挂，盛放重锤的液体应采用符合要求的阻尼液；放置阻尼液的油桶应置于位置稳固、远离振源的地方；钢丝上下部粘贴一定数量的反射贴片，十字丝朝向仪器观测的方向；联系测量观测应避开大风、有雨、高温的天气观测。

4）陀螺仪定向地面边的选择应远离高压电磁场、振动强烈、人流和交通流量大的位置；地下定向边距离可尽量拉长到＞60 m，视线距障碍物＞0.5 m；测前应检查仪器常数的稳定状态；地面已知边与地下定向边的位置应尽量接近，否则应进行子午收敛角改正[5]。

2 测量成果分析

2.1 测量基线成果

区间共计进行9次联系测量，始发基线根据现场的施工条件进行三次更换，联系测量进行四组钢丝观测，取其均值为始发基线成果，满足规范要求[3]。见表5。

表5 基线测量成果

2.2 陀螺定向测量成果

在该区间测量过程中，对洞内最远边坐标方位进行3次陀螺仪定向测量，其较差最大值为-6.6″；满足规范要求[3]；联系测量成果可靠，可指导隧道施工掘进。见表6。

表6 陀螺定向测量成果

2.3 贯通误差测量成果

在三色路站—中和站方向利用贯通前150～200 m联系测量成果ZX1351、ZX1428、ZX1513作为起算数据，进行稳定性检查合格后，测量至贯通点；中和站—三色路站方向利用经底板点联测后的控制点XZ1、XZ2测量至贯通点；进行内业数据的平差计算，将贯通误差投影至线路中心线法线方向，测量成果小于规范规定限差100 mm[3]。见表7。

2.4 投点约束二次始发基线成果分析

隧道贯通后，进行区间贯通测量，起算边为JSZ3－ZX51、XZ1－XZ2；按精密导线规定进行施测，内业采用武汉大学科傻控制网测量平差软件严密平差;精度：X坐标闭合差为0.032 0 m，Y坐标闭合差为-0.018 6 m，角度闭合差为11.0″，总长度为2.645 5 km，相对精度为1:71 532，测量成果精度满足要求[3]，将联测后的二次始发基线与贯通前成果进行比较，方位角较差为-1.2″。见表8。

表8 二次始发基线成果分析

3 结论

地铁长区间隧道在中间风井二次联系测量、钻孔投点确定二次始发基线困难条件下，通过投点约束法进行多组钢丝数据采集、取均值确定二次始发基线成果，与始发基线成果整体平差，对地下控制边辅以陀螺定向的联系测量；较常规联系测量手段具有占用空间少、测量时间短、经济成本低、测量精度可靠等优点。该隧道左右线均已顺利贯通，贯通误差成果满足规范要求，证明该方法能确保隧道高精度贯通，对实际施工测量具有一定的指导意义。