深中通道沉管隧道洞内外联系测量及双洞投点联系测量方法应用

韩战伟，成益品

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

目前，沉管隧道施工测量过程中，洞外、洞内平面基准联系测量通常采用常规测量方法，即在隧道洞口控制点上架设全站仪直接向洞内测量边角的方法[1]，施工界面影响导致测量空间受限，采用预留的贯穿隧道顶板的施工孔向隧道内投射点位，将洞外高精度的平面基准传递至隧道内。另外，超长隧道施工时，为加快施工进度及保证隧道更准确贯通，大多采用竖井向隧道内投射点位的方法[2]，建立洞外、洞内平面联系测量。而深中通道东端管节安装贯通测量施工界面影响大，堰筑段净空高16 m，常规测量方法无法施测，预留的贯穿隧道顶板的施工孔和竖井投点误差大，影响洞内平面测量精度，进而影响隧道的贯通测量准确性。

因此采用在施工通道布设同轴支架双洞投点测量方式，洞外采用GNSS 静态观测，洞内采用交叉双导线（双线形联合锁网）[3]，通过同轴支架实现洞外、洞内联系测量，提高沉管隧道高精度贯通测量。

1 工程应用

深圳至中山跨江通道项目（简称深中通道）地处珠江口核心区域，是一项超大型跨海通道工程。岛隧工程隧道全长为6 845 m，其中沉管隧道起点K7+030，终点K12+065，全长为5 035 m，由32 个大型预制钢壳管节对接安装而成，隧道进、出口两端均由人工岛组成，标准管节长度为165 m，采用两孔一管廊结构，左右行车孔宽度为18.3 m，中管廊宽度为4.8 m，管廊分为上下两层。管节沉管安装横向允许偏差±50 mm[4]，沉管隧道线形精细化控制难度高。东人工岛沉管对接端与堰筑段衔接，堰筑段采用密闭式施工方式，常规导线测量方法无法进行施测，所以采用在施工通道布设同轴支架双洞投点测量方式，洞外采用GNSS 静态观测，洞内则采用交叉双导线（双线形联合锁网），通过同轴支架实现洞外、洞内联系测量。

2 网形布设

2.1 洞外控制网布设

由于东人工岛沉管对接端与堰筑段衔接，堰筑段采用密闭式施工，堰筑段左右车道预留施工通道完成后，在堰筑段左右车道预留施工通道上布设同轴支架投点装置，点号分别为RTD1、RTD2、LTD1、LTD2。与深中通道首级控制网SZ01、SZ05、SZ12、SZ15 点进行联测，采用GNSS 静态观测模式采集数据，洞外控制网网形示意图见图1。

图1 洞外控制网网形示意图Fig.1 Schematic diagram of control network outside the tunnel

2.2 洞内控制网布设

洞内采用闭合导线测量，网形为左、右行车道交叉双导线（双线形联合锁网）联系网，导线测量以投点支架控制点RTD1、RTD2、LTD1、LTD2为起算点，实现洞内外联系测量。LJD1、LJD2、LJD3 作为数据检核支导线网起算点。

由于东人工岛端隧道位于曲线段上，受通视条件影响，洞内导线按照300～500 m 左右布设一对导线点，分别在E25、E28、E32 管节左右行车道布设导线点，左行车道导线点以“EnLL、EnLR”命名，En 表示管节编号，第一位置的L 表示左行车道，第二位置的L、R 分别表示左车道左侧墙及右侧墙。右行车道导线点以“EnRL、EnRR”命名，En 表示管节编号，第一位置的R 表示右行车道，第二位置的L、R 分别表示右车道左侧墙及右侧墙。左右车道交叉导线网联测通过外侧墙（间距约40 m）导线点进行，通过双洞导线控制网的布设，实现了洞内测站点之间的联系测量，增加了多余观测数目和检核条件，形成较强的网形结构，提高了洞内测站点的平面坐标结果的精度和可靠性，进而保证沉管隧道的高精度贯通测量。洞内导线网形见图2。

图2 洞内导线网形示意图Fig.2 Schematic diagram of wire network inside the tunnel

3 点位布设及外业观测

3.1 支架设计与安装

由于深中通道东人工岛沉管对接端与堰筑段衔接，堰筑段采用密闭式施工，根据堰筑段预留施工通道，设计同轴支架，同轴支架竖向穿置于隧道顶板的预留施工通道内，且其顶底两端分别凸出隧道顶板的顶面和底面，同轴支架的顶端和底端安装强制对中盘，2 个强制对中盘的轴线为同一铅垂线，在隧道左右车道预留施工通道内沿隧道宽度方向的两端分别安装1 个同轴支架，安装过程中采用高精密水平尺调平同轴支架顶端面和底端面，在制作过程中确保洞外强制对中盘与洞内强制对中盘的偏心误差不大于1 mm，同轴支架见图3。

图3 同轴支架示意图Fig.3 Schematic diagram of coaxial support

3.2 外业观测

1）同轴支架洞外点采用GNSS 静态观测采集数据，以深中通道首级控制网SZ01、SZ05、SZ12、SZ15 为起算点进行洞外控制点平面坐标解算。

2）通过洞外测量设备测量得到洞外强制对中盘中心的平面坐标，以此定位洞外高精度的平面基准点，由于洞外强制对中盘的轴线和洞内强制对中盘的轴线为同一铅垂线，因而洞内强制对中盘中心的平面坐标与洞外强制对中盘中心的平面坐标一致，由此获取该洞内强制对中盘中心的平面坐标，作为隧道内高精度的平面基准点。同轴支架安装测量见图4。

图4 同轴支架安装测量示意图Fig.4 Installation and measurement diagram of coaxial support

3）采用Leica TS60 全站仪配合机载多测回测角程序进行导线的自动测量并记录，对每个测站的2C 互差、半测回归零差、同一方向值各测回互差、垂直角指标差互差和测距较差等精度指标进行检查。精度指标满足高速铁路工程测量规范[5]要求，对超限的测站及时进行补测。

4）在测站点E32LL 架设全站仪，在LTD1、LTD2、E32RR、E28LL、E28LR 点处架设棱镜，采用全圆方向观测法，进行水平角度和边长观测。

5）在测站点E32LR 架设全站仪，在LTD1、LTD2、E28LL、E28LR 点处架设棱镜，采用全圆方向观测法，进行水平角度和边长观测。

6）其余测站点测量方法同步骤4）、5）。

7）洞内全站仪依托左右行车道交叉双导线（双线形联合锁网）联系控制网分别照准2 个洞内棱镜及对应车道侧墙棱镜，实现洞内测站点之间的联系测量。水平角方向观测法技术要求见表1。

表1 水平角方向观测法技术要求Table 1 Technical requirements for horizontal angle direction observation method

4 数据处理

4.1 洞外数据处理

同轴支架洞外GNSS 平面控制点为约束点，在隧道工程独立坐标系下按严密平差法进行整网的约束平差，平面加密控制网按全球定位系统（GPS）测量规范[6]中GPS 网公路二等精度要求进行，公路二等GPS 网外业观测技术要求见表2。

表2 公路二等GPS 网观测的基本技术要求Table 2 Basic technical requirements for highway second class GPS network observation

4.2 洞内数据处理

利用洞内LTD1、LTD2、RTD1、RTD2 平面坐标，使用武汉大学《科傻地面控制测量数据处理通用软件包（简称：CODAPS）》进行洞内导线网的平差，对测量的导线边长进行高程改化，将距离改化到隧道工程独立坐标系的投影面上，计算得到E32LL、E32LR、E32RR、E32RL 四个测站点平面坐标。

5 数据检核及评估

5.1 数据检核

堰筑段端墙拆除后，在敞开段支撑梁及敞开段端墙布设3 个控制点LJD1、LJD2、LJD3 作为支导线网起算点，LJD1 与LJD2、LJD3 间距离500 m 左右，3 个点采用GNSS 平面控制点为约束点，在隧道工程独立坐标系下按严密平差法进行整网的约束平差。

采用支导线测量，在LJD1 点架设全站仪，以LJD1—LJD2 点为后视定向边，利用全圆观测法进洞观测法测量LJD3、LTD1、LTD2、RTD1、RTD2，并使用CODAPS 进行导线网的平差，通过数据比对，偏差值在2 mm 内，说明此方法精度可靠[7]，网形图见图2，检核数据见表3。

表3 洞内控制点检核数据Table 3 Inspection data of control points inside the tunnel

5.2 精度评估

洞外横向误差：洞外已知控制点与控制网中待定点距离约780 m，根据岛隧施工控制网复测以及检测结果分析定向点的点位误差及计算的起始方位角误差，测站点的横向点位误差为0.9 mm，计算洞外定向边的方位角中误差为0.24″，洞外定向边引起的横向贯通误差M洞外=±4.9 mm[8]。

洞内横向误差：洞内导线测量按照隧道二等闭合导线网[3]进行测量，测角中误差取1.0″，测边误差取所用仪器LeicaTS60 的标称测距精度0.6 mm+10-6D（D 为测距，mm）。按照设计的网形和测角、测边精度进行计算，得到东人工岛端导线网引起的横向贯通误差M洞内=±10.1 mm[8]。

洞内外总横向误差：

6 结语

沉管隧道双洞投点联系测量方法，改善了洞内外联系测量条件，提升了洞内外平面联系测量精度。通过洞外控制网和洞内导线测量精度评估，洞内外总横向误差±11.2 mm，深中通道最终接头安装完成后与E24 管节之间的对接合龙精度横向偏差7.8 mm，管节沉管安装横向允许偏差±50 mm，沉管隧道的双洞投点联系测量方法可为类似隧道工程测量提供借鉴。