地铁隧道盾构区间贯通测量及各施测控制环节精度分析

地铁隧道盾构区间贯通测量及各施测控制环节精度分析

韦国庆

广州市城市建设工程监理有限公司  广东广州 510000

摘  要：结合广州某地铁A#盾构井～A站～B#盾构井区间地下隧道盾构贯通测量实例,全面地分析了地铁建设中对盾构机完成掘进贯通后,各测量环节过程中出现的精度误差进行了深入细致的研究,阐述了测量过程中地下铁道平面贯通误差;地面控制测量误差;盾构出洞竖井联系测量误差;盾构进洞处洞门中心坐标测量误差;地下导线测量误差;盾构姿态的定位测量误差的计算方法,以及如何使用构建的评价精度模型判断量否满足精度要求，合理控制在各环节中的测量精度，目前已在地铁施工测量进行了实际应用，取得了良好的工程质量控制和节约投资，取得了较好的社会经济效益。

关键词  地铁隧道；控制测量；平面测量；高程测量；联系测量；测量误差；精度分析。

中图分类号： 文献标识码：A

1引  言

地铁盾构贯通测量是指在地铁盾构贯通后，需要进行测量控制点的设置和测量工作，以保证隧道施工的质量和安全。

控制点的精度分析关系到隧道的安全与质量，通过分析各阶段的控制点精度，能达到较高精度的贯通误差。

2  工程概况

2.1 工程概况

本次贯通面为两区间车站东端，主要施工段A#盾构井～A站区间、A站～B#盾构井(不含)区间。贯通线路见图1，贯通面在A站西端。

图1  A#盾构井～A站～B#盾构井盾构区间示意图

Schematic diagram of shield interval from A Station to B# shield shaft to C Station

2.2 盾构隧道的贯通误差

利用盾构施工方法进行地铁隧道掘进，须采用分段作业法，设定贯通面的任意一点的偏差值，就是盾构随道贯通误差，它分为横向误差和纵向(高程)误差，其限差分别为+50mm和+25mm。

2.3 控制（联系）测量

2.3.1 GPS控制测量：

首先，本次首级平面控制网以GPS进行施测，以GPS为首级控制点.

2.3.2交桩水准点测量

以广州某地铁首级高程控制网进行布设。地面水准测量均按轨道交通测量规范一等水准要求实施。

3贯通（地下隧道洞内）测量

3.1东向贯通测量：A#盾构井～A站

平面测量：

测量前首先对起算点进行边角检核，对附合导线进行施测，然后进行联系测量，图2。

图2：东向A#盾构井～A站～B#盾构井区间联系测量控制点平面示意图

Schematic diagram of the control points for the connection survey of the section from E41 # shield shaft to Tangxia Station to E42 # shield shaft in the east

以广州某地铁线高程控制点II地11-25为起算点，经近井点JJD附和至II地13-151进行附合水准测量。再从井口近井控制点进行高程联系测量。

3.2西向贯通测量：A站～B#盾构井

由地面交桩控制点，进行附合导线测量近井控制点，然后通过预留洞中两根钢丝进行联系测量，计算两底板点平面坐标。

从地面交桩水准控制点起算，通过钢尺进行地上地下联系测量，测出底板点水准高程。

4.贯通面测量成果及精度分析

经软件内业平差处理后，计算参数如表1。

表1 E41#盾构井方向贯通测量误差成果平面坐标成果对比表

Table 1 E41 # shield shaft directional penetration measurement error results plane coordinate results comparison table

注：单位mm

在隧道施工中，贯通误差以 δ 表示; 其在隧道中线方向的投影称为纵向贯通误差，以 δy 表示。垂直于隧道中线的水平面上的投影称为横向贯通误差，用 δx 表示; 垂直方向上的投影称为高程贯通误差，用 δβ 表示;显然δ² =δy² +δx² +δβ²。参照隧道贯通测量技术规范，如表2。

表2 贯通测量规范技术参数

Table 2 technical parameters of through measurement specification

影响隧道贯通误差的主要因素是横向贯通误差 δx。

图3： A#盾构井～A站右线隧道洞内贯通面及公共点示意图

Schematic Diagram of Through Surface and Common Points in the Tunnel of the Right Line from E41 # Shield Shaft to Tangxia Station

根据等影响原理，隧道贯通误差的允许值为平面50.0mm，竖向25.0mm，实测计算参数如下:

（1）地面控制网的点位测量中误差;

平面中误差：MX均值(mm):1.87 MY均值(mm):1.28 MZ均值(mm):2.26；

高程中误差(mm)：0.12

（2）盾构出洞处竖井联系测量中误差;

平面中误差：MX均值(mm):1.00 MY均值(mm):1.03 MZ均值(mm):1.44

高程中误差(mm)：0.01

（3）盾构进洞处洞门中心坐标测量中误差;

平面中误差：MX均值(mm):7.43 MY均值(mm):4.59 MZ均值(mm):8.76

高程中误差(mm)：0.63

（4）地下导线测量中误差;

平面中误差：MX均值(mm):2.51 MY均值(mm):1.28 MZ均值(mm):2.82

高程中误差(mm)：0.94

（5）盾构姿态的定位测量中误差，差值见表3。

表3盾构机姿态与设计坐标差值表

Table 3 Table of difference between shield machine and design coordinates

地铁隧道一端与中线连接的允许横向误差小于 ±50mm，允许高程误差小于±25mm，相应的中误差分别为±25mm和±12.5 mm。

4.1 平面测量的误差分配

根据地下铁路暗挖法施工的实际情况，横向贯通误差主要包括地面控制测量误差、盾构隧道出口实际联系测量误差、盾构隧道入口中心坐标测量误差、地下贯通测量误差和盾构隧道姿态定位测量误差等。其他因素可以忽略不计。让各项误差的影响相互独立情况下，有如下公式:

Mo=√（m12+m22+m32+m42+m52）

式中: Mo为地下铁道平面贯通总横向中误差; m1为地面控制测量引起的横向中误差; m2为盾构出洞竖井联系测量中误差; m3为盾构进洞处洞门中心坐标测量中误差; m4为地下导线测量中误差; m5为盾构姿态的定

根据工程测量对误差分配原则的考虑，认为不等精度原则在值分配中的应用如下:

m1=2.27mm m2=1.44mm m3=8.73mm

m4=2.82mm m5=10mm代入上式中有:

MO=√(m12+m22+m32+m42+m52)=13.84mm≤mo=±25 mm。

mo/MO =±25/13.84=1.81

4.2 高程测量误差分配

计算高程测量的误差公式如下: mH=√(mh12+ mh22+ mh32+ mh42)

式中:mH为地面高程控制测量中误差; mh1为盾构出洞处通过竖井传递高程的测量中误差; mh2为盾构进洞处洞门中心高程测量中误差; mh3为由盾构出洞处至隧道贯通处地下水准测量中误差; mh4为地铁隧道高程贯通总测量中误差。

高程测量误差同样采用不等精度分配原则，取值如下:

地面高程控制测量中误差 MH1 = ± 0.74 mm，盾构隧道出口竖井高程传递测量中误差 MH2 = ± 0.01 mm，盾构隧道入口中心高程测量中误差 MH2 = ± 0.01 mm，盾构隧道入口中心高程测量误差 MH3 = ± 0.63 mm，盾构隧道出口至隧道贯通地下水准测量误差 MH4 = ± 0.94 mm。

代入上式有:MH-=±1.35 mm≤±12.5 mm

由以上分析来看，盾构机入洞姿态和掘进中的姿态对控制隧道贯通具有重要作用，而这就需要测量人员不断去修正盾构机掘进姿态。

5结  论

综上所述，隧道贯通误差分为纵向误差、横向误差和高程误差。在隧道施工前进行正确的贯通误差预测是保证贯通测量设计和隧道中线设计满足设计要求的重要环节。

隧道贯通后，对水平贯通误差和高程贯通误差进行了评价，验证了贯通误差预测方案的可行性，对隧道贯通测量具有重要参考价值。

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