一种地铁长大隧道洞内控制测量方法
【摘 要】：实现地铁长大隧道高精度贯通，地下控制测量是关键。文章提出盾构自始发、过中间风井不能实施二次始发联系测量时的测量方法：地铁长大隧道洞内设置约束边，多阶段基线成果平均后，纳入洞内导线进行平差，进行陀螺仪坐标方位检核。工程实践表明，该方法能提高测量精度，确保隧道顺利贯通。
本文源自杨定强， 天津建设科技 发表时间：2021-04-23 《天津建设科技》(双月刊)创刊于1990年，由天津市建设科技信息中心主办。本刊坚持为建设科技事业发展服务的方针，坚持为建设系统广大科技人员服务的宗旨，紧密围绕天津市建设系统的科技重点工作进行宣传报道，主要刊载建筑业、建材业、市政业、房地产业、公用事业五大行业的科技成果、学术论文、重点工程、推广项目、地方标准、国家标准及政策法规等，并介绍各专业的科技发展趋向以及国内外建设科技发展动态信息。
【关键词】：地铁;联系测量;隧道;盾构
近年来，城市轨道交通工程建设发展迅速，线路呈网络化、向外辐射的趋势，区间隧道越来越长，控制测量是隧道顺利贯通的核心和关键[1] 。地铁长大隧道控制测量方法：设中间风井时，在车站或明挖区间进行始发联系测量，主要采用两井定向或一井定向联系测量确定始发基线边，当盾构掘进远离中间风井一定距离后，再次进行联系测量，确定二次始发基线;不设中间风井时，在现场条件允许情况下，可采用钻孔投点的方法实施联系测量。
在实际工程中，往往会出现设置了中间风井，但不能实施两井定向或一井定向，路面又不具备钻孔投点条件的情况。基于此，本文介绍了一种在中间风井附近设置一组约束边，利用陀螺仪定向技术[2] 进行坐标方位校核地下控制测量方法。
1工程概况
成都地铁 17号线一期九江站—白佛桥站右线采用盾构法施工，区间长度 2 501.156 m。在距始发端 900 m处设置一座中间风井，长25 m、宽29.7 m。进行联系测量的阶段：始发阶段，掘进至 100～150、300～ 400、700 m，风井贯通前150～200、1 000、1 600、2 200 m，隧道贯前100～150 m。在联系测量1 000、1 600、2 200 m，贯通前 100～150 m 处进行陀螺仪定向边检测工作。右线联系测量共9次，陀螺定向检测共4次，测量难度大、任务重，精度要求高。
2控制测量
2.1测量方法
在盾构掘进至中间风井前，中间风井三层框架结构已施工完成，顶板、中板间为满堂支架，预留的孔洞不满足一井定向的测量条件。区间沿快速路铺设，来往车辆较多，周边环境复杂，不具备路面开孔投点的条件。为确保隧道贯通，在风井设置约束边，与始发基线构成闭合导线并进行陀螺定向测量，检校坐标方位角，较差满足要求后，作为后续掘进的二次始发基线。见图1。
第一阶段：完成1 000 m联系测量，平差计算始发基线成果;取本次始发基线测量值与风井贯通前 150～200 m 联系测量始发基线成果均值作为起算数据，进行洞内导线平差，确定约束边测量值;进行陀螺仪定向，检核约束边方位是否满足测量限差要求。
第二阶段：当完成 1 600 m 联系测量后，取本次始发基线的测量值与 1 000 m 联系测量始发基线成果均值作为起算数据，进行洞内导线平差，得出约束边测量值;取本次约束边测量值与 1 000 m 联系测量约束边测量值均值;将本阶段始发基线边均值、约束边均值作为起算数据纳入洞内精密导线进行整体平差。
盾构掘进至 2 200 m、贯通前 150～200 m 处地下控制测量方法同上。
2.2测量实施
2.2.1联系测量
本次测量使用了 GPS 控制点 G103、G105、G108、 G109，精密导线点D120作为起算点，作业前先对其稳定性检查，边长及角度检核。见表1。
控制点检核无误后，地面导线以 G103—G105、 G108—G109 为起算边，经过 D120、D812(近井点)、 D808(近井点)、D805 构成附合导线。外业水平角观测四测回，往返测距各两测回并进行仪器加乘常数、气压及温度改正。测量过程中对观测限差进行严格控制，保证外业数据的可靠性[3] 。内业采用武汉大学科傻测量控制网平差软件处理观测数据，附合导线角度闭合差为3.8″，X坐标闭合差-6.7 mm，Y坐标闭合差 4.5 mm，相对精度1∶85 752，测量精度满足要求。
联系测量采用两井定向，中间风井前各阶段联系测量观测程序：井上在点 D812、D808 设站，分别后视 D120、D805，观测GS1、GS2角度、距离;井下在点Y01、 Y02 设站，分别后视 Y02、Y01，观测 GS1、GS2 角度、距离。对外业观测数据进行严密平差。
1 000 m联系测量时在中间风井附近设置约束边 Y600—Y700，与始发基线 Y01—Y02构成闭合导线，内业数据处理后，取始发基线本次测量值与风井贯通前 150～200 m 联系测量成果均值。将始发基线均值作为起算数据参与洞内导线平差，得出约束边测量值。闭合导线角度闭合差为-10.0″，边长闭合差1.8 mm，相对精度<1∶100 000;测量成果满足要求。见表2。
盾构掘进至1 600 m进行联系测量，经平差计算，取 1 600 m 联系测量始发基线成果与 1 000 m 联系测量始发基线成果均值参与洞内导线平差，得出约束边测量值，取该成果与 1 000 m 联系测量约束边成果均值，将本阶段始发基线、约束边成果均值作为起算数据，进行洞内导线平差，控制点成果满足要求后，进行下一阶段控制测量工作。见表3。
2.2.2陀螺定向测量
陀螺定向方位角测量采用“地面已知边—地下检测边—地面已知边”的测量程序[4] ;其中地面已知边为 G103—G105，地下检测边分别为 Y600—Y700、Y900— Y1000、Y1350—Y1400、Y1400—Y1500。
外业地面已知边观测在点G103设站，后视G105，独立观测四测回，每测回均先进行测前零位测量，采用逆转点法观测数据 5组，逆转点读数中值符合要求后，进行测后零位测定;陀螺定向完成后，在点 G105 设站，后视G103，按照上述方法进行陀螺定向，满足要求后，取两端定向均值为陀螺观测方位角。地下检测边观测方法同上。
内业数据计算：仪器常数=已知边方位角-陀螺观测方位角;地下检测边方位角=仪器常数+地下检测边陀螺方位角平均值。
2.2.3注意事项
1)整个测量过程尽量保证控制网一致，不得随意更换控制网的起算点，相邻控制边边长布设合理，相邻导线点间、导线点与其相连的GPS点之间的垂直角不应>30° [5] ，视线距障碍物的距离不应<1.5 m。观测过程中在照准光学对中觇牌、反射片进行距离测量时，注意更改仪器常数，确保正确测距。
2)联系测量中所用的阻尼液稠度不宜过浓，不得采用重机油等其他液体。悬吊钢丝的重锤不能碰壁或触底。近井点至钢丝的距离不宜过短，以免影响钢丝测角。测量时应避免在有风、高温、潮湿的天气条件下进行。
3)洞内宜布设成双导线，形成多边形闭合环;小半径曲线地段应提前考虑点位的通视情况且边长应尽量拉长。洞内导线测量时应随时记录温度、湿度情况，应避开热源、振源。
4)进行陀螺仪测量时，地面已知边应选在无明显振动，无风流、交通、人流影响的位置并避开高压电磁场;地下检测边应选在施工影响范围外且边长应>60 m，视线距隧道边墙的距离应>0.5 m[4] 。测量前应检查仪器常数的稳定状态。在检测过程中，由于地面已知边与地下检测边相距较远，存在地理经纬度差异，为确保测量成果的准确性，需加入补偿子午收敛角进行改正 γ=(λ-λ1)sinφ 式中：γ——补偿子午收敛角; λ——仪器架设点经度，精确到"; λ1——仪器架设点3°带中央经线，一般为3的整倍数; φ——仪器架设点纬度，精确到'。
3测量成果分析
3.1基线测量
区间右线始发基线方位角最大较差为 2.7″，边长最大较差为 2.4 mm，约束边成果 4 组，方位角较差最大值为-1.85″，边长最大差值为 0.3 mm，满足要求[4] 。见表4。
3.2陀螺测量
区间右线测量所得坐标方位与陀螺方位进行比较，陀螺较差满足要求[4] 。见表5。
3.3贯通测量
九江北站方向以贯通前150 m联系测量距离贯通面最近 3个已知点成果为起算数据，经转点测量至贯通点(GTDY);白佛桥站方向以底板控制点为起算数据，经转点测量至贯通点。经平差处理，贯通测量成果良好，满足要求。见表6。
3.4控制点联测
右线在九江北站方向、白佛站方向分别以始发基线 Y01—Y02、Y201—Y100-1 为起算边，构成附合导线，内业按精密导线进行严密平差，测量精度满足要求[4] 。将地下约束边贯通前、联测坐标方位角进行比较，约束边联测成果差值满足要求。见表7。
4结论
该控制测量方法始发基线、约束边各阶段方位角较差较小，各阶段测量成果可控，满足要求;具有外业工作强度小，联系测量占用隧道时间少，减少钢丝观测组数，无须进行大范围的地面控制测量，不用进行风井投点或地面开孔投点，经济成本低等优点。