長大隧道聯系測量技術在地鐵項目中的運用

翟 華 李培

上海寶冶集團有限公司 上海 200941

正文：

貴陽市軌道交通2號線二期工程富源北路站-森林公園站，線路全長3KM，分別在富源北路站、森林公園站段設置施工斜井，在整條線路中部設置中間風井。為確保整條線路的貫通，最主要的工作是通過聯系測量將洞外的控制點經過斜井和豎井導入到正洞里面，斜井、豎井的聯系測量和隧道洞內控制測量就成了保證隧道貫通精度的首要條件。

1.長大隧道聯系測量

長大隧道聯系測量一般采用隧洞內精密導線測量的方法進行，洞內控制導線若布設成等邊直伸型，隧道的橫向貫通誤差受測角誤差的影響，可以采用精度較高的全站儀，可以提高測角精度；隧道的橫向貫通誤差隨著測站數的增加而增大，在保證通視條件和施工要求下，經量拉長導線邊長，以減小坐標方位角傳遞誤差；受洞內條件限制，長大隧道洞內以雙導線布設形式向前傳遞，以此可以增加網的內部檢核條件、提高網的可靠性。

1.1 富森斜井（富源北路站端）聯系測量

根據設計圖紙斜井設計坡度為-3.25%，不影響因坡度較大而產生的人為觀測誤差， 在圖1中，分別在①②③④處布設CPIII預埋件，在斜井地面上布設導線控制點，通過CPIII網測設方法和地面導線相互檢核，控制斜井導線點進入正洞，以便進行貫通測量。

圖1 富森斜井聯系測量示意圖

1.2 富森泄水洞（森林公園站端）聯系測量

富森區間（泄水洞）段暗挖隧道因與富森區間正洞平行，泄水洞中心線與右洞中心線間距20m，考慮到用傳統的雙導線布設方法對長達1.5KM（先貫通到中間風井處）暗挖隧道，布設精度較低，采用CPIII控制網和雙導線同時布設，以便相互檢核，提高控制網的精度。

圖2 富森泄水洞聯系測量示意圖

在圖2中，在泄水洞底面埋設一般導線控制點，在其隧道洞口及橫通道與正洞洞口埋設CPIII網預埋件，考慮到泄水洞進正洞距離過段，采用多測角測距和CPIII控制網推進方法保證其控制網精度，對下一步貫通測量做基礎。

1.3 豎井聯系測量

豎井測量系測量一般采用導線定向法、鉆井投點法、陀螺經緯儀定向和聯系三角形測量等方法。

（1）導線定向法。導線定向法是利用導線傳遞測量的原理進行地下隧道豎井聯系測量中的方法。由于在豎井端頭的導線點布設邊長較短、仰俯角大，對相對豎井埋深大于20m時，測量精度達不到貫通測量要求，一般情況不做考慮，導線定向法適用于施工現場比較開闊、地上地下通視條件良好的地段。

（2）鉆井投點法。鉆孔投點發是一種適合于淺埋（埋深小于30m）工程的豎井聯系測量方法，利用地鐵線路上方的鉆孔或豎井通道上的鉆孔，用垂準儀投點，井上投點坐標與近井導線聯測，從而獲得投點坐標，應用同一鉛垂線上兩點平面坐標相同的原理，得出井下投點坐標。具有作業時間段、測量精度高、簡單直觀、容易操作的特點。缺點是測量鉆孔難度較大（垂直度要求高），鉆孔成本較高。

（3）陀螺經緯儀定向。陀螺經緯儀是講陀螺儀和經緯儀結合的儀器，它的優點是不受時間和環境的限制，同時觀測簡單方便、效率高，而且能保證較高的定向精度。而其缺點就是陀螺經緯儀成本較高，測量時需要一個相對平靜的環境，不能有震動干擾，對施工進度造成一定的影響。

（4）聯系三角形法。傳統的聯系三角形法是在井口懸掛兩根細鋼絲，與地面、地下測站形成個一懸掛鋼絲的共同邊長的三角形，通過解三角形將地面點坐標及方位角傳遞下去。其原理是已知地面控制點D1、D2（D1測站點），O1、O2為懸掛鋼絲（豎井底部標記為O1'、O2'），S1、S2為隧道內控制點（S1為測站點）。分別架設全站儀于D1，S1點，對O1、O2兩根鋼絲測量水平角，以及邊長D1-O1、D1-O2、O1-O2。根據測量數據，計算各邊長與其相對應的角度改正數，根據改正后的邊長及角度推算出TS1S2方位角及坐標。

2.案例分析

在國內大多數的豎井聯系測量中，豎井的深度和大小決定了豎井聯系測量的難易度，貴陽市軌道交通2號線二期工程富森區間中間風井深度達到57.795m，井口尺寸為9*9m，考慮到這條線路的長度及兩端的斜井影響下，使用三絲法對豎井的聯系測量是現階段的可控的方法之一。

從雙絲法的聯系三角形發現用此方法在實際運用中精度較低，在特定的條件下滿足不了規范要求，為了提高精度，保證隧道的貫通，可以在兩根鋼絲的基礎上加一根鋼絲來確保聯系測量的精度及質量。為提高測量精度，本文采用三絲聯系三角形測量方法。

圖3 富森區間中間風井聯系三角形測量示意圖

從圖3中，可以通過△D1-O1-O3與△S1-O1-O3和△D1-O1-O2與△S1-O1-O2兩組數據來解算數據，并且通過三角形內角和180°特性，檢算△O1-O2-O3所計算的數據進行平差，使得計算數據更加精確，在下一步隧道內部導線推進過程中，使得地面控制網數據通過豎井的聯系，更加精準，減小了了隧道的貫通誤差。

如圖3所示，D1、D2分別為地面上近井點和連續點，O1、O2、O3為三根0.6mm鋼絲（考慮豎井深度及垂球的質量），鋼絲下部分別吊住15KG的垂球，在三根鋼絲上下部分別貼上反射片，在D2與S1處分別架設全站儀，同時刻對三根鋼絲和D1、DY01控制點進行測角測距（考慮到鋼絲受井內氣流影響），記錄觀測數據。角度觀測采用全圓觀測法，測量四個測回。

聯系測量水平角觀測值 表1

聯系測量邊長觀測值（m） 表2

根據井上數據，分別在△D2-O1-O3、△D2-O1-O2中通過正弦定律計算出TO1-O3、T01-02方位角，用同樣的方法在△S1-01-02、△S1-O1-O3中計算各三角形內角，計算三角形角度閉合差，根據平差計算出T01-S1=1°51′31″， TO1′-S1=1°51′25″，互差值為6″，取其平差值，計算定向邊TS1-DY01方位角。分別獨立對三根鋼絲進行觀測，計算出三次定向邊方位角，各次定向坐標方位角差值不應小于20″，取其三次定向坐標方位角平均值為最終定向成果。

3.豎井聯系測量方法比較

因為本工程豎井位于貴陽市森林公園里，周圍通視條件差，豎井埋深為57.795m，比較上述方法：

①導線定向法在進行坐標方位角傳遞過程中需要在豎井側壁埋設多個強制對中點，埋設過程中考慮到上下點位仰俯角對測量精度的影響，相對埋設控制點工作比較繁重，在之后的現場施工作業中，對點位的破壞存在一定的影響，故在此項目中，導線定向法不適合進行豎井的聯系測量。

②鉆孔投點法在進行鉆孔選點時要考慮到對地面導線聯測，而在進行鉆孔時，57.95m的鉆孔深度對鉆孔作業是相對困難的，在鉆孔過程中同時保證鉆孔的垂直度，在此項目中，鉆孔投點法也是不適合進行豎井聯系測量。

③陀螺經緯儀定向法進行豎井的聯系測量時，其精度與方便性時實用的，考慮到其成本高，在使用過程中考慮到各種環境因素對陀螺儀的影響，可以慎重考慮，結合上述方法，考慮到各種環境的影響，聯系三角形法搭配陀螺儀定向法是對隧道豎井的聯系測量最適用的。

結論

結合本工程隧道聯系測量工作的實施，在對豎井、斜井、隧道洞內控制測量成果實際應用過程中，根據現場施工測量反饋的信息，現有的聯系測量方法是該項目的最優方法，其測量成果完全滿足規范要求，該項目的聯系測量工作質量是可控的，對整條線路的貫通是有保證的。