闭合导线在地铁较长盾构区间施工控制测量中的研究与应用

闫瑞海

（中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063）

闭合导线在地铁较长盾构区间施工控制测量中的研究与应用

闫瑞海*

（中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063）

地下导线通常是一条支导线，且没有检核条件，在盾构区间距离较长时，不能确保地下导线的精度。通过研究实践，以某城市地铁2号线延伸线盾构区间为例，将地面GPS点、近井导线点、地下精密导线点连在一起构成一条闭合导线，并使用高精度全站仪Leica TS30进行自动照准测量。测量结果表明，该方法在距离较长的盾构区间，不仅精度好，而且效率高，且具有检核条件，降低了盾构机不能顺利出洞的风险。

闭合导线；盾构区间；施工控制测量；高精度全站仪

1　引 言

地铁工程线路长，全线分标段施工，各标段分别由不同的承包商施工。要保证贯通，每个标段不仅要完成本标段测量任务，还要顾及与相邻标段间的衔接。为了确保线路沿着隧道设计轴线运行，就必须把盾构施工控制测量摆在首要位置。

城市地铁施工测量在统一基准，逐级控制的条件下，一般不难达到国家有关技术规定的贯通误差要求。但在特殊情况下，如盾构施工距离比较长，超过1 300 m时，就需要制定专项施工控制测量方案。

归纳起来，保证盾构施工贯通的测量环节有地面控制测量、竖井联系测量和地下控制测量。由于地面测量条件比较好，可以采用的提高精度的测量方法比较多，而限制提高盾构施工测量精度的测量主要环节是后两项，本文对如何控制竖井联系测量和地下施工控制测量精度进行了研究，并根据实践提出了一套有效的测量方法。

2　地铁盾构施工平面控制测量概述

2.1地面平面控制测量

地面平面控制网是地铁盾构施工测量平面控制网的基准，地面平面控制网精度直接影响地下控制网的精度，并最终影响贯通误差。平面控制网应沿线路布设，由两个等级组成，一等为GPS平面控制网，二等为精密导线控制网，分级布设。

GPS网一般在城市独立坐标系下建立C级GPS控制网，沿地铁线路约每4 km布设一对GPS点，在不同线路交叉有联络线处或同一线路不同施工标段衔接处应布设2个以上的重合点［1］。

精密导线网的布设，应在搜集和了解有关资料的基础上，采用野外踏勘和图上设计相结合的方法反复进行，结合设计车站、井口的位置以及卫星定位控制点的位置布设，精密导线网应尽量沿轨道交通线路布设成直伸形状，形成起闭于GPS定位控制点上的附合导线、闭合导线或结点导线网的形式；每个导线点应具备两个以上的后视方向，必须能控制轨道交通盾构区间线路和车站位置。精密导线平均边长350 m，按规范要求进行测量。

2.2联系测量

联系测量是将地面的平面坐标引入井下，使井上下具有相同的坐标系统。在地铁修建过程中，当车站始发井施工完成后，要及时将地面的平面坐标传递到始发井井下，以便指导盾构施工掘进。传递到井下的平面坐标是地铁盾构施工的起算数据，成果的正确与否、精度高低直接关系到隧道掘进方向的准确性，关系着施工线路是否符合设计要求。因此，一般施工方施测完成后，由第三方测量独立进行复测，确保联系测量成果的正确性。本文采用导线直接传递法，使用高精度自动全站仪Leica TS30进行导线直传，不仅方便，而且效率和精度高。

2.3地下导线测量

区间地下导线点从隧道掘进起始点开始，直线隧道每掘进200 m或曲线隧道每掘进100 m时，应布设地下平面控制点。地下导线测量按精密导线要求施测，采用Ⅰ级全站仪，左右角各观测两测回，边长往返观测各两测回。地下导线通常都是一条支导线，没有检核条件，一旦测量过程中出现错误，将直接导致盾构区间不能顺利贯通。本文在克服盾构隧道狭窄的情况下，将地下导线控制网构成闭合导线，使其具有检核条件，可以提高地下平面控制网的精度，确保施工安全。

3　地铁较长盾构区间闭合导线控制网的建立

本文较长盾构区间是指按照所在城市轨道交通建设公司技术规定为区间长度超过 1 300 m，掘进至600 m后，每500 m必须增加一次包括联系测量在内的地下控制测量，并加测陀螺定向以校核坐标方位。

闭合导线控制网由地面GPS控制点、地面近井导线点、车站中板和底板导线点、区间地下精密导线点组成，且起闭于地面GPS控制点，并将地面和地下导线点连成一条闭合导线。

闭合导线控制网所有控制点均采用强制对中装置，GPS点和地面近井导线点使用水泥观测墩，车站中板和底板导线点可以采用钢制三角对中装置或水泥观测墩［2］，区间地下精密导线点是在隧道管片上安装钢制强制对中装置，如图1～图3所示:

图1　GPS控制点

图2　近井、底板、中板导线点

图3　地下导线点

影响闭合导线控制网布网精度的首要因素就是如何选择各地面近井导线点、车站中板和底板导线点、区间地下精密导线点的最优位置，根据《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008以及以往类似工程经验，点位布设应遵循以下原则:

（1）相邻导线点间以及导线点与其相连的卫星点位之间的垂直角不应大于30°。

（2）区间地下导线点从隧道掘进起始点开始，隧道内控制点平均变长宜为150 m。曲线隧道控制点间距不应小于60 m。在曲线段，尽可能增加导线边长，将曲线段布设成交叉导线。

（3）区间地下控制点应避开强光源、热源、淋水等地方，控制点间视线距隧道壁应大于0.5 m。

4　盾构施工贯通误差分析

贯通误差是指隧道施工由两相邻开挖洞口的施工中线在贯通面处的偏差［3］。根据《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008中的要求，暗明挖隧道横向贯通测量中误差为±50 mm。

通常情况下，隧道横向贯通误差是由地面控制测量、竖井联系测量及地下导线测量的误差引起的，地面控制测量影响隧道贯通偏差的主要因素是始发井和接收井口地面点的相对点位误差和相对方位角误差，联系测量影响贯通的主要误差是投点误差和定向边的方位角误差，隧道导线测量影响贯通的主要误差是测角误差和测距误差。

本文闭合导线起算于地面GPS控制点，地面测量、联系测量、地下导线测量集成为一条闭合导线，按精密导线要求进行测量，因此闭合导线的横向贯通中误差来源于GPS控制点的测量误差和精密导线最弱点横向测量误差。

则隧道横向贯通中误差为:

从实际的测量情况看，目前利用高精度的GPS静态相对定位，建立地面平面控制网，只要布网合理，精度都非常高，对隧道横向贯通误差的影响很小［4］，可忽略不计。

因此，在GPS控制点测量误差忽略的情况下，隧道横向贯通中误差M≈muk，muk为导线最弱点的横向中误差。

5　闭合导线在地铁较长盾构区间施工控制测量中的应用

5.1闭合导线在盾构隧道施工控制测量中的测量实例

以某城市地铁2号线延伸线工程为例，该工程共包括12个盾构区间，其中距离较长，且超过1 300 m的盾构区间有2个，其他10个盾构区间长度在300 m～1 200 m，盾构区间平均长度为914.8 m。采取其中的较长的II-Y-TS-04标松涛街站～金谷路站盾构区间左线施工控制网测量为例进行数据分析，区间概况如下。

松涛街站～金谷路站区间隧道从松涛街站东端出发，沿创苑路向东，下穿雪堂街、林泉路、星塘街及星塘街1号桥，最后到达金谷路站西端。区间线路呈东西走向，共采用三段较短的过渡曲线，半径分别为3 000 m、2 000 m及3 000 m。左线隧道全长1489.324 m，右线隧道全长1 489.800 m，区间左右线总长2 979.124 m；区间设置联络通道1处、联络通道（与泵房合建）1处。

闭合导线起算于地面GPS点G44和G45，共布设17个导线点，其中2个为支导线点（如图4所示），曲线段导线边相互交叉，全部为强制对中台，测量采用I级高精度自动化全站仪Leica TS30（测角0.5″，测距1 mm+1 ppm）中的自动目标识别（ATR）功能自动照准测量，可以克服盾构区间水雾气大，能见度低，常规仪器无法测量的条件，提高观测效率，按照《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008中精密导线测量要求施测。

算例采用较为成熟的商业平差软件“南方平差易2002”进行平差，平差结果如下:

（1）闭合路径

［2G45-2G44-D1-G1-G2-G3-G4-G5-G6-L5-L4-L3-L2-L1-X2-X1-D3-2G44-2G45］，图4中DL2 和DL3为吊篮定向点，且为支点，其中DL3为用于盾构机最终出洞的导线点，用来架设盾构机导向系统使用的全站仪。线路总边长为 3 466.836 m，平均边长为 216.677 m，最小边长为 26.452 m，最大边长为518.159 m。

（2）控制网中误差情况

点位误差最大的点为DL3，DL3的点位误差为0.022 5 m；

点DL3的横向中误差为0.0216 m，因此，根据M ≈muk，隧道横向贯通中误差M≈0.021 6 m，小于规范规定的横向贯通中误差±50 mm。

（3）角度闭合差为-3″，限差为20″。

（4）X坐标闭合差fx为0.001 m，Y坐标闭合差fy 为0.016 m，全长闭合差fd为0.016 m。

（5）全长相对闭合差为1/212227，远小于规范限差1/35000。

5.2与加测陀螺方位角对比

因为本区间长度超过1 300 m，按照要求，在盾构区间三分之二处加测一个陀螺方位角，可以限制导线测角误差的积累，提高定向精度。

本区间在约1 100 m处加测陀螺方位角，测量采用苏州一光仪器有限公司的自动陀螺仪GTA1010，全站仪采用苏州一光RTS352R5全站仪，陀螺仪测量精度为10″。地下定向边陀螺方位角测量采用“地面已知边—地下定向边—地面已知边”的测量程序，地面已知边为2D103✍2D104，地下定向边为L5✍G6，L5✍G6的陀螺所测方位角由陀螺观测值加上陀螺常数求得，L5✍G6的导线方位角与陀螺所测方位角的差值为1.9″，误差较小，表明导线精度较好。计算过程如表1所示。

陀螺方位角计算过程　表1

6　结论与展望

闭合导线将地面GPS点、近井导线点、地下精密导线点连在一起构成一条闭合导线，测量过程中误差主要来源于测角和测边误差，而测角和测边误差取决于仪器对中误差和人为观测误差。使用强制对中装置可以消除仪器对中误差，使用高精度自动全站仪Leica TS30自动照准功能，测量导线左右角可以消除人为观测误差。因此，采用该测量方法，可以较好地提高测量精度，且具有检核条件，减小横向贯通误差。

根据文中介绍的技术和方法，成功完成了该城市2号线延伸线12个盾构区间的测量任务，不但满足隧道横向贯通限差要求，易于操作，且未发生过测量事故，深受该市轨道公司的好评。实践证明，文章上述方法是精确可行的，同时也为同类工程施工测量积累了经验。下一步工作展望是研究使用高精度全站仪进行三角高程测量，在进行地下平面控制测量的同时，获得地下高程控制，提高工作效率。

［1］胡荣明.城市地铁施工测量安全及安全监测预警信息系统研究［D］.西安：陕西师范大学，2011.

［2］潘国荣，车建仁.城市地铁建设中的测量技术［J］.江西科学，2006，24（4）：205～208.

［3］徐顺明.广州轨道交通盾构隧道施工控制测量的研究［D］.武汉：武汉大学，2011.

［4］刘相法.城市地下工程定向测量及监测技术研究［D］.南京：东南大学，2006.

The Application of Closed traverse on Construction Control Survey in longer Metro Shield Tunnel

Yan Ruihai
（China Shipbuilding Industry Institute of Engineering Investigation&Design Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

Usually，underground traverse is an open traverse with no check conditions.It can't ensure the accuracy while the shield tunnel is relatively longer.In the study of city A，for its Metro Line 2 extension line shield tunnel，ground GPS points，close-to-well traverse points and underground traverse points are connected together to form a closed traverse.Leica TS30，a high-precision total station is used for automatic sighting measurement.The results show that this method in longer distance shield tunnel is with good accuracy and high efficiency，and also has check Conditions.In summary，this method can reduce the risk that the shield machine can't get out of the hole.

closed traverse；shield tunnel；construction control survey；high-precision total station

1672-8262（2016）04-130-04

P258

B

2016—01—12

闫瑞海（1984—），男，工程师，主要从事工程测量与监测工作。