长大隧道联系测量技术在地铁项目中的运用

翟 华 李培

上海宝冶集团有限公司 上海 200941

正文：

贵阳市轨道交通2号线二期工程富源北路站-森林公园站，线路全长3KM，分别在富源北路站、森林公园站段设置施工斜井，在整条线路中部设置中间风井。为确保整条线路的贯通，最主要的工作是通过联系测量将洞外的控制点经过斜井和竖井导入到正洞里面，斜井、竖井的联系测量和隧道洞内控制测量就成了保证隧道贯通精度的首要条件。

1.长大隧道联系测量

长大隧道联系测量一般采用隧洞内精密导线测量的方法进行，洞内控制导线若布设成等边直伸型，隧道的横向贯通误差受测角误差的影响，可以采用精度较高的全站仪，可以提高测角精度；隧道的横向贯通误差随着测站数的增加而增大，在保证通视条件和施工要求下，经量拉长导线边长，以减小坐标方位角传递误差；受洞内条件限制，长大隧道洞内以双导线布设形式向前传递，以此可以增加网的内部检核条件、提高网的可靠性。

1.1 富森斜井（富源北路站端）联系测量

根据设计图纸斜井设计坡度为-3.25%，不影响因坡度较大而产生的人为观测误差， 在图1中，分别在①②③④处布设CPIII预埋件，在斜井地面上布设导线控制点，通过CPIII网测设方法和地面导线相互检核，控制斜井导线点进入正洞，以便进行贯通测量。

图1 富森斜井联系测量示意图

1.2 富森泄水洞（森林公园站端）联系测量

富森区间（泄水洞）段暗挖隧道因与富森区间正洞平行，泄水洞中心线与右洞中心线间距20m，考虑到用传统的双导线布设方法对长达1.5KM（先贯通到中间风井处）暗挖隧道，布设精度较低，采用CPIII控制网和双导线同时布设，以便相互检核，提高控制网的精度。

图2 富森泄水洞联系测量示意图

在图2中，在泄水洞底面埋设一般导线控制点，在其隧道洞口及横通道与正洞洞口埋设CPIII网预埋件，考虑到泄水洞进正洞距离过段，采用多测角测距和CPIII控制网推进方法保证其控制网精度，对下一步贯通测量做基础。

1.3 竖井联系测量

竖井测量系测量一般采用导线定向法、钻井投点法、陀螺经纬仪定向和联系三角形测量等方法。

（1）导线定向法。导线定向法是利用导线传递测量的原理进行地下隧道竖井联系测量中的方法。由于在竖井端头的导线点布设边长较短、仰俯角大，对相对竖井埋深大于20m时，测量精度达不到贯通测量要求，一般情况不做考虑，导线定向法适用于施工现场比较开阔、地上地下通视条件良好的地段。

（2）钻井投点法。钻孔投点发是一种适合于浅埋（埋深小于30m）工程的竖井联系测量方法，利用地铁线路上方的钻孔或竖井通道上的钻孔，用垂准仪投点，井上投点坐标与近井导线联测，从而获得投点坐标，应用同一铅垂线上两点平面坐标相同的原理，得出井下投点坐标。具有作业时间段、测量精度高、简单直观、容易操作的特点。缺点是测量钻孔难度较大（垂直度要求高），钻孔成本较高。

（3）陀螺经纬仪定向。陀螺经纬仪是讲陀螺仪和经纬仪结合的仪器，它的优点是不受时间和环境的限制，同时观测简单方便、效率高，而且能保证较高的定向精度。而其缺点就是陀螺经纬仪成本较高，测量时需要一个相对平静的环境，不能有震动干扰，对施工进度造成一定的影响。

（4）联系三角形法。传统的联系三角形法是在井口悬挂两根细钢丝，与地面、地下测站形成个一悬挂钢丝的共同边长的三角形，通过解三角形将地面点坐标及方位角传递下去。其原理是已知地面控制点D1、D2（D1测站点），O1、O2为悬挂钢丝（竖井底部标记为O1'、O2'），S1、S2为隧道内控制点（S1为测站点）。分别架设全站仪于D1，S1点，对O1、O2两根钢丝测量水平角，以及边长D1-O1、D1-O2、O1-O2。根据测量数据，计算各边长与其相对应的角度改正数，根据改正后的边长及角度推算出TS1S2方位角及坐标。

2.案例分析

在国内大多数的竖井联系测量中，竖井的深度和大小决定了竖井联系测量的难易度，贵阳市轨道交通2号线二期工程富森区间中间风井深度达到57.795m，井口尺寸为9*9m，考虑到这条线路的长度及两端的斜井影响下，使用三丝法对竖井的联系测量是现阶段的可控的方法之一。

从双丝法的联系三角形发现用此方法在实际运用中精度较低，在特定的条件下满足不了规范要求，为了提高精度，保证隧道的贯通，可以在两根钢丝的基础上加一根钢丝来确保联系测量的精度及质量。为提高测量精度，本文采用三丝联系三角形测量方法。

图3 富森区间中间风井联系三角形测量示意图

从图3中，可以通过△D1-O1-O3与△S1-O1-O3和△D1-O1-O2与△S1-O1-O2两组数据来解算数据，并且通过三角形内角和180°特性，检算△O1-O2-O3所计算的数据进行平差，使得计算数据更加精确，在下一步隧道内部导线推进过程中，使得地面控制网数据通过竖井的联系，更加精准，减小了了隧道的贯通误差。

如图3所示，D1、D2分别为地面上近井点和连续点，O1、O2、O3为三根0.6mm钢丝（考虑竖井深度及垂球的质量），钢丝下部分别吊住15KG的垂球，在三根钢丝上下部分别贴上反射片，在D2与S1处分别架设全站仪，同时刻对三根钢丝和D1、DY01控制点进行测角测距（考虑到钢丝受井内气流影响），记录观测数据。角度观测采用全圆观测法，测量四个测回。

联系测量水平角观测值 表1

联系测量边长观测值（m） 表2

根据井上数据，分别在△D2-O1-O3、△D2-O1-O2中通过正弦定律计算出TO1-O3、T01-02方位角，用同样的方法在△S1-01-02、△S1-O1-O3中计算各三角形内角，计算三角形角度闭合差，根据平差计算出T01-S1=1°51′31″， TO1′-S1=1°51′25″，互差值为6″，取其平差值，计算定向边TS1-DY01方位角。分别独立对三根钢丝进行观测，计算出三次定向边方位角，各次定向坐标方位角差值不应小于20″，取其三次定向坐标方位角平均值为最终定向成果。

3.竖井联系测量方法比较

因为本工程竖井位于贵阳市森林公园里，周围通视条件差，竖井埋深为57.795m，比较上述方法：

①导线定向法在进行坐标方位角传递过程中需要在竖井侧壁埋设多个强制对中点，埋设过程中考虑到上下点位仰俯角对测量精度的影响，相对埋设控制点工作比较繁重，在之后的现场施工作业中，对点位的破坏存在一定的影响，故在此项目中，导线定向法不适合进行竖井的联系测量。

②钻孔投点法在进行钻孔选点时要考虑到对地面导线联测，而在进行钻孔时，57.95m的钻孔深度对钻孔作业是相对困难的，在钻孔过程中同时保证钻孔的垂直度，在此项目中，钻孔投点法也是不适合进行竖井联系测量。

③陀螺经纬仪定向法进行竖井的联系测量时，其精度与方便性时实用的，考虑到其成本高，在使用过程中考虑到各种环境因素对陀螺仪的影响，可以慎重考虑，结合上述方法，考虑到各种环境的影响，联系三角形法搭配陀螺仪定向法是对隧道竖井的联系测量最适用的。

结论

结合本工程隧道联系测量工作的实施，在对竖井、斜井、隧道洞内控制测量成果实际应用过程中，根据现场施工测量反馈的信息，现有的联系测量方法是该项目的最优方法，其测量成果完全满足规范要求，该项目的联系测量工作质量是可控的，对整条线路的贯通是有保证的。