□文/張文靜

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)了各大城市對(duì)地鐵建設(shè)的需求?？刂茰y(cè)量是地鐵隧道修建的重要前提和保障，巨大的盾構(gòu)機(jī)將地鐵隧道貫通，在設(shè)計(jì)圖紙上看貫通的隧道就是一條線狀地物，控制測(cè)量作為隧道貫通是否按照?qǐng)D紙推進(jìn)的衡量標(biāo)尺，在工作開展中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差：對(duì)距離的測(cè)量會(huì)引起縱向上的誤差，對(duì)角度的測(cè)量會(huì)引起橫向上的誤差。當(dāng)縱橫比例嚴(yán)重失調(diào)時(shí)，橫向誤差要比縱向誤差對(duì)隧道貫通誤差的影響大很多[1]。

提前預(yù)判隧道貫通誤差，有助于判斷隧道貫穿設(shè)計(jì)方案的合理性，檢驗(yàn)其能否滿足設(shè)計(jì)和施工的要求。橫向貫通測(cè)量是隧道控制測(cè)量的關(guān)鍵所在，一旦誤差超限，有可能造成建筑界限被已襯砌地段侵入，造成工期延誤和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

1 工程概況

成都地鐵4 號(hào)線西部新城西站—鳳凰大街站區(qū)間于西部新城西站東端頭起，沿綠化帶行進(jìn)，旁穿住宅小區(qū)，到達(dá)鳳凰大街站小里程端。區(qū)間起迄里程Y（Z）DK23 + 427.350～YDK24 + 700.418（ZDK24 +754.300），最小平面曲線半徑1 000 m，最大縱坡23‰，隧道頂埋深9.34～19.73 m，左線長(zhǎng)1 329.895 m（含長(zhǎng)鏈2.945 m），右線長(zhǎng)1 276.012 m（含長(zhǎng)鏈2.944 m）。里程Y（Z）DK23+900.000 處設(shè)1#聯(lián)絡(luò)通道，里程Y（Z）DK24+232.438 處設(shè)2#聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房。

2 橫向貫通誤差的計(jì)算

2.1 測(cè)量方法

暗挖施工隧道采用中線點(diǎn)作為控制依據(jù)，可以采用中線法進(jìn)行貫通誤差測(cè)量。

具體操作：選取一個(gè)貫通面，在左右兩側(cè)一段距離延中線各選取一個(gè)點(diǎn)位，兩個(gè)點(diǎn)位分別向貫通面延伸至中線點(diǎn)位A、B，其中A、B兩點(diǎn)的間距即為橫向貫通誤差。見圖1。

圖1 中線法測(cè)量貫通誤差

施工過程中，地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量是影響橫向貫通測(cè)量的主要因素，為滿足貫通精度，在測(cè)量過程中必須嚴(yán)格控制各項(xiàng)取值，見表1[3]。

表1 貫通誤差限值

2.2 地面控制測(cè)量影響橫向貫通誤差值的計(jì)算

地面導(dǎo)線測(cè)量能控制隧道的掘進(jìn)方向，測(cè)邊會(huì)造成貫通面在距離上的誤差，產(chǎn)生的影響較小，但是測(cè)角誤差會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。計(jì)算測(cè)邊和測(cè)角對(duì)橫向貫通誤差的影響值

式中：myβ、my1分別為在貫通面上由地面控制測(cè)量中的測(cè)角、測(cè)邊引起的誤差。

式中：mβ為地面導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量中的測(cè)角中誤差；ρ為一個(gè)常數(shù)，值為206 265；RX為地面導(dǎo)線控制測(cè)量中各導(dǎo)線點(diǎn)在垂直于貫通面上與其之間的距離；為地面導(dǎo)線控制測(cè)量方案中選定的邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差；dy為導(dǎo)線控制測(cè)量中每條導(dǎo)線邊投影到貫通面上的長(zhǎng)度[4]。

依據(jù)文獻(xiàn)[3]對(duì)精密導(dǎo)線測(cè)量限差的規(guī)定，西—鳳區(qū)間采用二等精密導(dǎo)線測(cè)量，mβ的規(guī)定值為±2.5″，的規(guī)定值為1/80 000。的取值見表2。

表2 貫通誤差與地面導(dǎo)線點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)計(jì)算

西—鳳區(qū)間橫向貫通中誤差由導(dǎo)線測(cè)量中測(cè)角產(chǎn)生的影響值

因?qū)Ь€測(cè)量中測(cè)邊產(chǎn)生的橫向貫通誤差影響值

地面導(dǎo)線控制測(cè)量對(duì)橫向貫通產(chǎn)生的誤差

通過上述計(jì)算，由地面導(dǎo)線控制測(cè)量產(chǎn)生的影響值小于規(guī)范規(guī)定，表明方案中的各個(gè)參數(shù)的選定值是可行的。

2.3 豎井聯(lián)系測(cè)量影響橫向貫通誤差值的計(jì)算

為確保隧道順利貫通，利用聯(lián)系測(cè)量的方法將地面平面坐標(biāo)和高程傳遞到隧道中，從而指引盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向。一般要對(duì)懸掛的鋼絲進(jìn)行三次測(cè)量，保證測(cè)量過程中測(cè)角和測(cè)邊的精度，減小由于投點(diǎn)和定向?qū)M向貫通誤差值的影響。

式中：mρ聯(lián)為聯(lián)系測(cè)量點(diǎn)位中誤差；mβ聯(lián)·L/ρ為定向精度對(duì)橫向貫通中誤差的影響；mβ聯(lián)為聯(lián)系測(cè)量方位角中誤差；L為隧道貫通長(zhǎng)度。

聯(lián)系測(cè)量方位角中誤差mβ聯(lián)的近似公式為

式中：b為聯(lián)系測(cè)量豎井中懸掛的鋼絲和用于投點(diǎn)的近井點(diǎn)之間的最短距離；a為豎井中懸掛鋼絲之間的距離；mα為測(cè)角中誤差。

因此，對(duì)兩個(gè)豎井聯(lián)系測(cè)量的影響值取平均獲得橫向貫通誤差由聯(lián)系測(cè)量造成的誤差值為M2=16.4(mm)，滿足規(guī)范＜25 mm的要求。

2.4 地下導(dǎo)線測(cè)量影響橫向貫通誤差值的計(jì)算

西—鳳區(qū)間洞內(nèi)導(dǎo)線沿隧道中心線布設(shè)，測(cè)距精度較高，測(cè)邊對(duì)橫向貫通誤差的影響值較小，可以忽略不計(jì)；因此按照等邊直伸型導(dǎo)線進(jìn)行貫通值的估算。但是，在進(jìn)行地下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)要精確測(cè)量導(dǎo)線間的夾角，測(cè)角是引起貫通面誤差的關(guān)鍵因素。橫向貫通誤差由地下導(dǎo)線測(cè)量引起的影響值估算近似公式

式中：s為導(dǎo)線的平均邊長(zhǎng)；n為導(dǎo)線的邊數(shù)。

將地下導(dǎo)線的影響值與表1中的限差進(jìn)行比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，影響值小于限差，滿足要求。將三類影響值帶入公式進(jìn)行最終的計(jì)算，可以得出方案預(yù)估的橫向貫通誤差的值為

2.5 橫向貫通誤差的實(shí)測(cè)

采用西—鳳盾構(gòu)區(qū)間左線貫通前150～200 m 聯(lián)系測(cè)量控制點(diǎn)成果Z16、Z17和鳳凰大街站底板控制點(diǎn)成果FD3、FD8 作為起算數(shù)據(jù)。首先在貫通面上設(shè)置一個(gè)貫通點(diǎn)GTM，在小里程端以Z16-Z17 邊為起始邊，在大里程端以FD3-FD8為起始邊，采用測(cè)回法分別測(cè)量至設(shè)置的貫通點(diǎn)上。

通過嚴(yán)密平差計(jì)算可以分別得出小里程端與大里程端在貫通點(diǎn)上的三維坐標(biāo)，在線路法線方向及其方向上分別獲得貫通點(diǎn)的投影，從而獲得兩點(diǎn)的里程與偏距，比較大里程端與小里程端所計(jì)算貫通點(diǎn)的里程之差與偏距之差得到縱向貫通誤差和橫向貫通誤差[5]。西—鳳盾構(gòu)區(qū)間左線的貫通誤差：橫向25.7 mm，縱向11.4 mm。

2.6 橫向貫通誤差的分析

橫向貫通誤差的方案估計(jì)和實(shí)測(cè)值分別為41.4、25.7 mm。從數(shù)值上可以看出，兩個(gè)數(shù)值相差15.7 mm。西—鳳區(qū)間的隧道為盾構(gòu)機(jī)從小里程車站進(jìn)洞，在聯(lián)系測(cè)量的指引下，在大里程端出洞，從而貫通整個(gè)隧道。聯(lián)系測(cè)量的兩個(gè)豎井靠近小里程端，貫通面的選取在大里程車站附近，這樣計(jì)算地面導(dǎo)線點(diǎn)至貫通的距離時(shí)數(shù)值是比較大的，從而造成貫通誤差增大。

在方案估計(jì)中，部分參數(shù)的取值是參照文獻(xiàn)[3]中的限差選取能夠允許的最大值來進(jìn)行計(jì)算的，這樣的選值估算是比較保守的；然而，實(shí)測(cè)中數(shù)據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的取值都是多次測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出來的。依據(jù)誤差理論，限差值的一半作為實(shí)測(cè)的取值，所以實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)相對(duì)來說是客觀真實(shí)的，這就使得橫向貫通誤差的實(shí)測(cè)值是估計(jì)值的一半左右[6]。

3 貫通誤差調(diào)整處理

實(shí)測(cè)貫通誤差結(jié)果出來以后，需要對(duì)其進(jìn)行一個(gè)分配處理，弱化貫通誤差的影響。一般的處理方式是通過一定的比例利用測(cè)量貫通誤差中與貫通面相近的控制平面和高程的點(diǎn)來分配誤差；另外一種情況是，當(dāng)貫通誤差值相對(duì)較小時(shí)，可以將誤差分配到整個(gè)貫通區(qū)間，為保證分配方法的可利用性，還需要對(duì)隧道開挖端附近的平面和高程控制點(diǎn)進(jìn)行檢核。

貫通誤差的調(diào)整應(yīng)遵循以下原則：

1）不能將貫通誤差中的方位角誤差分配在已經(jīng)襯砌部分的測(cè)量導(dǎo)線角上；

2）可以通過依照坐標(biāo)進(jìn)行平差處理和按照邊長(zhǎng)進(jìn)行比例劃分的方式，在隧道貫通的導(dǎo)線上進(jìn)行貫通點(diǎn)位坐標(biāo)閉合差的計(jì)算。

4 橫向貫通測(cè)量的注意事項(xiàng)

1）保證地面控制點(diǎn)的穩(wěn)定。

2）在測(cè)量過程中，采用高精度測(cè)量?jī)x器，科學(xué)合理的測(cè)量方法，必要時(shí)可以采用多種方法進(jìn)行驗(yàn)證，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3）在進(jìn)行貫通面測(cè)量前，需要進(jìn)行多次聯(lián)系測(cè)量，確保由地面?zhèn)魅胨淼乐械囊阎刂泣c(diǎn)坐標(biāo)和方位，保持點(diǎn)位的穩(wěn)定性，選用精度較高且穩(wěn)定的平面和高程控制點(diǎn)進(jìn)行貫通面測(cè)量。

5 結(jié)語

運(yùn)用隧道貫通測(cè)量相關(guān)知識(shí)，掌握了地鐵隧道橫向貫通的計(jì)算方法，結(jié)合成都地鐵4 號(hào)線工程的實(shí)際情況，運(yùn)用測(cè)量數(shù)據(jù)、規(guī)范參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值獲得了橫向貫通誤差估計(jì)值并與真實(shí)貫通誤差值進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：運(yùn)用理論公式，根據(jù)地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量能夠估計(jì)出地鐵隧道橫向貫通誤差。在誤差允許范圍內(nèi)能夠選取合理方案和高效的作業(yè)方法，盡可能減小貫通誤差，保證隧道貫通的質(zhì)量。