城市地鐵貫通測量方式研究

1、城市地鐵貫通測量方式研究 地鐵建設(shè) 為了緩解城市地面交通的嚴重擁擠狀態(tài)，全國大型城市相繼興建地下鐵道。 目前正在建設(shè)地鐵工程的城市有北京、天津、廣州、深圳、南京，武漢、重慶，而規(guī)劃有軌道交通（包括地鐵）建設(shè)工程項目的城市已達26個之多。 包括正在籌建中的蘇州、杭州、沈陽、成都、青島、西安等城市。 其中大多采用了盾構(gòu)法區(qū)間隧道建設(shè)工法。 除此之外，盾構(gòu)法隧道施工在諸如地下供水隧道、合流污水管道、供電和通訊電纜隧道、煤氣管道等方面的應(yīng)用也日漸普及。 盾構(gòu)法以其獨特的優(yōu)越性在城市交通及市政工程中發(fā)揮著作用。 地下鐵道工程測量的內(nèi)容 一、地面控制網(wǎng)測量1沿地鐵線路施測首級平面控制網(wǎng)（GPS網(wǎng)），并用導

2、線加密，精度相當于城市三、四等。 平均邊長，每個車站附近至少有1個互相通視的控制點。 2沿線路施測首級高程控制網(wǎng)，并加密精密水準點。 首級按城市二等水準施測，加密網(wǎng)的往返或附合線路閉合差定為8L mm。 二、地鐵施工測量 地鐵施工測量按服務(wù)性質(zhì)可以分為施工控制測量、細部放樣測量、竣工測量、環(huán)境監(jiān)測和其它測量等。 1施工控制測量 包括以下三部分： 1）地面控制測量。 維護施工期間地面的平面、高程主控制網(wǎng)完整，維護其可靠、可用；為施工方便加密地面控制點（包括地面工程、車站等）。 并維持其可靠、可用。 2）聯(lián)系測量。 豎井投點、定向，高程傳遞。 3）地下控制測量。 控制地下主導線，地下主水準網(wǎng)，顧及

3、各段工程間的銜接，確保各區(qū)間隧道貫通。 地鐵施工測量 2細部放樣測量 為施工導向、盾構(gòu)機定位、糾偏和裝配式襯砌的拼裝等而進行的測量作業(yè)。 3竣工測量是指根據(jù)貫通后地下導線平差成果調(diào)整中線后，按規(guī)定間距和斷面總數(shù)進行的斷面凈空測量和其它為積累竣工圖素材和編制竣工圖而進行的測繪工作。 4變形監(jiān)測是指隧道開挖期間對受施工影響的地上、地下及周圍建筑物的變形進行測量作業(yè)。 地下鐵道測量特點 地下鐵道測量不同于一般的建設(shè)工程施工測量，它有如下特點： 1. 全部解析設(shè)計、定線 因為地鐵建在建筑物密集、地下管網(wǎng)和地下建筑物繁多的城市環(huán)境里，其設(shè)計只能利用大比例尺地形圖和大量實測“控制點”的三維坐標來進行，其施

4、工放樣也是根據(jù)設(shè)計資料以三維坐標放點，而不象一般道路和鐵路用轉(zhuǎn)角、量邊放點。 2.地鐵專用控制網(wǎng)作用大 地鐵專用平面、高程控制網(wǎng)是施工時按照設(shè)計坐標在實地復現(xiàn)設(shè)計的唯一根據(jù)。 它建立在城市控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，相對精度又高于城市控制網(wǎng)。 它既保證全線首尾的平順銜接，又避免工程放樣時與設(shè)計使用的大量城市測量資料數(shù)據(jù)產(chǎn)生矛盾。 地下鐵道測量特點 3.總體規(guī)劃、分期建設(shè)地下鐵道工程浩大、投資大、工期長，一個城市地鐵建設(shè)要根據(jù)近期、遠期客流量先作總體規(guī)劃，分期建設(shè)。 測量工作不僅要考慮全局，既要沿每條線路獨立布設(shè)控制網(wǎng)，又要在線路交叉處有一定數(shù)量控制點重合，以保證各相關(guān)線路準確銜接。 4. 工程分段短，且分

5、段多地鐵工程受工期要求和盡量縮短對城市生活干擾要求的制約，全線要分成十幾個小段實施而且開工時間不同、方法不同、結(jié)構(gòu)形式多種多樣，又分別由不同的承包商施工。 要求達到準確的貫通，完整實現(xiàn)設(shè)計要求，不僅要求每個承包商的測量人員完成好本段的測量任務(wù)，還要顧及鄰接工程項目的銜接，并且需要一支專業(yè)測量隊伍來負責全線的控制點檢查及貫通檢核工作。 地下鐵道測量特點 5.地上、地下聯(lián)系密切 測量內(nèi)容多，與地面既有建筑結(jié)合緊密。 各測量體和線路聯(lián)接密切，地上、地下測量工作要保證萬無一失。 6. 限界裕量小 軌道交通工程有嚴格的限量規(guī)定。 為保證限界要求，應(yīng)給結(jié)構(gòu)輪廓考慮一定施工誤差作為裕量。 從降低工程成本的原

6、則出發(fā)，裕量盡量小，所以對施工測量精度要求較高。 7. 環(huán)境監(jiān)測任務(wù)重 地鐵工程盾構(gòu)掘進會對周圍城市環(huán)境產(chǎn)生影響，其中至少要對工程正上方及鄰近地表建筑物的沉陷、傾斜或位移進行觀測。 對某些從地下穿越居民區(qū)、水域、樁基的工程地段，這種觀測數(shù)量大，精度要求較高，如盾構(gòu)推進對地表沉降監(jiān)測的精度 1 mm。 在隧道建設(shè)中及建成后對洞體的沉降和位移進行變形監(jiān)測。 上海地鐵建設(shè) 規(guī)劃中的上海軌道交通路網(wǎng)共有17條線，總運營里程將達到800公里，而其中市區(qū)范圍內(nèi)的基本路網(wǎng)均由地下線路構(gòu)成。 目前，上海軌道交通一號線、二號線和三號線、一號線北延伸線以及2003年竣工的五號線已相繼投入正式運營；軌道交通四號線，

7、也即將在年底正式運營，二號線西延伸線、六號線和八號線正在建設(shè)；七號線又剛開工興建；據(jù)悉，至2010年前，上海還將新建軌道交通十號線、十一號線、十二號線和十三號線。 世博之前，上海將建成400公里以上的軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)。 基本形成一個國際型大都市所擁有的便捷的公共交通網(wǎng)。 上海地鐵貫通測量 克服目前國內(nèi)外普遍采用的等影響原則分配地鐵隧道軸線貫通各環(huán)節(jié)限差的缺陷，提出了切合地鐵隧道貫通實際的限差配賦原則，對每一環(huán)節(jié)的誤差進行精度分析、估算，并加以控制。 提出在確保隧道軸線貫通的前提下所采用的測量手段和方法，其有效性以成功地用于解決上海地鐵二號線四個區(qū)間段的貫通測量任務(wù)而得到驗證。 結(jié)合上海地鐵二號

8、線：東方路站至東昌路站、東昌路站至陸家嘴路站、靜安寺至江蘇路、陸家嘴路至河南中路隧道四個區(qū)間 隧道貫通測量的誤差來源 a)、地面控制測量誤差m1 ; b)、盾構(gòu)出洞處豎井聯(lián)系測量誤差m2 ; c)、盾構(gòu)進洞處洞口中心坐標測量誤差m3 ; d)、地下導線測量誤差m4 ; e)、盾構(gòu)姿態(tài)的定位測量誤差m5 。 誤差分配 根據(jù)經(jīng)驗：取用各項允許誤差為：m1= m ; m2 =2 m ; m3 = m ; m4 = 3 m ; m5 =2 m , 則區(qū)間隧道允許橫向貫通的誤差為 要求：地鐵隧道允許橫向和高程貫通的極限誤差為 50 mm, 則 m = 50 / 4.4 = 11.4 mm，從而可以求得每

9、道工序的極限誤差。 并以它作為采用各項測量方法的依據(jù) 地面控制測量允許極限誤差為：m1 11.4 mm, ； 豎井聯(lián)系測量允許的極限誤差為 m2 22.8 mm ,； 洞口中心坐標測量允許的極限誤差為 m3 11.4 mm,； 地下導線測量允許的極限誤差為 m4 34.2 mm , 盾構(gòu)姿態(tài)定位測量允許的極限誤差為m5 22.8 mm ； 各項誤差控制及措施 地面控制測量 m1 m=11.4 mm, 在車站施工期間，地面導線必須定期復測。 根據(jù)我們復測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有的導線點位移量達10 30 mm, 這就給各次聯(lián)系測量結(jié)果的互相比較產(chǎn)生困難。 為此，我們在復測時，都與較遠的導線點進行聯(lián)測，只有確

10、認地面導線點沒有移位的情況下，才可取各次聯(lián)系測量的平均值，作為地下導線的起算數(shù)據(jù)。 否則必須分別處理各次結(jié)果。 在東方路與東昌路站之間，由于東昌路上的地面控制點T205離東昌路站洞口較遠且與車站不通視，于是我們就在車站附近的世界廣場樓頂選擇一新點T205B與原來的兩個空導點（T205、T204），構(gòu)成一個三角形（如圖1），以TC1600全站儀觀測6測回，并往返觀測距離，得出新選點T205B的坐標。 然后以相互通視的T204和新選點T205B為地面導線控制點。 這樣就有效地減少了地面導線點的誤差對貫通的影響。 上海地鐵豎井聯(lián)系測量 把地面坐標、方位和高程傳遞到地下的測量工作為豎井聯(lián)系測量。 設(shè)地

11、鐵隧道長為1公里，則聯(lián)系測量傳遞方位的允許誤差為：m= m2 / s”。 聯(lián)系測量有下面三種方法：(1) 聯(lián)系測量鋼絲法： 通過豎井懸掛兩根鋼絲，由井上導線點測定與鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標以及它們之間的方位角，然后在井下，認為鋼絲的坐標和方位角已知，通過測量和計算便可得出地下導線點的坐標和方位角，這樣就把地上與地下導線聯(lián)系起來了。 這個方法的精度，取決于測站點和鋼絲懸掛點位置的選擇，具體要點為：a) 、盡可能小，應(yīng)小于1，成直伸三角形；b) b/a應(yīng)盡可能??；c) 鋼絲間的距離a應(yīng)盡可能長；d) 為提高精度和檢核，往往取用三根鋼絲組成雙聯(lián)系三角形。 (2)、投點儀方法 利用車站兩端

12、豎井，將井上點位投影到井下，作為地下導線的起始點。 本法的工作條件是：井上井下通視條件良好，并且井下可直接通向隧道方向。 投點儀法是利用車站兩端的出土豎井（圖），在兩個井上端各搭架一個觀測臺（A，B）， A 車 站 B 由地面導線測得觀測臺的坐標和方位，然后用垂直投影儀，將觀測臺坐標直接投到井下，作為井上兩點在井下的投影點,其坐標和方位就是地下導線的起算數(shù)據(jù)。 (3)、全站儀直接傳遞法 在井中適合位置砌造固定觀測墩，如不能一次傳入隧道內(nèi)，則再經(jīng)站廳砌造固定觀測墩傳至隧道內(nèi)。 這個方法必須解決下面兩個問題：就是儀器縱軸傾斜誤差影響和短邊上的對中誤差影響。 當高度角=35時,如果照準氣泡偏格(4)

13、，則對水平角影響3。 必須指出，這項誤差是屬于系統(tǒng)誤差，不能通過盤左盤右或多個測回數(shù)來消除。 這種傳遞方法，由于高差大，對儀器結(jié)構(gòu)完善要求高。 目前，全站儀均有縱軸傾斜自動改正裝置，經(jīng)過實踐，全站儀的這種補償功能的作用是有效的。 在短邊上對中誤差一般要求不大于。 這個誤差大多是由于覘牌變形所致，因此，對覘牌必須事先進行檢驗。 上海地鐵二號線貫通測量 上海地鐵二號線貫通測量 上海地鐵二號線貫通測量 上海地鐵二號線貫通測量 上海地鐵二號線貫通測量 上海地鐵二號線貫通測量盾構(gòu)進洞處洞口中心坐標測量隧道中心坐標的測量方法,其難度并不很高,但較復雜。 隧道瓦形環(huán)襯砌洞壁，環(huán)中心在洞壁上沒有明顯標志，所以

14、測量方法通常是測定一個圓周上若干點的坐標，然后按最小二乘擬合的方法計算環(huán)的橢圓度和環(huán)中心坐標上海地鐵二號線中，我們也試用一種簡便的方法。 具體就是用長5m的特制標桿，借助以水準器使標桿置于水平位置，這時標桿中央的標志就是環(huán)片的中央，如圖。 地下導線測量地下導線點隨著盾構(gòu)掘進而建立。 導線點通常建在管片頂部的儀器臺上，儀器采用強制歸心，測量人員可在吊籃上觀測并與儀器臺完全分離，從而確保儀器的穩(wěn)定性。 直線部分一般每100m設(shè)一個吊籃和儀器臺，曲線部分視曲線半徑大小，以控制盾構(gòu)軸線測量的需要而定，一般距離在30m60m之間。 地下導線對貫通測量誤差的影響主要由角度測量誤差引起，則其橫向誤差為： m

15、4=m / L ( n+1.5)/3設(shè) m=1.5 , L=1 km, n= 15 則 m4= 17 mm。 上海地鐵 上海地鐵盾構(gòu)定位姿態(tài)的測量 盾構(gòu)定位姿態(tài)測量主要就是依據(jù)地下導線點來精確確定盾構(gòu)掘進的方位和位置。 以使盾構(gòu)機在推進過程中偏差不超過。 我們要在隧道每推進一環(huán)（即一米）測定盾構(gòu)中心的位置以糾正盾構(gòu)定位的姿態(tài)。 1) 在曲線上顧及超高、超距影響的中心坐標計算方法: 值得指出的是：隧道中心的設(shè)計坐標在彎道上的計算不同于地面上曲線的計算方法。 在細部曲線放樣中，由于存在超高h和超距e，這時就存在設(shè)計曲線與施工曲線不一致的情況. 因為設(shè)計曲線指的是隧道內(nèi)鋪設(shè)軌道中心的曲線, 而施工是

16、要確定隧道中心的曲線,即盾構(gòu)推進的曲線在緩和曲線上超距逐漸減小，在直線上超距為零。 計算表明，當超高時, 則超距。 在盾構(gòu)推進過程中針對考慮超距影響的曲線設(shè)計坐標計算，我們推出了相應(yīng)的計算公式。 （1）、在緩和曲線上任意一點坐標的計算 先算該點切線支距法的坐標：式中：為緩和曲線長；為以ZH點起算的弧長。 式中： 為緩和曲線長； 為以ZH點起算的弧長。 坐標轉(zhuǎn)換： X= XZH+ x cos - y sin Y= YZH+ x sin +y cos在起始位置時，A；在終端時，A 且 XZHXHZ，YZHYHZ 。 A A A （2）、園曲線上任意一點坐標的計算 園心坐標（X0，Y0）計算： C=

17、A+（-）/ 2 X0=Xqz + R cosC Y0=Yqz + R sinC式中：（Xqz，Yqz ）為曲中點坐標； RRe 園心至HY點的方位角B為： B = C-（ - 2 0）/ 2 + =A + 0 + 3 / 2若任意點距起點（HY）的弧長為L，則園上任一點的坐標為： X=X0+ R cos（B+L/ R） Y=Y0+ R sin（B+L/ R）2)、確定盾構(gòu)定位姿態(tài)的測量方法 盾構(gòu)機在推進過程中，測量人員就是要讓盾構(gòu)機沿著設(shè)計里程、軸線、高程掘進，并正確進入接收井的預留門洞。 盾構(gòu)機在推進過程中，應(yīng)考慮因旋轉(zhuǎn)對水平偏差的影響，使盾構(gòu)中心軸線與理論軸線相互一致。 盾構(gòu)機每向前行進

18、的距離全靠千斤頂伸出的行程量控制。 對于直線段和曲線路徑都要導出公式，改正盾構(gòu)機切口和尾部對理論軸線行徑的改正數(shù)，因此對盾構(gòu)機的控制就必須根據(jù)推算公式，控制好盾構(gòu)機切口和盾尾的平面及高程偏差，使推進后每一環(huán)管片的偏差控制在精度范圍之內(nèi)。 確定盾構(gòu)定位姿態(tài)的測量方法盾構(gòu)姿態(tài)定位主要就是依據(jù)地下導線點來精確確定盾構(gòu)掘進的方向和位置。 對盾構(gòu)機姿態(tài)定位采取以下方法和措施：1 在盾構(gòu)機頂部中心軸線上，固定一水平前尺和水平后尺，并量取距離（圖），以控制盾構(gòu)橫向偏差。 盾構(gòu)推進方向中心軸左方水平尺刻劃為紅色，右方刻劃黑色注記。 儀器撥角指向水平紅色，讀數(shù)為“”，黑色讀數(shù)為“”。 切口盾尾前后確定盾構(gòu)定位姿

19、態(tài)的測量方法2.在水平后尺中心固定一根水準尺，尺底指向盾構(gòu)中心處引測中心高程。 3. 根據(jù)幾何原理，導出下列計算公式： 1) 平面部分盾構(gòu)機自身轉(zhuǎn)角改正： 其中：為轉(zhuǎn)角，右轉(zhuǎn)為負號，左轉(zhuǎn)為正號。 設(shè)計軸線與推進軸線不平行偏差計算(見圖)：設(shè)計軸線 隧道 盾尾切口前尺后尺bbaaYX切口偏差： x = - 2.605 (a + b) a + e尾部偏差： y = +2.648 (a + b) b + e確定盾構(gòu)定位姿態(tài)的測量方法1) 高程部分 令坡度為i, 則： 切口ih 盾尾-i2.538+h 上式：仰為“”，俯為“”； h= r r cos 為盾構(gòu)轉(zhuǎn)角引起豎直標尺位置改變的改正數(shù)。 根據(jù)該推

20、算公式，控制好盾構(gòu)機切口和盾尾的平面及高程偏差，推進后每一環(huán)管片的偏差必將控制在精度范圍之內(nèi)。 高程測量 首先用精密水準測量方法，對地面控制水準點進行聯(lián)測。 檢測是用精密水準儀N3，按II等水準測量方法進行往返觀測。 其結(jié)果為： 東方路站至東昌路站地面水準往返較差為； 東昌路站至陸家嘴路站地面水準往返較差為。 然后，各自將高程往返引測至井口附近臨時水準點，再用經(jīng)檢定過的鋼尺，10kg重錘懸掛在豎井中，進行高程聯(lián)系測量，在井下建立臨時水準點。 井下水準測量，我們?nèi)杂肗3水準儀，按三等水準測量方法進行往 返觀測,所以豎井水準測量精度容易達到。 值得注意的是：地面水準點和井下水準點都會產(chǎn)生沉降位移，必須定期復測。 通過復測我們發(fā)現(xiàn)：陸家嘴路站的II12地面水準點下沉了，張楊路上的II8地面水準點下沉了。 隧道貫通測量中的地下導線是一條支導線，這條導線是指示盾構(gòu)推進方向，它必須是十分準確的。 所謂準確性（Accuracy）包括兩個方面，即可靠性（Reliability）和精度（Precision）。 測量數(shù)據(jù)的可靠性在隧道施工中顯得特別重要，為此把地下導線布置成兩條支導線，每設(shè)置一個新的導線點，均由這兩條導線來測定，當檢核無誤后，取其平均值作為新點的測量數(shù)據(jù)如圖所示。 交叉導線 隧道在曲線部分時，可以跳站（隔一個或幾個測站）觀