长距离大断面地铁隧道测量控制技术探究.pdf

CM&M 2023.042170 引言相比于常规大型路面交通工程，长距离大断面地铁隧道作业场所为地下深埋区，由于隧道作业施工测量操作环境复杂、技术难度大，测量产生的误差难免会为隧道施工埋下安全质量隐患。精准可靠的测量工作，是地铁隧道工程顺利实施的重要保证。如何通过有效手段，对隧道施工测量精度实施有效控制，保证隧道盾构方向的精准性，是隧道工程亟待攻克的难点之一1。1 长距离大断面地铁隧道测量控制的必要性相比于小型隧道工程，长距离大断面隧道工程施工作业情况越发复杂。其工程作业量更大、对工期要求严格，且在施工中常遇到毒矿床、熔岩地质环境，对施工安全等级要求高。因此快速、安全地完成贯通成为隧道工程施工的关键所在2。依据误差传导规律可知，测量误差会随隧道纵深导线的距离深入而变大。当前主流长距离大断面隧道盾构挖掘方式，为双向进出口同时掘进。根据相关经验，此类隧道掘进需采取必要的贯通测量控制手段。依据施工作业次序不同，隧道贯通测量可分成挖掘施工的测量控制和隧道贯通后的误差测量控制。依据贯通后测量内容的差异，可分为高程误差测量和水平误差测量。完成隧道贯通后的水平和高程的误差测量，有利于验证测量精度是否满足工程建设需要，是否采取必要的纠偏措施。根据隧道工程实际状况，选择使用合理的检测技术及控制措施，配合健全的测量控制方案，可有效提升测量精度，形成准确的测量数据。将相关测量数据应用于长距离大断面地铁隧道建设，对于推进大长地铁隧道工程的有序发展具有重要意义。施工测量是地铁隧道工程的重要环节，科学的隧道测量技术配合实施必要的控制措施，可提升复杂条件下测量应用的适应能力，应对各类作业环境的工程测量，优化常规施工测量技术精度不达标、作业实施难度高、受狭小作业环境干扰等问题，保证地铁隧道工程的顺利实施，提升地铁隧道施工的规范性，避免工程返工及资源浪费，确保隧道施工质量。2 长距离大断面地铁隧道测量控制技术要点2.1 构建地铁隧道测量坐标体系长距离大断面地铁施工项目中，隧道曲线半径长度超过 1000m 的较为常见。针对此类施工情况，应在确定好隧道贯穿精度后，构建明确的隧道测量坐标体系3。坐标体系构建过程中，应综合考虑隧道整体盾构方案，明确隧道双向线路衔接贯通的合理性，结合隧道工程实际，形成相适应的隧道测量坐标体系。通常坐标体系需应用测量网技术单独建立，以增加测量坐标系统的准确可靠性，为后续的隧道测量及施工做好准备。2.2 布控隧道测量控制网布控隧道测量控制网的目的，是确保双向隧道相向挖掘作业的顺利实施，保证隧道成功贯通。为提高测量控制网布控精度，应选择适宜隧道建设实际的测量控制网模式。当前主流的控制网种类为 GPS 控制网、导线控制网和三角控制网等4。其中：GPS 控制网技术应用范围最广，测量精度最高；三角控制网技术主要应用于施工地势复杂、环境恶劣的作业区域；导线控制网技术主要应用于长距离大断面地铁隧道测量控制技术探究李晨旭（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京101300）摘要：结合长距离大断面地铁隧道工程实际，围绕长距离大断面地铁隧道测量控制展开研究。首先分析隧道测量控制的必要性，进而论述了长距离大断面地铁隧道测量控制技术要点，并对长距离大断面地铁隧道测量控制应用进行研究，以为相应规模地铁隧道施工测量控制提供借鉴。关键词：长距离大断面；地铁隧道；导线网；测量控制218工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工地势平坦的较好作业区域。隧道测量控制网如图 1 所示。2.3 预测隧道贯通偏差值贯通误差是长距离大断面地铁隧道贯通测量的常见问题。为此施工测量时，应根据测量仪器的特性，测算出放样点位允许误差内的最远距离，合理预测贯通偏差值，以保证测量的准确性。误差预测过程中，不能只为提升预测精度而选择大工作量的方式，也不能为提升预测效率而选择降低测量精度的方式。长距离大断面隧洞贯通偏差预测时，应避免水平贯通误差超出门限。在保证常规测量效率的同时，综合运用高程和水平测量，可将边角后方交会技术应用于大长隧道贯通偏差值误差预测及后续变形监测。2.4 隧洞外测量控制针对长距离大断面地铁隧道的外部测量，应严格控制曲线隧道及直线隧道的贯入精度和距离。在满足工程设计要求前提下，方可进行后续水平测量工作。对于直线隧道，隧洞外部测量的主要目的是准确测得隧道两侧的水平位置、点位及隧道方向；对于曲线隧道，隧洞外部测量应主要以测算并准确获得端点控制桩位置及弯道转向转角位置为目的。隧道洞外测量通常选择精密线法，其主要基于导线法实现外部测量控制。测量的关键是确定导线点的位置，测量时应综合考量隧道和场地数量5。利用精密导线法测量时，导线最小边长应大于 300m。为降低测量产生误差，应优先选择长边作为测量导线。利用观察法观测精密线材的水平角度，如果存在 2 个以上水平角度，采用奇偶轮换的方式实施观测，以降低测量机械误差对施工形成的干扰。2.5 隧道工程放线隧道工程放线的目的是确立隧道的水平、竖直挖掘方向。在实际操作过程中，应参照工程设计图纸确定施工点位准确位置。其布控实施过程复杂繁琐，具有一定重复性。长距离大断面隧道控制点距离长，无法匹配测量需求，所以应在隧道内布设控制前提下，应用分支导线测量临时控制点，并利用后方交会法完成工程放线测量。实施拱架支座测量及开挖线测量过程中，应确保测量实时性，降低工序交接时长，确保工程进度。后方交会法使用时，应科学选取临时控制点位置和数量。通常应选取在隧道两端墙体及两端夹角位置，以确保工程放线精准和控制点位稳定的效果。2.6 隧道测量监测措施测量监测是保障长距离大断面地铁隧道施工安全性的必要手段。常规测量监测方式是使用钢尺收敛仪或顶倒挂尺等检测工具。其弊端是对隧道监测操作有一定局限性，且验证精度不高。另一类监测方式是采用光电测距技术实施大长隧道监测，通过利用反光片及全站仪等设备的组合搭建光电测距系统，以自动完成隧道测量监测。另外，还应依据隧道工程设计的频次完成相应数据的监测工作，形成对应图表，依据数据的波动，实施隧道周围岩体的稳定性的分析和判定。3 长距离大断面地铁隧道测量控制技术应用3.1 工程概况某地铁线路部分区间隧道工程采用盾构法施工，隧道区间分为两段，区间左线长度 4040.2m，右线长度4046.4m，隧道埋深 11.326.9m，正线左、右线各设置2 处平曲线，曲线半径分别为 4000m 和 1800m。第二段区间左线长度 2571.9m，右线长度 2484.8m，隧道埋深11.336.5m。正线左、右线各设置 3 处平曲线，曲线半径分别为 1800m、1600m 和 1300m。某地铁隧道工程范围如图 2 所示。3.2 隧道测量平面控制网布控原则隧道平面控制网布控应基于整体综合考量，遵从先整体、后局部的高精度控制低精度的准则。控制网坐标体系应同工程设计使用的坐标体系相匹配，平面控制应依据工程设计图与现场施工平面图点位选择，点位应选在安全、易保护、视线效果好的位置。测量桩位应做钢管围护处理，并做好标记，以实现对桩位的保护。依据隧道工程实际选择测量精度，一级施工导线控制网，应以满足复测精度要求的精密控制导线点为布控基准点。控制点处应布控加密导线，并在初始位置两侧端端点处布设强制对中观测墩点，核验无误图1 隧道测量控制网图2 某地铁隧道工程范围CM&M 2023.04219后建立附合导线。3.3 隧道联系测量控制将地表平面测量数据传至工程初始井室及隧道作业区域，以加强隧道挖掘的测量控制。具体实施步骤如下：利用布控的趋近导线和水准路线，将施工测量控制点位建立在近井位置；然后在近井点位将水平控制点与高程控制点引入竖井中，以为隧道盾构施工提供水平和高程数据参考。地下近井应设置 2 个以上的高程点位和两条以上定向边，单次联系测量次数应不低于 3 次，取平均数为最终测量结果。3.4 隧道控制网测量3.4.1 隧道导线测量隧道导线测量应在隧洞两侧分别布控导线网。在线路中线两端移动特定距离后，在管片底端布控导线点，在管片拱腰位置布控牵制，对中托架布置强制对中导线点。导线网应布控为交叉互连的闭合状导线环，控制导线环低于 8 条边时实施导线闭合。隧道控制导线点布置如图 3 所示。将直线隧道区域平均边长控制在 300m 以上，曲线隧道应控制在240m以上。利用严密平差方法和全站仪设备，按三等导线标准测量布置图中所有边角，以提升检测精度。每次测量前，应先对施工控制导线前三点位进行测量，核验合格后进行延伸测量。施工控制导线在隧道贯通前测量，测量时长应与两井定向同步。当重合点重复测量的坐标值同原测量坐标值差值低于 10mm 时，应选择逐次的加权平均值，作为施工控制导线延伸测量的起算值进行测算。3.4.2 隧道盾构掘进施工测量控制一是换站测量控制。换站测量单次换站选取两直导线点位检测第三点位，核验后采用两点支导线模式测量后续测站点，以避免累计换站测量产生的误差。利用隧道内已测控制点位为基准点，对隧道顶端测站吊篮和后视吊篮实施高差及边角的复测，然后利用全站仪完成隧道顶端三维坐标和前视吊篮的测量。在导向系统完成人工后视定向，应用盾构机上方全站仪机光靶、盾构机切口及盾尾的相对位置关系，测算盾尾和出切口绝对坐标点，并将坐标点同设计轴线作对比计算盾构机的偏离状况，即得出水平与高程的偏移量值，以实现利用控制盾构姿态测量指导隧道盾构有序施工。二是人工姿态复测。为确保盾构机依据设计线路行进，应按时对设备姿态实施校验，一般通过人工检测法验证方向系统的准确。姿态复测内容包括参考线路中线的高程偏移、水平偏移、切口历程、仰俯角度等。行进前 50m应实施每日测量，后续每间隔 40 环完成一次测量，贯通最后 50m 实施每日测量，并根据实际需求增加测量频次。三是管片姿态测量。完成隧道衬砌环壁后注浆作业后，进行衬砌环低端高程、中心坐标、前端历程、垂直直径、水平直径的测量，测量误差应控制在 3mm 以内。单次测量完成，应及时上传衬砌环和盾构机测量结构，以为后续行进修正提供指导。应按每 30 环测量一次，每5 环完成一次复测的频次完成管片姿态测量，保证每环必测，如有需要应适当增加测量频次。4 结语测量工作是贯穿隧道工程得以顺利实施的安全和质量保证，本文以大型长距离大断面地铁隧道工程为研究对象，针对长距离大断面地铁隧道测量控制进行深入研究，在提出隧道测量控制必要性的基础上，分析长距离大断面地铁隧道测量控制技术要点，并对长距离大断面地铁隧道测量控制应用进行深入研究，以期为相关地铁隧道施工控制提供技术帮助。参考文献1 陈朔,王铁生,赵鑫,等.康家院隧道地下控制网设计与贯通 误差计算 J.矿山测量,2019,47(1):83-862 成益品,孙阳阳,高应东.外海超长沉管隧道精密贯通测量设 计与实践 J.中国港湾建设,2018,38(5):12-153 温龙军.隧道贯通误差的控制解决措施 J.低碳世界,2021,11(1):163-164.4 宋媛丽.围岩监控量测技术在隧道施工中的应用探析 J.山西 建筑,2016,42(31):192-193.5 闫鹏飞,张路路.基于等边直伸型导线隧道施工控制测量精度 研究 J.矿山测量,2019,47(6):94-98图3 隧道控制导线点布置