城市隧道工程测量技术研究

刘循

摘 要：本文基于笔者从事城市隧道工程测量的相关工作经验，以地铁盾构隧道测量为研究对象，探讨了盾构隧道测量的误差分配及控制措施，论文首先简要阐述了盾构隧道测量的定义和范畴，而后分析了隧道贯通误差的来源，最后深度探讨了贯通误差的分配及误差控制方法，贯通测量的具体实施，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：地铁 盾构 隧道测量 误差 贯通

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0043-02

1 盾构隧道测量概述

地下工程测量是指建设和运营地表下面工程建筑物需要进行的测量工作，包括地下工程勘察设计、施工和运营各个阶段的测量工作。地下工程测量的任务是保证线状工程在规定误差范围内正确贯通，保证面状工程按设计要求竣工。盾构方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性，在隧道施工中得到广泛应用，从18世纪末盾构机问世以来，与盾构施工相伴而生的盾构施工测量，一直在为盾构施工起着保驾护航的作用。

盾构法隧道工程施工，需要进行的测量工作主要包括以下几点。

（1）地面控制测量：在地面上建立平面和高程控制网。（2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统。（3）地下控制测量：包括地下平面和高程控制。（4）隧道施工测量：根据隧道设计进行放样，指导开挖及衬砌的中线和高程测量。

所有这些测量工作的作用是以下几点。

（1）在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程，为开挖、衬砌和施工指定方向和位置。（2）保证在开挖面的掘进中，施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通，保证开挖不超过规定的界线，保证所有建筑物在贯通前能正确地修建。（3）保证设备的正确安装。（4）为设计和管理部门提供竣工测量资料等。

盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行，随时提供盾构机掘进的瞬时姿态，为盾构机操作人员提供盾构机姿态修正参数，同时还要对隧道衬砌环的安装质量进行测定。要保证盾构机从始发井经区间隧道准确进入接收井，必须以较高的精度实施盾构法隧道施工测量。

2 隧道贯通误差介绍

地下工程测量与地面工程测量相比，尽管测设方法有很多共同之处，但地下工程测量仍有其特殊性。线状地下工程逐步开挖、施工面狭窄、不同工段之间不能通视，因此，测量工作不能互相照应，不便组织检核，出了差错很难及时发现，整个测量工作的正确性只有到开挖工段间贯通后才能得以证明。可见侧量工作在地下工程建设中具有十分重要的作用，稍有疏忽必将造成无可挽回的损失。盾构法隧道施工中，地面控制测量、联系测量、地下控制测量和细部放样的误差积累，将使开挖工作面的施工中线不能理想衔接，产生的错开现象称为贯通误差。贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差（简称纵向误差），在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差（简称横向误差），在高程方向的投影长度称为高程贯通误差（简称高程误差）。纵向误差只影响隧道中线的长度，与工程质量关系不大，对隧道贯通没有多大影响；高程误差仅影响接轨点的平顺（边掘进边铺轨的隧道尤为突出）或隧道的坡度，要求较高，实践表明，应用一定的测量方法，容易达到所需的精度要求。

3 贯通误差分配

盾构隧道工程测量，地面控制网的网形可以任意选择，但地下控制测量只能布设成导线形式，而且是支导线形式。测量精度的确定实质是贯通误差限值的配赋。由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定，不计，因此测量误差对贯通精度的影响，施工误差和放样误差对贯通精度的影响可忽略主要取决于地上、地下控制网的布设情况和竖井联系测量，即隧道贯通误差主要来源于洞内、外控制测量和竖井联系测量。隧道施工中，地面控制测量和洞内控制测量往往由不同单位分开施测，故应将容许贯通误差加以适当分配。

平面控制测量，地面上的条件较洞内好，则地面控制测量的精度要求应高一些，而洞内导线测量的精度要求可适当放低一点。

地面控制测量的误差作为影响隧道贯通精度的一个独立因素，单向开挖洞内导线测量的误差也作为一个独立因素，通过竖井开挖的贯通精度受竖井联系测量的影响较大，故又把竖井联系测量的误差作为一个如按等影响原则分配，地面控制测量误差对横向贯通中误差Ma的影响允许值

纵向贯通误差，主要影响隧道中线的长度，只要求满足定测中线的精度，即限差

高程控制测量，洞内有烟尘、水气，按等影响原则分配，相等的原则分配，洞内的水准路线短，高差变化小，这些条件比地面的好；另一方面，光亮度差和施工干扰等不利因素，地面与地下控制测量的误差，应竖井联系测量作为一个独立因素，对高程贯通精度的影响，也应按地面控制测量误差对高程贯通中误差Me的影响允许值为

上述贯通误差限值及精度要求均有一定局限性，随着勘测和施工技术的发展，GPS控制测量方法己逐渐替代常规测量方法，广泛应用于地铁工程的地面控制测量。为适应施工方法的变更和应用方便，依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》，介绍贯通误差的配赋情况。

《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》提出横向贯通中误差应在±50 mm之内，高程贯通中误差应在±25 mm之内。根据误差理论和国内外地铁贯通测量经验，横向贯通误差的合理配赋为地面控制测量的横向中误差应在±25 mm之内，联系测量中误差应在±20 mm之内，地下导线测量中误差应在±30 mm之内。

4 贯通相遇点在重要方向的误差预计

（1）贯通相遇点的最佳位置的选取。

贯通相遇点K再水平重要方向上的中误差的预计公式为

5 贯通测量的施测

（1）中腰线的标定。endprint

为了加快隧道贯通的速度，可以用激光指向仪指示隧道的开挖方向。特别是采用机械化掘进设备，用固定在一定位置上的激光指向仪，配以装在掘进机上的光电接收靶，当掘进机向前推进中，如果方向偏离了指向仪发出的激光束，则光电接收靶会自动指出偏移方向及偏移值，为掘进机提供自动控制的信息。

（2）贯通后实际偏差的测定。

1）贯通时水平面内的偏差的测定

①用经纬仪把两端隧道的中心线都延长到隧道贯通接合面上，量出两中心线之间的距离d，其大小就是贯通隧道在水平内的实际偏差（见图1）。②将隧道两端的导线进行连测，求出闭合边的坐标方位角的差值和坐标闭合差，这些差值实际上也反映了贯通平面测量的精度。

2）贯通时竖直面内偏差的测定

①用水准仪测出或用小钢尺直接量出两端腰线在贯通接合面处的高差，其大小就是贯通在竖直面内的实际偏差。②用水准测量或经纬仪三角高程测量连测两端隧道中的已知高程控制点（水准点或经纬仪导线点），求出高程闭合差，它也实际上反映了贯通高程测量的精度。

3）中腰线的调整

①将贯通相遇点两侧的中线点的连线方向标定出来，以代替原来中线作为隧道开挖方向的依据。②连接两侧腰线，按实际偏差和距离算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，则按实际坡度调整延长腰线即可；如其小于限制坡度6‰，则不需要调整中腰线。

（3）贯通前的安全措施。

在贯通工程施工中要按照《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—1994）和《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）规定，保证安全生产和文明施工。最后一次标定贯通方向时，两方向工作面距离大于50 m。在两工作面距离为20 m时，应以书面形式报告总工程师，并通知安检科和掘进工区等有关部门，采取独头掘进或放炮时警戒等方法。

（4）竣工测量。

隧道贯通工程竣工后，为了检查其是否符合设计要求，并为其施工和运营管理提供基础信息，需要进行竣工测量。隧道的竣工测量主要包括净空断面测量、中线基桩和永久性水准点的测定及纵横断面的测绘。

6 结论

设计的重点难点是方案的设计及其精度评定。隧道贯通误差预计时，洞外的贯通误差主要是由测角误差造成的；洞内的贯通误差在整个隧道的贯通误差中占的比例相当大，所以洞内的测量任务是贯通测量任务成败的关键。

参考文献

[1] 耿凤奎.控制网可靠性分析及控制网观测方案的优化设计[J].矿山测量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，张国良，林家聪.矿山测量学[M].中国矿业大学出版社，1993，9.endprint

为了加快隧道贯通的速度，可以用激光指向仪指示隧道的开挖方向。特别是采用机械化掘进设备，用固定在一定位置上的激光指向仪，配以装在掘进机上的光电接收靶，当掘进机向前推进中，如果方向偏离了指向仪发出的激光束，则光电接收靶会自动指出偏移方向及偏移值，为掘进机提供自动控制的信息。

（2）贯通后实际偏差的测定。

1）贯通时水平面内的偏差的测定

①用经纬仪把两端隧道的中心线都延长到隧道贯通接合面上，量出两中心线之间的距离d，其大小就是贯通隧道在水平内的实际偏差（见图1）。②将隧道两端的导线进行连测，求出闭合边的坐标方位角的差值和坐标闭合差，这些差值实际上也反映了贯通平面测量的精度。

2）贯通时竖直面内偏差的测定

①用水准仪测出或用小钢尺直接量出两端腰线在贯通接合面处的高差，其大小就是贯通在竖直面内的实际偏差。②用水准测量或经纬仪三角高程测量连测两端隧道中的已知高程控制点（水准点或经纬仪导线点），求出高程闭合差，它也实际上反映了贯通高程测量的精度。

3）中腰线的调整

①将贯通相遇点两侧的中线点的连线方向标定出来，以代替原来中线作为隧道开挖方向的依据。②连接两侧腰线，按实际偏差和距离算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，则按实际坡度调整延长腰线即可；如其小于限制坡度6‰，则不需要调整中腰线。

（3）贯通前的安全措施。

在贯通工程施工中要按照《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—1994）和《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）规定，保证安全生产和文明施工。最后一次标定贯通方向时，两方向工作面距离大于50 m。在两工作面距离为20 m时，应以书面形式报告总工程师，并通知安检科和掘进工区等有关部门，采取独头掘进或放炮时警戒等方法。

（4）竣工测量。

隧道贯通工程竣工后，为了检查其是否符合设计要求，并为其施工和运营管理提供基础信息，需要进行竣工测量。隧道的竣工测量主要包括净空断面测量、中线基桩和永久性水准点的测定及纵横断面的测绘。

6 结论

设计的重点难点是方案的设计及其精度评定。隧道贯通误差预计时，洞外的贯通误差主要是由测角误差造成的；洞内的贯通误差在整个隧道的贯通误差中占的比例相当大，所以洞内的测量任务是贯通测量任务成败的关键。

参考文献

[1] 耿凤奎.控制网可靠性分析及控制网观测方案的优化设计[J].矿山测量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，张国良，林家聪.矿山测量学[M].中国矿业大学出版社，1993，9.endprint

为了加快隧道贯通的速度，可以用激光指向仪指示隧道的开挖方向。特别是采用机械化掘进设备，用固定在一定位置上的激光指向仪，配以装在掘进机上的光电接收靶，当掘进机向前推进中，如果方向偏离了指向仪发出的激光束，则光电接收靶会自动指出偏移方向及偏移值，为掘进机提供自动控制的信息。

（2）贯通后实际偏差的测定。

1）贯通时水平面内的偏差的测定

①用经纬仪把两端隧道的中心线都延长到隧道贯通接合面上，量出两中心线之间的距离d，其大小就是贯通隧道在水平内的实际偏差（见图1）。②将隧道两端的导线进行连测，求出闭合边的坐标方位角的差值和坐标闭合差，这些差值实际上也反映了贯通平面测量的精度。

2）贯通时竖直面内偏差的测定

①用水准仪测出或用小钢尺直接量出两端腰线在贯通接合面处的高差，其大小就是贯通在竖直面内的实际偏差。②用水准测量或经纬仪三角高程测量连测两端隧道中的已知高程控制点（水准点或经纬仪导线点），求出高程闭合差，它也实际上反映了贯通高程测量的精度。

3）中腰线的调整

①将贯通相遇点两侧的中线点的连线方向标定出来，以代替原来中线作为隧道开挖方向的依据。②连接两侧腰线，按实际偏差和距离算出隧道坡度。

（9）

如其大于限制坡度6‰，则按实际坡度调整延长腰线即可；如其小于限制坡度6‰，则不需要调整中腰线。

（3）贯通前的安全措施。

在贯通工程施工中要按照《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—1994）和《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）规定，保证安全生产和文明施工。最后一次标定贯通方向时，两方向工作面距离大于50 m。在两工作面距离为20 m时，应以书面形式报告总工程师，并通知安检科和掘进工区等有关部门，采取独头掘进或放炮时警戒等方法。

（4）竣工测量。

隧道贯通工程竣工后，为了检查其是否符合设计要求，并为其施工和运营管理提供基础信息，需要进行竣工测量。隧道的竣工测量主要包括净空断面测量、中线基桩和永久性水准点的测定及纵横断面的测绘。

6 结论

设计的重点难点是方案的设计及其精度评定。隧道贯通误差预计时，洞外的贯通误差主要是由测角误差造成的；洞内的贯通误差在整个隧道的贯通误差中占的比例相当大，所以洞内的测量任务是贯通测量任务成败的关键。

参考文献

[1] 耿凤奎.控制网可靠性分析及控制网观测方案的优化设计[J].矿山测量，1991，4：17-20.

[2] 周立吾，张国良，林家聪.矿山测量学[M].中国矿业大学出版社，1993，9.endprint