盾构隧道贯通误差分析.pdf

第 1 6卷第2期 2 0 0 6年 6月 湖 南 工 程学 院 学 报 j o u rna l o f hu n a n i n s t i t u t e o f e n g i n e e r i n g vo 1 1 6 no 2 j u n e 2 0 o 6 盾 构 隧 道 贯 通 误 差 分 析 欧 阳平 ，吴北平 ( 中国地质大学 工程学院 测绘工程系， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘要：通过贯通误差的限值分析得到不同施工阶段的测量限差要求， 确定测量精度、 方法， 制定测量 方案 ， 确保盾构隧道贯通 关键词 ：盾构 ； 隧道 ； 控制测量 ； 联 系测量； 贯通误差 中图分类号：u 4 5 2 文献标识码：a 文章编号：1 6 7 1 1 1 9 x ( 2 0 0 6 ) 0 2 0 0 7 5 0 5 0 引 言 地铁盾构隧道贯通测量的目的， 是使盾构准确 地沿着设计轴线开挖推进， 并进入接收井的预留门 洞 区间隧道的贯通测量是在已建成的两个车站的 隧道预留洞之间进行的测量 预留洞是一个铁环 ， 铁 环半径比盾构半径大约 1 0 c m 施工时， 盾构是从一 个车站的预留洞推进， 按设计的线路方向和纵坡， 再 从一个车站的预留洞中推出， 这时盾构中心和预留 洞中心的偏差值， 就是贯通误差( 包括测量误差和 施工误差) 为了满足盾构掘进按设计要求贯通， 就 误差为 -i- 5 0 m m， 高程贯通中误差为 -i- 2 5 m m 本文 以广州地铁三号线【 厦涪一沥涪】 盾构区间贯通测 量为例分析研究隧道贯通测量 1 概 况 1 1 工程概况 本标段位于广州地铁三号线沥涪站 一 大石站之 间， 盾构始发井位于大石北明挖段北端 盾构掘进到 达厦浯站， 以地面整体运输的形式通过厦涪站和厦 涪北明挖段后重新始发 ， 到达沥溶站 ， 施工范围见下 表 1 所示 整个区间包括两个盾构隧道 区段 ， 横向贯 应满足贯通误差( 含施工误差) 的限值： 横向贯通中 通误差分析时， 以较长的沥 一 厦区段为例进行估算 表 1 本标段工程范围 项目 里程 长度 备注 明挖区间 y c k 1 5+ o 0 o y c k 1 5+1 9 7 9 0 0 1 9 7 9 0 0 m 主 右线 y c k 1 1+ 4 9 4 3 0 0一 y c k 1 3+1 1 5 6 1 6 2 1 3 0 o脚 左线 体 暗 盾 沥涪 一 厦滔 工 挖 构 左线 z c k 1 1+ 4 9 4 3 o oz c k 1 3+1 1 5 6 1 6 2 0 8 5 5 m 短链 0 4 4 5 m 程 区 隧 厦溜 一 右线 y c k1 3+7 4 0 0 8 0一 y c k1 5+ 0 0 0 1 2 5 9 2 0 o m 左线 间 道 大石北 左线 z c k 1 3+ 6 9 5 9 1 5一 z c k 1 5+ 0 0 0 1 3 0 5 4 7 5 m 长链 1 3 9 0 m 1 2 控制网概况 广州地铁三号线平面首级控制为四等空中导 线， 一般点位设置在区间隧道附近较稳定的高大建 筑物上， 观测视线由空中传递 盾构区间平面控制网 为在 g p s网基础上进行加密的导线网， 其走势与地 铁基本平行， 平面控制点分布如图 1 所示 高程控制点与国家二等水准点进行联测而得， 点位远离施工区， 较稳定 高程控制传递至井下采用 钢尺悬挂观测法进行 地面坐标传递到进下隧道的 方法， 一般采用方向线法、 投点法两种 2 贯通误差估值 2 1 横向贯通测量 横向贯通测量一般包括： 地面控制测量； 竖井联 系测量； 井下导线测量 收稿日 期： 2 0 0 5 1 2 1 5 作者简介： 欧阳平( 1 9 7 8 一 ) ， 男 。 硕士研究生， 研究方向： 工程测量、 资源环境遥感 7 6 湖南工程学院学报 2 0 0 6钽 i 1 i s 儿9 j p s 2 沥 4 涫接收井 f n 南 n 珠江 i i i j 9 0 三 枝 香， 水道 i i i j 8 6 l l i j 2 4 i l j j 8 7 盾构始发井 1 1 1 j 2 5|gp s 2 9 图 1 平面控制点分布图 地铁盾构区间隧道横向贯通误差主要来 自以下 几方面的测量工序： ( 1 ) 地面控制测量误差； ( 2 ) 联 系测量误差； ( 3 ) 地下导线控制测量误差 对各阶段平面测量误差限值分配采用不等精度 分配原则， 并假设各项误差影响互相独立， 取值如 下 ： m1=m， m2=2 m ， m 3=3 m 贝 0 有 m0 = 3 7 5 m = 5 0 mm 于是可得 m= 5 0 3 7 5=1 3 3 m m， 从而可 以求 得各道工序的测量中误差， 即地面控制测量中误差 为 m l = 1 3 3 m m， 联系测量中误差为m 2 = 2 6 6 m m， 地下导线测量中误差为3 9 9 m m 2 2 竖向贯通测量 对各阶段高程测量误差限值参考规范和以往经 验取值如下： m h l = 1 0 m m， m ，i2 =1 0 m m， m 船= 2 0 m m， 代入上 式可得 m - = 2 4 5 m m土 2 5 m m 3 地面控制测量误差对横 向贯通精度影 响 的估算 地面控制导线网尽量利用业主提供的控制点， 适当加设少量导线点， 基本上按照线路走向布设 ， 采 用导线闭合环的方式， 以利于提高测量精度 ， 增加复 核条件 ， 增加各开挖洞口的控制桩个数和观测检查 方向， 以及将施工测量的精度结果与业主的测量成 果进行比较 本区间段地面主导线网共由两个导线闭合环组 成， 每个导线闭合环的边数为六至七条( 图2 ) 另外 为了提高竖井联系测量的精度 ， 在厦浯站北端始发 井洞口和沥浯站南端洞口分别布设由闭合导线构成 的洞口点网， 导线点数不少于 3 个， 测量精度与主导 线精度相同 图 2 区问地 面控制 网 意图 3 1 地面导线测量误差对横向贯通精度的影响 按照规范和以往经验， 采用及三等测角精度 基线复核时附合导线环边长相对中误差为 1 3 0 0 0 0 0 ， 按照规范和以往经验， 进行误差估算时， 按 边长相对中误差为 1 1 0 0 0 0 0计算 由地面控制测量测角误差引起的横向贯通误 差 m = = 0 01 02 m 乏 r ： 外 测角的各导线点至贯通面的垂直距 离的平方和 由地面控制测量测边误差引起的横向贯通误 差 m = = 0 0 0 6 4 m c f 各导线边在贯通面上投影长度的平 方和 地面导线测量误差引起的横向贯通误差 ，n 1 = 土 2 + ， 。 = l 2 0 4 m m 1 3 3 ll lm 3 2 地面水准测量误差对高程贯通精度的影响 洞内高程基准系采用从业主移交的二等水准点 zj l jj 到隧道洞口的高程， 洞外二等水准测量每公里 中误差为 m = 2 0 h ln l ， 洞外水准路线总长为 l= 6 2 8 k m， 则洞外高程控制测量对高程贯通误差的影 响值为 6 2 8 m = 5 m m 一 牛 。 厦 井 琶 h 厦 第2 期 欧阳平等： 盾构隧道贯通误差分析 7 7 4 联系测量误差对横 向贯通精度影响值的 估算 4 1 平面联系测量 平面联系测量采用一井定向方法， 操作步骤如 下： 在盾构井悬吊两根钢丝， 井下设置一定向边 s 3 一 s 4 每次联系三角形定向均独立进行三次， 取三次 的平均值作为一次定向成果 井上、 井下联系三角形满足下列要求： 1 两悬吊钢丝间距不小于5 m ； 2 定向角 o ( 包括井上和井下) 均小于3 。 ； 3 a c 及 a ， c 的比值小于 1 5 倍 角度观测用全圆测回法观测 6个测回， 测角中 误差控制在2 5 ” 以内， 各测回测定的地下起始边方 位角较差不大于2 o ” ， 方位角平均值中误差控制在 1 2 ” 以内 联系三角形的边长丈量使用检定过的具有 毫米分划的钢卷尺， 并加以尺长和温度改正 每测回 往返三次读数， 各测 回较差在地上小于 o 5 m m， 在 地下小于 1 m m， 地上与地下测量同一条边的较差小 图3 厦涪北洞口导线控制网 4 2 高程联系测量 以二等水准测量精度把业主移交的二等水准点 引测到隧道洞口稳定点， 高程传递测量采用钢尺悬 挂观测法， 为保证钢尺的稳定在实际观测中在钢尺 下端悬挂 1 5 k g的重锤， 重锤浸没在油中保证其位 置稳定不动， 井上井下同时读数， 如图5 所示 于2 m m 定向结束后， 将两条钢丝的位置稍作移动， 对另一条线进行独立定向 一 井定向的误差主要由边长丈量、 角度观测和 吊锤投点三部分作业产生 当各边长和角度均满足上述联系三角形定向要 求时， 则测角误差为主要影响因素， 量距误差可忽略 不计 取 b a =1 5 ， 根据上述内容， 可得： = m =1 5 2 5 =3 7 5 联系测量引起 的横 向贯通中误差为 ： m 2 _ m n j =2 5 1 9 4 mm 2 6 6 d u0二u-) m m， 满足贯通要求 图3为厦浯站北端始发井洞口布设的洞 口点 网， d t 1 ， d w1 为洞口地面控制点 图4 为联系测量示意图， d t ) ， d wi 为洞口地面 控制点， y n为右线北钢丝， y s 为右线南钢丝， z n为 左线北钢丝， z s 为左线南钢丝， s 3一 s 4为左线地下 始发控制边 dw l 图4 厦涪北联系测量示意图 图5 高程传递示意图 7 8 湖南工程学院学报 2 0 0 6 年 5 地下控制测量误差对横 向贯通精度影 响 值的估算 5 1 地下导线布设 地下导线一般采用分级布设的方法布设施工控 制导线和施工导线， 为了保证点位的稳定和避免观 测时受施工环境的影响， 施工导线点布设在管片侧 面的仪器台上， 仪器采用强制对中， 测量人员可在走 道板上观测并与仪器台完全分离 ， 从而确保仪器的 稳定性； 施工控制导线点布设在隧道底部， 便于移交 给下一道工序使用 本区间段采用主副导线( 施工控制导线和施工 导线) 的方法， 作业精度按测角中误差为2 ” ， 量边相 对中误差为 1 8 0 0 0 0 ， 左右角各观测 4 个测回， 左右 角平均值之和与 3 6 0 。 的较差控制在 4 - 6 内， 边长往 返观测各两测回， 其平均值较差控制在 3 m m之内 当主副导线前进一段距离时交叉一次， 使得主副导 线分成多个小闭合环， 在线路起止点形成一个大闭 合环 每个和新的施工控制点由两条路线传算坐标， 当检核无误后， 最后取平均值作为新点的数据 每个 闭合环均进行严密平差 地下导线随着盾构的掘进而不断延长， 对于等 边直伸的地下导线来说， 量边误差对横向贯通误差 的影响完全可忽略不计， 横向贯通误差主要由角度 测量误差引起 则按等边支导线计算其横向贯通中 误差为 ： 根据上述地下导线测量的作业精度和导线点的 布置， 可得： = 2 ” ， l=1 6 k m， ， l =1 2 ， 则 m3 =3 2 9 mm 3 9 9 mm 由此可知， 按照这样的精度要求进行地下导线 测量， 是满足贯通误差限值的 5 2 减少测量操作误差的注意事项 在平面方向传递中， 优先采用导线法测设 从最 高一级方向控制点开始到指导盾构掘进的最前导线 点， 布置成支导线 整个测量的过程， 误差产生在仪 器本身、 仪器对中和目标照准等 3 个主要的环节上 为了减少洞内测角误差， 提高精度， 在实际作业 中主要采取了以下措施： ( 1 ) 控制点采用强制对中装置， 减少对中引起 的角度测量误差 ( 2 ) 测回问仪器和占标严格对中整平， 以减小 仪器对中和目标偏心误差的影响， 采用双照准读数， 两次照准读数限差为 4 - 2 ” ( 3 ) 采用碘钨灯照明， 为消除照准 目标的相位 差， 照明时半测回在占标一侧照明， 另半测回在占标 另一侧照明 ( 4 ) 隧道的横向贯通误差随着测站数的增加而 迅速增大， 尽量将导线边拉长， 以减小方位角传递误 差+ 6 贯通精度和结果 根据上述的估算， 本区间段的横向贯通误差为： m 口 = 积 =4 - 、 4 - 4 0 0 5 mm 5 0 mm 地面高程测量采用二等水准测量精度方法操 作； 高程传递采用钢尺悬挂观测法， 观测中误差小于 3 m m， 地下高程测量同样以二等水准测量精度方法 操作 ， 高程贯通精度很容易达到 经初步测量设计和贯通误差估算后， 决定采用 电磁波测距精密导线网作为隧道平面控制测量方 法， 测量导线按三等导线精度要求进行 【 沥浯站 一 大石站】 盾构隧道于 2 0 0 3年 l 1 月 开始正常掘进， 2 0 0 4 年 7 月底【 沥浯 一 厦浯】 区间隧 道贯通， 右线隧道的实际横向贯通误差为2 8 m m， 竖 向为 1 2 m m， 左线隧道实际横向贯通误差为3 2 m m， 竖向为 l 8 rl l m 2 0 0 5年9月底【 厦浯 一 沥洛】 区间隧 道贯通， 右线隧道的实际横向贯通误差为2 5 m m， 竖 向为 一8 n ll,ll ， 左线隧道实际横向贯通误差为 1 8 m m， 竖 向为 1 5 mm 7 结束语 盾构贯通精度要求较高， 需要测量人员采用成 熟， 稳定的测量方法， 严格按照测量规范， 方案施测 通过对此段隧道贯通测量得到的经验有： ( 1 )施工中严格保证控制点的稳定 ( 2 ) 为减少对中误差， 在控制点采用强制对中 装置 ( 3 )严格按照规范施测 ( 4 )联系测量工作量大且容易超限， 外业施测 中务必认真仔细 第2 期 欧阳平等： 盾构隧道贯通误差分析 7 9 ( 5 ) 地下导线测量要消除照准 目标相位差的影 响 参考文献 1 李青岳， 陈永奇工程测量学 m 北京： 测绘出版 社 ， 1 9 9 5 2 张国良矿山测量学 m 徐州： 中国矿业大学出版 社， 2 0 0 1 3 陈宗佩， 杨 笑， 许小平， 等 工程建筑物的 测量放样 m 哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社， 2 0 o 3 4 中国有色金属工业总公司g b 5 0 0 2 6 1 9 9 3 工程测量 规范 s 北京： 中国计划出版社 ， 2 0 0 1 5 首都规划建设委员会g b 5 0 3 0 8 1 9 9 9地下铁道、 轻 轨交通工程测量规范 s 北京 ： 中国计划 出版社 ， 2 o 0 o 6 北京市城乡建设委员会g b 5 o 2 9 9 1 9 9 9地下铁道工 程施工及验收规范 s 北京 ： 中国计划出版社， 1 9 9 9 th e br e a k t h r o u g h er r o r ana l y s i s i n tu n ne l bo r i n g 0uyang p i n g w u be i p i n g ( i n s t i t u t e o f e n g i n e r r i n g ， c h i n a u n i v e r s i t y o f g e o s c i e n c e s， wu h a n 4 3 0 0 7 4 ， c h i n a ) ab s t r a c t ：b y a n a l y z i n g t h e l i mi t s o f the b r e a k t h r o u g h e r r o r i n t u n n e l b o r i n g s u r v e y ， the r e q u i r e me n t d a t a o f t h e me a s u r e me n t e l o r i n d i ff e r e n t c o n s t r u c t i o n s t a g e s a r e o b t a i n e d a n d the p r e c i s i o n， me tho d s a n d s c h e me s o f the s u r - v e y i n g a l e d e t e r mi n e d t o e n s u r e the t u nn e l b r e a k thr o u g h s u c c e s s f u l l y ke y wo r d s ：t u n n e l b o rin g ma c h i n e ； t u n n e l ； c o n t r o l s u rve y； c o n t a c t s u rve y ； b r e a k thr o u g h e r r o r ( 上接第6 o页) 2 张璞， 白晓红， 马勇 一种确定最优证券组合的新 方法 j 系统工程， 2 0 0 0 ， 1 8 ( 2 ) ： 3 6 3 9 3 张卫国， 谢建勇， 聂赞坎 不相关证券组合有效集的解 析表示及动态分析 j 系统工程， 2 0 0 2 ， 2 0 ( 1 ) ： 2 4 2 7 4 马永开， 唐小我 资产净持有可控的证券组合投资决 策方法研究 j 数量经 济技术 经济研 究 ， 2 0 0 0 ， ( 1 1 ) ： 3 53 8 re