城市地铁贯通测量方式研究

1、城市地铁贯通测量方式研究 地铁建设 为了缓解城市地面交通的严重拥挤状态，全国大型城市相继兴建地下铁道。 目前正在建设地铁工程的城市有北京、天津、广州、深圳、南京，武汉、重庆，而规划有轨道交通（包括地铁）建设工程项目的城市已达26个之多。 包括正在筹建中的苏州、杭州、沈阳、成都、青岛、西安等城市。 其中大多采用了盾构法区间隧道建设工法。 除此之外，盾构法隧道施工在诸如地下供水隧道、合流污水管道、供电和通讯电缆隧道、煤气管道等方面的应用也日渐普及。 盾构法以其独特的优越性在城市交通及市政工程中发挥着作用。 地下铁道工程测量的内容 一、地面控制网测量1沿地铁线路施测首级平面控制网（GPS网），并用导

2、线加密，精度相当于城市三、四等。 平均边长，每个车站附近至少有1个互相通视的控制点。 2沿线路施测首级高程控制网，并加密精密水准点。 首级按城市二等水准施测，加密网的往返或附合线路闭合差定为8L mm。 二、地铁施工测量 地铁施工测量按服务性质可以分为施工控制测量、细部放样测量、竣工测量、环境监测和其它测量等。 1施工控制测量 包括以下三部分： 1）地面控制测量。 维护施工期间地面的平面、高程主控制网完整，维护其可靠、可用；为施工方便加密地面控制点（包括地面工程、车站等）。 并维持其可靠、可用。 2）联系测量。 竖井投点、定向，高程传递。 3）地下控制测量。 控制地下主导线，地下主水准网，顾及

3、各段工程间的衔接，确保各区间隧道贯通。 地铁施工测量 2细部放样测量 为施工导向、盾构机定位、纠偏和装配式衬砌的拼装等而进行的测量作业。 3竣工测量是指根据贯通后地下导线平差成果调整中线后，按规定间距和断面总数进行的断面净空测量和其它为积累竣工图素材和编制竣工图而进行的测绘工作。 4变形监测是指隧道开挖期间对受施工影响的地上、地下及周围建筑物的变形进行测量作业。 地下铁道测量特点 地下铁道测量不同于一般的建设工程施工测量，它有如下特点： 1. 全部解析设计、定线 因为地铁建在建筑物密集、地下管网和地下建筑物繁多的城市环境里，其设计只能利用大比例尺地形图和大量实测“控制点”的三维坐标来进行，其施

4、工放样也是根据设计资料以三维坐标放点，而不象一般道路和铁路用转角、量边放点。 2.地铁专用控制网作用大 地铁专用平面、高程控制网是施工时按照设计坐标在实地复现设计的唯一根据。 它建立在城市控制网的基础上，相对精度又高于城市控制网。 它既保证全线首尾的平顺衔接，又避免工程放样时与设计使用的大量城市测量资料数据产生矛盾。 地下铁道测量特点 3.总体规划、分期建设地下铁道工程浩大、投资大、工期长，一个城市地铁建设要根据近期、远期客流量先作总体规划，分期建设。 测量工作不仅要考虑全局，既要沿每条线路独立布设控制网，又要在线路交叉处有一定数量控制点重合，以保证各相关线路准确衔接。 4. 工程分段短，且分

5、段多地铁工程受工期要求和尽量缩短对城市生活干扰要求的制约，全线要分成十几个小段实施而且开工时间不同、方法不同、结构形式多种多样，又分别由不同的承包商施工。 要求达到准确的贯通，完整实现设计要求，不仅要求每个承包商的测量人员完成好本段的测量任务，还要顾及邻接工程项目的衔接，并且需要一支专业测量队伍来负责全线的控制点检查及贯通检核工作。 地下铁道测量特点 5.地上、地下联系密切 测量内容多，与地面既有建筑结合紧密。 各测量体和线路联接密切，地上、地下测量工作要保证万无一失。 6. 限界裕量小 轨道交通工程有严格的限量规定。 为保证限界要求，应给结构轮廓考虑一定施工误差作为裕量。 从降低工程成本的原

6、则出发，裕量尽量小，所以对施工测量精度要求较高。 7. 环境监测任务重 地铁工程盾构掘进会对周围城市环境产生影响，其中至少要对工程正上方及邻近地表建筑物的沉陷、倾斜或位移进行观测。 对某些从地下穿越居民区、水域、桩基的工程地段，这种观测数量大，精度要求较高，如盾构推进对地表沉降监测的精度 1 mm。 在隧道建设中及建成后对洞体的沉降和位移进行变形监测。 上海地铁建设 规划中的上海轨道交通路网共有17条线，总运营里程将达到800公里，而其中市区范围内的基本路网均由地下线路构成。 目前，上海轨道交通一号线、二号线和三号线、一号线北延伸线以及2003年竣工的五号线已相继投入正式运营；轨道交通四号线，

7、也即将在年底正式运营，二号线西延伸线、六号线和八号线正在建设；七号线又刚开工兴建；据悉，至2010年前，上海还将新建轨道交通十号线、十一号线、十二号线和十三号线。 世博之前，上海将建成400公里以上的轨道交通基本网络。 基本形成一个国际型大都市所拥有的便捷的公共交通网。 上海地铁贯通测量 克服目前国内外普遍采用的等影响原则分配地铁隧道轴线贯通各环节限差的缺陷，提出了切合地铁隧道贯通实际的限差配赋原则，对每一环节的误差进行精度分析、估算，并加以控制。 提出在确保隧道轴线贯通的前提下所采用的测量手段和方法，其有效性以成功地用于解决上海地铁二号线四个区间段的贯通测量任务而得到验证。 结合上海地铁二号

8、线：东方路站至东昌路站、东昌路站至陆家嘴路站、静安寺至江苏路、陆家嘴路至河南中路隧道四个区间 隧道贯通测量的误差来源 a)、地面控制测量误差m1 ; b)、盾构出洞处竖井联系测量误差m2 ; c)、盾构进洞处洞口中心坐标测量误差m3 ; d)、地下导线测量误差m4 ; e)、盾构姿态的定位测量误差m5 。 误差分配 根据经验：取用各项允许误差为：m1= m ; m2 =2 m ; m3 = m ; m4 = 3 m ; m5 =2 m , 则区间隧道允许横向贯通的误差为 要求：地铁隧道允许横向和高程贯通的极限误差为 50 mm, 则 m = 50 / 4.4 = 11.4 mm，从而可以求得每

9、道工序的极限误差。 并以它作为采用各项测量方法的依据 地面控制测量允许极限误差为：m1 11.4 mm, ； 竖井联系测量允许的极限误差为 m2 22.8 mm ,； 洞口中心坐标测量允许的极限误差为 m3 11.4 mm,； 地下导线测量允许的极限误差为 m4 34.2 mm , 盾构姿态定位测量允许的极限误差为m5 22.8 mm ； 各项误差控制及措施 地面控制测量 m1 m=11.4 mm, 在车站施工期间，地面导线必须定期复测。 根据我们复测结果发现，有的导线点位移量达10 30 mm, 这就给各次联系测量结果的互相比较产生困难。 为此，我们在复测时，都与较远的导线点进行联测，只有确

10、认地面导线点没有移位的情况下，才可取各次联系测量的平均值，作为地下导线的起算数据。 否则必须分别处理各次结果。 在东方路与东昌路站之间，由于东昌路上的地面控制点T205离东昌路站洞口较远且与车站不通视，于是我们就在车站附近的世界广场楼顶选择一新点T205B与原来的两个空导点（T205、T204），构成一个三角形（如图1），以TC1600全站仪观测6测回，并往返观测距离，得出新选点T205B的坐标。 然后以相互通视的T204和新选点T205B为地面导线控制点。 这样就有效地减少了地面导线点的误差对贯通的影响。 上海地铁竖井联系测量 把地面坐标、方位和高程传递到地下的测量工作为竖井联系测量。 设地

11、铁隧道长为1公里，则联系测量传递方位的允许误差为：m= m2 / s”。 联系测量有下面三种方法：(1) 联系测量钢丝法： 通过竖井悬挂两根钢丝，由井上导线点测定与钢丝的距离和角度，从而算得钢丝的坐标以及它们之间的方位角，然后在井下，认为钢丝的坐标和方位角已知，通过测量和计算便可得出地下导线点的坐标和方位角，这样就把地上与地下导线联系起来了。 这个方法的精度，取决于测站点和钢丝悬挂点位置的选择，具体要点为：a) 、尽可能小，应小于1，成直伸三角形；b) b/a应尽可能小；c) 钢丝间的距离a应尽可能长；d) 为提高精度和检核，往往取用三根钢丝组成双联系三角形。 (2)、投点仪方法 利用车站两端

12、竖井，将井上点位投影到井下，作为地下导线的起始点。 本法的工作条件是：井上井下通视条件良好，并且井下可直接通向隧道方向。 投点仪法是利用车站两端的出土竖井（图），在两个井上端各搭架一个观测台（A，B）， A 车 站 B 由地面导线测得观测台的坐标和方位，然后用垂直投影仪，将观测台坐标直接投到井下，作为井上两点在井下的投影点,其坐标和方位就是地下导线的起算数据。 (3)、全站仪直接传递法 在井中适合位置砌造固定观测墩，如不能一次传入隧道内，则再经站厅砌造固定观测墩传至隧道内。 这个方法必须解决下面两个问题：就是仪器纵轴倾斜误差影响和短边上的对中误差影响。 当高度角=35时,如果照准气泡偏格(4)

13、，则对水平角影响3。 必须指出，这项误差是属于系统误差，不能通过盘左盘右或多个测回数来消除。 这种传递方法，由于高差大，对仪器结构完善要求高。 目前，全站仪均有纵轴倾斜自动改正装置，经过实践，全站仪的这种补偿功能的作用是有效的。 在短边上对中误差一般要求不大于。 这个误差大多是由于觇牌变形所致，因此，对觇牌必须事先进行检验。 上海地铁二号线贯通测量 上海地铁二号线贯通测量 上海地铁二号线贯通测量 上海地铁二号线贯通测量 上海地铁二号线贯通测量 上海地铁二号线贯通测量盾构进洞处洞口中心坐标测量隧道中心坐标的测量方法,其难度并不很高,但较复杂。 隧道瓦形环衬砌洞壁，环中心在洞壁上没有明显标志，所以

14、测量方法通常是测定一个圆周上若干点的坐标，然后按最小二乘拟合的方法计算环的椭圆度和环中心坐标上海地铁二号线中，我们也试用一种简便的方法。 具体就是用长5m的特制标杆，借助以水准器使标杆置于水平位置，这时标杆中央的标志就是环片的中央，如图。 地下导线测量地下导线点随着盾构掘进而建立。 导线点通常建在管片顶部的仪器台上，仪器采用强制归心，测量人员可在吊篮上观测并与仪器台完全分离，从而确保仪器的稳定性。 直线部分一般每100m设一个吊篮和仪器台，曲线部分视曲线半径大小，以控制盾构轴线测量的需要而定，一般距离在30m60m之间。 地下导线对贯通测量误差的影响主要由角度测量误差引起，则其横向误差为： m

15、4=m / L ( n+1.5)/3设 m=1.5 , L=1 km, n= 15 则 m4= 17 mm。 上海地铁 上海地铁盾构定位姿态的测量 盾构定位姿态测量主要就是依据地下导线点来精确确定盾构掘进的方位和位置。 以使盾构机在推进过程中偏差不超过。 我们要在隧道每推进一环（即一米）测定盾构中心的位置以纠正盾构定位的姿态。 1) 在曲线上顾及超高、超距影响的中心坐标计算方法: 值得指出的是：隧道中心的设计坐标在弯道上的计算不同于地面上曲线的计算方法。 在细部曲线放样中，由于存在超高h和超距e，这时就存在设计曲线与施工曲线不一致的情况. 因为设计曲线指的是隧道内铺设轨道中心的曲线, 而施工是

16、要确定隧道中心的曲线,即盾构推进的曲线在缓和曲线上超距逐渐减小，在直线上超距为零。 计算表明，当超高时, 则超距。 在盾构推进过程中针对考虑超距影响的曲线设计坐标计算，我们推出了相应的计算公式。 （1）、在缓和曲线上任意一点坐标的计算 先算该点切线支距法的坐标：式中：为缓和曲线长；为以ZH点起算的弧长。 式中： 为缓和曲线长； 为以ZH点起算的弧长。 坐标转换： X= XZH+ x cos - y sin Y= YZH+ x sin +y cos在起始位置时，A；在终端时，A 且 XZHXHZ，YZHYHZ 。 A A A （2）、园曲线上任意一点坐标的计算 园心坐标（X0，Y0）计算： C=

17、A+（-）/ 2 X0=Xqz + R cosC Y0=Yqz + R sinC式中：（Xqz，Yqz ）为曲中点坐标； RRe 园心至HY点的方位角B为： B = C-（ - 2 0）/ 2 + =A + 0 + 3 / 2若任意点距起点（HY）的弧长为L，则园上任一点的坐标为： X=X0+ R cos（B+L/ R） Y=Y0+ R sin（B+L/ R）2)、确定盾构定位姿态的测量方法 盾构机在推进过程中，测量人员就是要让盾构机沿着设计里程、轴线、高程掘进，并正确进入接收井的预留门洞。 盾构机在推进过程中，应考虑因旋转对水平偏差的影响，使盾构中心轴线与理论轴线相互一致。 盾构机每向前行进

18、的距离全靠千斤顶伸出的行程量控制。 对于直线段和曲线路径都要导出公式，改正盾构机切口和尾部对理论轴线行径的改正数，因此对盾构机的控制就必须根据推算公式，控制好盾构机切口和盾尾的平面及高程偏差，使推进后每一环管片的偏差控制在精度范围之内。 确定盾构定位姿态的测量方法盾构姿态定位主要就是依据地下导线点来精确确定盾构掘进的方向和位置。 对盾构机姿态定位采取以下方法和措施：1 在盾构机顶部中心轴线上，固定一水平前尺和水平后尺，并量取距离（图），以控制盾构横向偏差。 盾构推进方向中心轴左方水平尺刻划为红色，右方刻划黑色注记。 仪器拨角指向水平红色，读数为“”，黑色读数为“”。 切口盾尾前后确定盾构定位姿

19、态的测量方法2.在水平后尺中心固定一根水准尺，尺底指向盾构中心处引测中心高程。 3. 根据几何原理，导出下列计算公式： 1) 平面部分盾构机自身转角改正： 其中：为转角，右转为负号，左转为正号。 设计轴线与推进轴线不平行偏差计算(见图)：设计轴线 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确定盾构定位姿态的测量方法1) 高程部分 令坡度为i, 则： 切口ih 盾尾-i2.538+h 上式：仰为“”，俯为“”； h= r r cos 为盾构转角引起竖直标尺位置改变的改正数。 根据该推

20、算公式，控制好盾构机切口和盾尾的平面及高程偏差，推进后每一环管片的偏差必将控制在精度范围之内。 高程测量 首先用精密水准测量方法，对地面控制水准点进行联测。 检测是用精密水准仪N3，按II等水准测量方法进行往返观测。 其结果为： 东方路站至东昌路站地面水准往返较差为； 东昌路站至陆家嘴路站地面水准往返较差为。 然后，各自将高程往返引测至井口附近临时水准点，再用经检定过的钢尺，10kg重锤悬挂在竖井中，进行高程联系测量，在井下建立临时水准点。 井下水准测量，我们仍用N3水准仪，按三等水准测量方法进行往 返观测,所以竖井水准测量精度容易达到。 值得注意的是：地面水准点和井下水准点都会产生沉降位移，必须定期复测。 通过复测我们发现：陆家嘴路站的II12地面水准点下沉了，张杨路上的II8地面水准点下沉了。 隧道贯通测量中的地下导线是一条支导线，这条导线是指示盾构推进方向，它必须是十分准确的。 所谓准确性（Accuracy）包括两个方面，即可靠性（Reliability）和精度（Precision）。 测量数据的可靠性在隧道施工中显得特别重要，为此把地下导线布置成两条支导线，每设置一个新的导线点，均由这两条导线来测定，当检核无误后，取其平均值作为新点的测量数据如图所示。 交叉导线 隧道在曲线部分时，可以跳站（隔一个或几个测站）观