崔 曉 許 鋒 孫明峰 楊定強(qiáng)
(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300308)
近年來,隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展,地鐵建設(shè)難度越來越大。特別是在老城區(qū),地鐵施工易受場地及周邊環(huán)境的多重約束。為縮短工期,常選擇在盾構(gòu)井內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)始發(fā)。此時,需將地面控制點(diǎn)坐標(biāo)和方位角通過盾構(gòu)井傳遞至井下[1]。為提高測量精度和工作效率,國內(nèi)眾多學(xué)者對聯(lián)系測量方法進(jìn)行研究。吳世明等通過工程實(shí)例對聯(lián)系三角形的最優(yōu)形狀和數(shù)據(jù)解算取位進(jìn)行探討[2];戴小松等以大東湖深隧工程為依托,通過采用激光投點(diǎn)和傳統(tǒng)吊鋼絲相結(jié)合的辦法,提高聯(lián)系測量精度[3];許鋒等以某隧道為研究對象,采用多點(diǎn)后方交會法進(jìn)行井上和井下坐標(biāo)的傳遞工作[4];紀(jì)萬坤等以天津地鐵某盾構(gòu)區(qū)間為依托,根據(jù)現(xiàn)場具體情況,先后運(yùn)用了導(dǎo)線直傳法、雙三角形法、兩井定向法、鉆孔投點(diǎn)定向法等進(jìn)行測量,保證了測量精度和貫通效果[5]。綜上所述,地鐵工程聯(lián)系測量方法眾多,在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件選擇最合適的方法。其中,兩井定向法聯(lián)系測量靈活性高、操作性強(qiáng)、測量誤差小,被廣泛應(yīng)用于地鐵隧道聯(lián)系測量工作中[6-7]。
地鐵測量規(guī)范中,規(guī)定測量基線邊長一般應(yīng)大于120 m[8],在空間受限條件下,部分城市地鐵測量管理辦法中,規(guī)定測量基線邊長一般應(yīng)大于60 m,而盾構(gòu)井長僅為40 m左右,遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。因此,在盾構(gòu)井等受限空間內(nèi),如何有效開展聯(lián)系測量工作、提高測量精度、減小坐標(biāo)傳遞誤差,更好指導(dǎo)隧道施工,成為了地鐵測量關(guān)注的焦點(diǎn)與難點(diǎn)。
依托廣州市軌道交通14號線支線工程知識城站—識城南站盾構(gòu)區(qū)間測量項(xiàng)目,在復(fù)雜小空間盾構(gòu)井內(nèi)通過對兩井定向聯(lián)系測量方案進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì),并采取一系列誤差控制措施,減小誤差,提高測量精度,以期達(dá)到更好的指導(dǎo)隧道施工、提升隧道貫通質(zhì)量的目的。
廣州市軌道交通14號線支線工程知識城站—知識城南站區(qū)間總長約2 353 m,采用盾構(gòu)法施工,區(qū)間中部設(shè)置有盾構(gòu)井。其中,知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間長約1 193 m,盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間長約1 120 m;盾構(gòu)井長40 m,端頭井寬21.1 m。根據(jù)施工計(jì)劃,盾構(gòu)機(jī)首先從盾構(gòu)井往知識城南站方向掘進(jìn),在知識城南站接收后,進(jìn)行拆卸并運(yùn)至盾構(gòu)井,再重新進(jìn)行組裝,然后二次始發(fā)掘進(jìn)至知識城站。知識城站—知識城南站盾構(gòu)區(qū)間施工順序見圖1。
圖1 知識城站—知識城南站盾構(gòu)區(qū)間施工順序
以知識城站—知識城南站區(qū)間左線為例,為確保隧道掘進(jìn)和高效貫通,區(qū)間采用兩井定向法聯(lián)系測量方案進(jìn)行坐標(biāo)、方位角傳遞工作。
在受限空間內(nèi),盾構(gòu)始發(fā)階段先采用兩井定向法確定兩條短基線邊;當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)150 m后,重新布設(shè)控制點(diǎn),增長基線邊,采用兩井定向確定兩條穩(wěn)定的長基線邊指導(dǎo)現(xiàn)場施工[9]。
盾構(gòu)始發(fā)階段,在盾構(gòu)井和盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間隧道內(nèi),利用原控制點(diǎn)或布設(shè)新控制點(diǎn)確定兩條長基線邊;當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)150 m后,根據(jù)現(xiàn)場情況,利用原控制點(diǎn)或布設(shè)新控制點(diǎn)采用兩井定向法確定兩條穩(wěn)定的長基線指導(dǎo)隧道掘進(jìn)。
(1)根據(jù)現(xiàn)場條件,在盾構(gòu)井周邊合理位置設(shè)置近井點(diǎn),近井點(diǎn)宜采用強(qiáng)制對中裝置;近井導(dǎo)線邊數(shù)不宜超過5條,近井導(dǎo)線邊長宜大于50 m。平面控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)前應(yīng)先進(jìn)行穩(wěn)定性檢核,邊長及角度檢核均無誤后方可使用[10]。
(2)根據(jù)盾構(gòu)井空間情況,在盾構(gòu)井內(nèi)懸掛2根φ0.3 mm鋼絲,鋼絲下部掛有10 kg左右鉛錘。2根鋼絲連線應(yīng)與基線邊方向保持一致,鋼絲間距應(yīng)盡量拉大,其下方應(yīng)張貼數(shù)張不同方向的反射貼片,便與現(xiàn)場距離和角度觀測。
(3)根據(jù)聯(lián)系測量工作特點(diǎn),安排兩組測量人員和2臺高精度Leica TS60全站儀及配套設(shè)施同時進(jìn)行井上和井下測量工作,施測前應(yīng)對儀器設(shè)備進(jìn)行檢查,以確保測量期間儀器性能穩(wěn)定可靠。
(1)盾構(gòu)始發(fā)階段
地面導(dǎo)線以邊Z039~Z040、Z042~Z043為起算邊,經(jīng)過DG1、JJD1、JJD2、Z041構(gòu)成附合導(dǎo)線。采用左右角法進(jìn)行角度和距離測量,內(nèi)業(yè)采用“科傻”平差軟件處理觀測數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場條件,在井下布設(shè)ZDG1、ZDG2、YDG2三個點(diǎn)控制點(diǎn),形成主輔兩條始發(fā)基線邊,井下形成相互檢核條件。盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間始發(fā)聯(lián)系測量見圖2。
圖2 盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間始發(fā)聯(lián)系測量網(wǎng)
在地面JJD1、JJD2和井下ZDG1、ZDG2、YDG2設(shè)站,分別后視DG1、Z041和ZDG2、YDG2、ZDG1觀測兩根鋼絲(GS1、GS2),得到第1組距離和角度觀測數(shù)據(jù),移動2根鋼絲,重復(fù)上述步驟,得到第2、第3組距離和角度觀測數(shù)據(jù)。輸入控制點(diǎn)坐標(biāo),利用平差軟件對3組觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行精密平差,得到兩條基線邊ZDG1-ZDG2、ZDG1-YDG2成果。
根據(jù)規(guī)范要求,地下控制點(diǎn)坐標(biāo)互差應(yīng)滿足不大于±16 mm、基線邊方位角互差不大于±12″、邊長互差不大于±8 mm。依次比較3組基線成果,結(jié)果顯示,X坐標(biāo)差值最大為-1.9 mm、Y坐標(biāo)差值最大為-1.0 mm(控制點(diǎn)YDG2第1組與第2組差值),基線邊方位角較差最大為6.3″(基線ZDG1-YDG2第1組與第2組差值),邊長較差最大為-0.6 mm(基線邊ZDG1-ZDG2第2組與第3組差值)。差值滿足規(guī)范要求,取3組成果平均值作為最終成果。盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間始發(fā)聯(lián)系測量成果見表1。
表1 盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間始發(fā)聯(lián)系測量基線成果
(2)盾構(gòu)掘進(jìn)至150~200 m
隨著盾構(gòu)機(jī)的不斷掘進(jìn),盾構(gòu)井及隧道洞內(nèi)可操作空間不斷增加。在穩(wěn)定位置重新布設(shè)新的控制點(diǎn)ZD1、ZD60、ZD65,形成2條新的測量基線邊ZD1~ZD60、ZD1~ZD65,從而實(shí)現(xiàn)短基線變長基線,以長基線控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向的目的。盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量網(wǎng)見圖3。
圖3 盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間150~200m聯(lián)系測量網(wǎng)
在地面和井下控制點(diǎn)同時設(shè)站觀測2根鋼絲,得到第1組基線成果,重復(fù)上述步驟,得到第2、第3組基線成果。依次比較3組基線成果,結(jié)果顯示,X坐標(biāo)差值最大為6.5 mm、Y坐標(biāo)差值最大為1.7 mm(控制點(diǎn)ZD60第1組與第2組差值),基線邊方位角較差最大為-11.32″(基線ZD1-ZD60第1組與第2組差值),邊長較差最大為0.3 mm(基線邊ZD1-ZD65第2組與第3組差值)。差值滿足規(guī)范要求,取3組成果均值作為最終成果。盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量成果如表2。
表2 盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量成果
盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間掘進(jìn)150~200 m后,地下形成穩(wěn)定的測量基線邊ZD1-ZD60、ZD1-ZD65,下一階段聯(lián)系測量工作按上述測量方案同步實(shí)施。
(3)洞內(nèi)導(dǎo)線測量
根據(jù)隧道掘進(jìn)情況及時布設(shè)洞內(nèi)控制點(diǎn),洞內(nèi)控制網(wǎng)形采用導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)網(wǎng)的形式,結(jié)點(diǎn)網(wǎng)間角度個數(shù)不超過8個。洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)只有2個觀測方向時,采用左右角法進(jìn)行測量,導(dǎo)線點(diǎn)有3個觀測方向時,采用方向觀測法進(jìn)行測量[11]。洞內(nèi)導(dǎo)線平差計(jì)算以ZD1、ZD60、ZD65為起算點(diǎn)。盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間洞內(nèi)導(dǎo)線測量示意見圖4。
圖4 盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間洞內(nèi)導(dǎo)線測量示意
(1)盾構(gòu)始發(fā)階段
盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間貫通后,盾構(gòu)機(jī)拆卸運(yùn)至盾構(gòu)井進(jìn)行二次始發(fā),結(jié)合現(xiàn)場條件,在盾構(gòu)井及成型隧道洞內(nèi)利用原控制點(diǎn)或布設(shè)新控制點(diǎn)確定兩條長基線指導(dǎo)施工。
(2)盾構(gòu)掘進(jìn)至150~200 m
當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)150 m后,利用盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間原有控制點(diǎn)ZD1、ZD65和新布設(shè)控制點(diǎn)ZD32,形成兩條長基線邊ZD1~ZD32、ZD1~ZD65指導(dǎo)現(xiàn)場施工。知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量網(wǎng)見圖5。
圖5 知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量網(wǎng)
依次比較3組基線成果,結(jié)果顯示,X坐標(biāo)差值最大為-0.5 mm、Y坐標(biāo)差值最大為0.9 mm(控制點(diǎn)ZD1第1組與第2組差值),基線邊方位角較差最大為-0.8″(基線ZD1~ZD65第1組與第2組差值),邊長較差最大為0.2 mm(基線邊ZD1~ZD32第1組與第2組差值)。差值滿足規(guī)范要求,取3組成果均值作為最終成果。知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量成果如表3。
表3 知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間150~200 m聯(lián)系測量成果
隧道掘進(jìn)至150~200 m后,地下形成穩(wěn)定的基線邊ZD1~ZD32、ZD1~ZD65,后續(xù)聯(lián)系測量工作根據(jù)施工進(jìn)度按上述測量方案同步實(shí)施。
(3)洞內(nèi)導(dǎo)線測量
洞內(nèi)控制網(wǎng)采用導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)網(wǎng)的形式進(jìn)行布設(shè)并根據(jù)隧道掘進(jìn)情況不斷延伸。洞內(nèi)導(dǎo)線平差計(jì)算以ZD1、ZD32、ZD65為起算點(diǎn)。
(1)鋼絲的懸吊應(yīng)采用焊接好的固定支架,避開震源、吊裝作業(yè)區(qū)域;鋼絲在懸吊過程中應(yīng)避免碰壁、打結(jié);鉛錘需全部沒入濃度適中的阻尼液中,以利于鋼絲的復(fù)位[12]。短邊直接影響測角精度和方位角傳遞,故鋼絲距近井點(diǎn)的距離不宜過短。
(2)鋼絲觀測宜在無風(fēng)狀態(tài)下采用2個作業(yè)組井上、井下同時進(jìn)行。測前應(yīng)檢查鋼絲的穩(wěn)定狀態(tài),保證鋼絲的垂直度良好,鋼絲觀測過程中應(yīng)采用長邊作為定向邊觀測鋼絲的方向值,測距過程中應(yīng)注意更改棱鏡、反射貼片的常數(shù),確保測距準(zhǔn)確。
(3)地下控制網(wǎng)采用導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)網(wǎng)形式布設(shè),由于對控制網(wǎng)中所有邊長、角度進(jìn)行了測量,增加了圖形條件和多余檢核條件,剔除了粗差,可有效提高測量精度。采用雙基線和導(dǎo)線網(wǎng)形式增加復(fù)核點(diǎn),可使隧道在各施工階段中,有更多的邊長、角度、坐標(biāo)檢核條件,以避免測量事故發(fā)生。
(4)隧道現(xiàn)場環(huán)境極其惡劣,同時導(dǎo)線邊長普遍較短,儀器的對中誤差和目標(biāo)偏心誤差對測角影響較大,強(qiáng)制對中裝置可有效減少全站儀、棱鏡的對中誤差,提高測量精度,因此地下控制點(diǎn)布設(shè)成強(qiáng)制對中裝置[13]。導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)確保穩(wěn)定并不被破壞,外業(yè)觀測時測量數(shù)據(jù)可進(jìn)行現(xiàn)場對比,避免粗差出現(xiàn)。導(dǎo)線測量時,還應(yīng)密切注意氣壓、溫度、濕度等因素對距離的影響。
(5)導(dǎo)線邊長應(yīng)盡量增長,減少洞內(nèi)控制點(diǎn)數(shù)量[14];內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時,應(yīng)將所測的三組鋼絲數(shù)據(jù)納入地面導(dǎo)線和井下導(dǎo)線進(jìn)行整體平差。盾構(gòu)掘進(jìn)150 m后,井下形成穩(wěn)定的基線邊,多階段聯(lián)系測量成果應(yīng)進(jìn)行比較分析,差值滿足要求情況下可進(jìn)行加權(quán)平均,增加數(shù)據(jù)穩(wěn)定性[15]。
知識城站—知識城南站區(qū)間以左線測量主基線邊ZD1~ZD65為例,將盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)150~200 m、350~400 m、貫通前150~200 m以及知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)150~200 m、350~400 m、貫通前150~200 m 6個階段聯(lián)系測量成果進(jìn)行比較。測量結(jié)果顯示,基線邊方位角較差最大為-9.1″,邊長較差最大為2.5 mm。測量各階段基線成果較差均滿足限差要求,測量成果可靠。各階段基線成果比較見表4。
表4 各階段基線成果比較
隧道貫通誤差測量采用坐標(biāo)法進(jìn)行,一端從知識城站和知識城南站方向已知點(diǎn)測至貫通點(diǎn),另一端從盾構(gòu)井方向已知點(diǎn)測至貫通點(diǎn),通過比較貫通點(diǎn)坐標(biāo)差值得到貫通誤差成果。貫通測量成果顯示,知識城站—盾構(gòu)井區(qū)間、盾構(gòu)井—知識城南站區(qū)間左右線4條隧道貫通測量成果見表5。
表5 隧道貫通測量成果
由表5可知,隧道縱向最大貫通誤差為23 mm,橫向最大貫通誤差為46 mm,遠(yuǎn)小于貫通限差±100 mm,誤差滿足規(guī)范要求。隧道貫通測量成果良好。
在復(fù)雜小空間盾構(gòu)始發(fā)井中,采用兩井定向法聯(lián)系測量方案確定兩條短基線邊初步指導(dǎo)隧道施工;待隧道掘進(jìn)后在隧道內(nèi)重新布設(shè)控制點(diǎn),形成2條穩(wěn)定的長基線邊進(jìn)一步指導(dǎo)隧道施工;隧道一端掘進(jìn)完成后,可利用盾構(gòu)井原有測量基線指導(dǎo)隧道另一端施工;隧道洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)采用強(qiáng)制對中裝置,同時導(dǎo)線設(shè)置成結(jié)點(diǎn)網(wǎng)形式,通過多階段聯(lián)系測量成果數(shù)據(jù)分析對比,可以較好實(shí)現(xiàn)井上和井下坐標(biāo)、方位角傳遞。