暗挖隧道控制测量及曲线施工测量技术

暗挖隧道控制测量及曲线施工测量技术

作者：李旸 张伟 钱新 吴坤 孙冬冬 来源：《城市建设理论研究》2013年第28期

摘要：针对北京地铁14号线丽泽商务区站—菜户营站区间暗挖隧道的特点和技术要求，论述了铺设直伸形导线的主要误差来源及减少误差的措施，并通过实际算例，论述了曲线施工测量方法，验证了弦线支距法在工程中的实用性，结合轨道交通相关测量技术要求，有效保证区间隧道的准确贯通。

关键词：暗挖隧道；控制测量；误差；曲线；施工测量；弦线支距法 中图分类号：U45文献标识码： A

Tunnel;control survey;and;construction of curve;measurement technology Li Yang，Zhang Wei，Qian Xin，Wu Kun， Sun Dongdong

Abstract: In view of the Beijing;metro line 14;covered business district;features and technology requirements of;station;-;Caihu Ying;station;intervaltunnel,;discusses;the laying of;main error sources of;straight;wireand;the measures of reducing errors,;and through the actualexamples,;discusses the construction;method of measuring;curve,verify the;chord offset;method in

engineering;the;utility,;combined with the requirements of;rail transportation related;measurement technology,;effectively ensuring;accurate through the;tunnel.

Keywords: Tunnel;;control;measurement;;error;;curve;;construction survey;chord offset method 1工程概况

北京轨道交通14号线土建施工第06合同段丽泽商务区站—菜户营站区间为暗挖工程，线路呈东西走向，设计里程K14+098.9～K14+807.8，线路长708.9 m。本区间设计交点4个，右线为JD34和JD35，左线为JD32和JD33。隧道结构分初衬和二衬，尽管二衬可适当的校正偏差，但按照轨道交通相关测量技术要求，水平方向最大误差不超过±50mm。因此，对测量平面控制要求十分严格。 2导线误差分析

隧道内控制测量采用直伸形支导线的形式，支导线最弱点在终点，其误差主要来源于两个方面，一是起始边方位角；二是测角和测边。 2.1起始边方位角对支导线的影响

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起始边方位角的误差对支导线会产生较大影响，其影响大小与导线布设长度和形状有关，起始方位角误差对终点横向误差影响计算公式如下[1]： （1）

式中 ——起始边方位角； —— 一弧度所对应的角度值； ——横坐标之和 ；

2.2 测角和测边对支导线误差的影响

边、角误差是控制测量主要误差来源，对于东西走向的隧道来说，支导线横向误差主要由测角产生，纵向误差主要由测边产生。目前工地上所用的仪器普遍采用光电测距，其精度完全满足控制要求，因此只对横向(X轴)进行分析，计算公式如下[2]： （2）

式中——测角中误差； ——量边偶尔误差系数； ——量边系统误差系数；

、——分别为起始点到支导线各点的坐标差； 、——分别为支导线各边长及其方位角的观测值； 对于本工程来说，导线方位角接近90°，且值较小，因此： 所以（3）

由式（3）可以看出，测角误差是影响横向精度的主要因素。该工程区间长度约709米，取 =709m，2倍中误差作为施工控制值（50mm），支导线往返2次。将数据代入公式（1）、（3）可得:起始边方位角与测角中误差之和最大不能超过14.5〞。 3 保证精度的措施

通过以上分析，根据工程实际情况制定相关措施如下：

确保仪器检定合格，采用1〞全站仪进行观测，测距精度不低于（±2mm+2×D）mm；

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地上控制网测角中误差≤±2.5〞，角度观测不少于4测回；

洞内支导线通过联系测量定期和地上控制网进行联测，保障点位稳定、可靠； 支导线尽可能直伸形布设，使导线方位角接近90°，从而减小测边带来的横向误差； 结合隧道施工环境，支导线起始边尽量控制在80～100m，而施工导线边在30～60m； 严格按照规范要求开展测量工作，误差超限的一律重测，保证成果质量。 4洞内曲线施工测量

曲线施工时，利用激光指向仪已无法直接指出中线，需采用新方法来控制。对本工程来说，曲线段采用弦线支距法即可达到控制曲线的目的。弦线支距法是指在平曲线的测设中以圆曲线的弦为Ｘ轴，弦的垂线为Ｙ轴，以每段的起点为原点，计算曲线上各点的坐标，在实地测设曲线的一种方法。 4.1 弦线支距法的应用

以丽菜区间右线JD35为例(图1)，因开挖方向从大里程至小里程，线路右偏，所以指向仪以第1弦线HZ点至QZ点延长线为基线，在隧道适合的位置安装指向仪，确保激光束在基线上。随着施工进展，过完QZ点后可将指向仪挪到第2弦线，QZ至ZH段的逐桩偏移量在保证该曲线是对称曲线和设计断面不变的前提下，可将偏移数据倒置过来进行控制，避免内业的重复计算。为了更好的控制线路走向，根据隧道横断设计半径，南北指向仪的位置选定在距中弦线2.5米处，并是高程控制线（图2）。

图1 JD35弦线支距法平面 图2 控制线与隧道平面关系 4.2内业计算 4.2.1图形计算

已知A、B、C 3点坐标,计算C点到线段AB的垂直距离，设垂足为D点（图3），计算公式为： 图3 图形计算 4.2.2偏移量的计算

地铁工程测量精度要求高，内业具有量大、复杂和重复性。对此，结合实例，利用EXCEL函数公式来处理内业，即节省时间，又保证工作质量。

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工作表1“右线JD35”是隧道中心线坐标计算过程，其偏移后坐标的计算，首先根据平曲线要素计算出线路中心线坐标，然后利用线路中心线的坐标，按照圆曲线设计偏移量进行推算（见表1），其计算原理及公式不做赘述。 表1

工作表2“右JD35第1段弦线偏移量”中，从设计提供的横断图不难算出，两侧激光距隧道边墙0.419米，在此重点介绍C4、D4、E4的偏移量计算公式（见表2），其余计算公式相同。

C4=ROUND($C$3-D4,4)（计算北侧偏移量，小数点后保留4位）；

D4=(右线JD35!F4-反算!$B$4)*SIN(反算!$D$5)-(右线JD35!G4-反算!$B$5)*COS(反算!$D$5)（计算中线偏移量）；

E4 =ROUND($E$3+D4,4)（计算南侧偏移量，小数点后保留4位） ； 表2

工作表3“反算”中，利用D5的计算结果参加工作表2中 D列的计算，D5反映的是方位角的弧度值，其它均为辅助计算。在此重点介绍C5、D2、D4、D5、D3和E3的公式编辑 (见表3)。

C5=ATAN(((B4-B2)/(B5-B3))) （计算）；

D2=SQRT((B4-B2)^2+(B5-B3)^2)（计算A、B两点距离）；

D4 =IF(((B4-B2)/(B5-B3))>0,IF((B4-B2)>0,\"第一象限\第三象限\"),IF((B4-B2)>0,\"第四象限\第二象限\")) （判断在大地坐标中所处象限）；

D5 =IF(D4=\"第一象限\第二象限\第三象限\（根据D4，判断和计算弧度值）； D3=ROUND(DEGREES($D$5),8) （将D5弧度值转换成角度十进制，小数点后保留8位）；

E3=INT(D3)+INT((D3-INT(D3))*60)/100+((D3-INT(D3))*0.6-INT((D3-INT(D3))*60)/100)*0.6 （将D3十进制值转换成六十进制）； 表3 5结语

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根据北京轨道交通14号线06标丽菜区间的贯通结果来看，暗挖隧道控制测量及曲线施工测量采取上述措施和方法，完全符合设计要求。说明在采用科学合理的措施及方法的基础上，利用现代化办公软件处理内业，大大提高了工作效率，保证了施工质量，产生了显著的经济效益。

参考文献:

[1]季斌德，邵自修.工程测量[M].北京:测绘出版社,1998.

[2]周立吾，张国良，林家聪.生产矿井测量[M].徐州:中国矿业大学出版社,19. 作者简介：李旸，男，工程师，学士，主要从事地下铁道工程施工和科研工作。