小半径曲线地铁盾构隧道施工测量技术研究

小半径曲线地铁盾构隧道施工测量技术研究摘要：小半径曲线地铁隧道盾构法施工测量难点,结合广州地铁路六号线【海珠广场站～东湖站】盾构区间小半径曲线隧道工程实例,介绍曲线隧道的盾构法施工测量控制技术,对类似工程具有借
鉴作用。

关键词：地铁隧道；小半径曲线；盾构机；导向系统；控制测量
1引言
随着我国城市规模的扩大，中心城区交通日趋繁忙，为缓解交通压力，通常进行轨道交通建设，受中心区密集的建（构）筑物的制约,盾构隧道经常需要绕行，使得隧道设计线形曲线多、半径小。

小半径曲线盾构施工隧道轴线控制难度大，对施工测量提出了很高的要求。

研究小半径曲线隧道的盾构施工测量技术对类似工程具有借鉴作用。

2盾构施工控制测量
2.1工程概述
地铁盾构隧道平面曲线最小半径由盾构机的极限转弯半径确定，盾构机的极限转弯半径一般不小于250m。

广州市轨道交通六号线【海珠广场～东湖站】盾构区间平曲线共有8段，最小平曲线半径为250m。

本工程采用2台日本三菱公司生产的盾构机，最小转弯半径为
r250m，该机为前铰接方式，前体与中体铰接连接，推力千斤顶和中体连接。

其铰接方式有利于盾构姿态控制和掘进纠偏，通过调整铰接行程差来控制盾构机前端姿态，推力油缸的行程差来控制盾构机后端的姿态及盾尾间隙。

2.2盾构施工控制测量
施工控制测量是确保隧道贯通和轴线不发生侵限的根本保证。

施工控制测量主要包括三个方面：①地面控制导线、高程测量；②施工竖井联系测量；③地下控制导线、高程延伸测量。

2.2.1地面控制导线、高程测量
①地面平面控制测量采用导线，导线点与首级gps点或精密导线点通视，构成附合或闭合导线。

②高程控制点在首级水准点的基础上布设成附合水准线路或水准网。

导线点和高程点控制网定期检测，保证点位正确和精度可靠。

2.2.2盾构竖井联系测量
盾构竖井联系三角形定向测量把地面坐标和方向传递到井下基线边上，盾构竖井定向的精度直接影响井下起始基线边和隧道平面贯通精度。

联系三角形测量要求：①竖井中悬挂钢丝间距尽可能的长；②联系三角形锐角α应小于1º；③a/c或aˊ/cˊ≤1.5倍；④井上、井下同时测量两垂线间距较差≤±2 mm；⑤井上、井下同时用i级全站仪进行外业观测；⑥在区间盾构施工过程中，竖井定向测量需至少施测5次。

高程联系测量：在井上和井下各安
置一台水准仪，按二等水准观测要求同时读取井上井下悬挂钢尺和铟瓦尺刻度，每次独立观测三测回，测回间变动仪器高，三测回测得地上和地下水准点的高差小于3mm，取三次平均值作为高程传递成果。

2.2.3地下控制导线、高程延伸测量
在小曲率段推进时，由于隧道平曲线半径小，隧道导线边长只能控制在60m左右，因而布设双导线网，形成彼此相连的带状导线环。

导线延伸测量前，对先前导线点进行检测，无误后再向前延伸。

导线网和高程网在隧道贯通前至少复核5次，与竖井联系测量同步。

由于盾构机在小半径中转弯的侧向分力较大，可能造成成环隧道的水平位移，根据需要增加导线网和高程网复测频率，以提高盾构姿态的可靠性。

2.3盾构机姿态测量
盾构机姿态测量包括①导向系统掘进过程中的测量；②盾构机姿态的人工复核。

2.3.1导向系统掘进过程中的测量
盾构机在小曲率半径段掘进的测量工作极为重要。

测量工作包括①激光全站仪自动移站测量；②掘进过程中导向系统自动测量与检测；③导向系统激光全站仪测站及后视点托架坐标人工复测；
④成型管片姿态测量。

由于隧道转弯曲率半径小，通视距离短，须
转多个测站才能测得激光站和后视点坐标，坐标累计误差增大；激光站与接收标靶通视距离短，激光站前移频繁；测量托架位于盾尾刚成型管片上，稳定性差；盾构机转弯的侧向推力使成型环片可能发生水平位移。

上述因素都将影响盾构机姿态的准确性，因此每掘进5环左右，必须通过地下导线点和水准点复测激光站和后视点坐标，保证其准确可靠。

2.3.2盾构机姿态的人工测量
人工测量3个以上的标志点三维坐标，选择空间间距较大且接近切口位置的标志点，计算盾构机平面偏差、高程偏差、方位角、俯仰角、滚动角和切口里程，进而检测导向系统测量成果与人工测量结果是否一致。

盾构机姿态人工测量模:以盾体圆柱中心轴线作为x轴、垂直于x轴线的水平方向为y轴、垂直于xy轴的竖直方向为z轴，刀盘中心作为坐标原点，建立盾构机姿态人工测量模型，示意图如下
掘进过程中每激光站前移检测一次盾构机姿态，到达贯通面前50环，每5-10环检测一次，选择与激光站复测相同的控制点。

3平面贯通误差估算
影响隧道贯通的平面误差主要是横向贯通误差。

横向贯通误差主要与五个因素有关：①地面导线测量误差；②竖井联系测量误差；
③地下导线延伸测量误差；④盾构姿态的定位测量误差；⑤盾构到达竖井联系测量误差。

3.1地面导线测量误差
地面导线测量引起的误差是测角误差和测边误差。

（1）导线测角误差公式为：
式中为导线测角中误差±2.5”；ρ=206265；为导线测角的各导线点至贯通面的垂直距离的平方和，单位m2。

（2）导线测边误差公式为：
式中为导线边长相对中误差，地面精密导线测边相对中误差为1/60000；为导线各边长在贯通面上投影长度的平方和，单位m2。

单次地面导线测量误差。

每次联系测量前都要求对地面导线进行复核，每区间贯通前至少复核5次，则地面导线测量引起的横向贯通误差为:=23.4mm。

3.2竖井联系测量误差
(1)本工程联系测量在车站始发竖井通过联系三角形定向导入
地面坐标和方向，联系三角形定向边测角中误差=±2.5″，一次联系三角形定向误差对横向贯通误差的影响为： =23.0mm（其中l为区间隧道总长度1900m）
(2)钢丝投点的点位中误差为 =±10.0mm；假设投点点位中误差和三角形定向误差都独立的，则单次联系测量引起的横向贯通误差为:，隧道贯通前至少进行5次联系测量，则联系测量引起的横向贯通误差为： =11.2mm 。

3.3地下导线延伸测量误差
地下导线测量误差主要是由角度测量误差引起，由于隧道平曲线半径小，以双支导线测量误差来估算其引起的横向贯通误差大小。

双支导线引起的横向中误差计算公式为：，从盾构始发竖井到贯通面的最大距离l=1900m，隧道内按精密导线要求施测，地下的导线平均边长为100m，全线往返的总测站数为n=20，测角中误差为±2.5″，推算得
=±22.5mm。

隧道在贯通前至少进行5次联系测量,隧道内导线至少复测4次,则地下导线测量引起的横向中误差为。

3.4盾构姿态定位测量误差
盾构机姿态测量误差参考《城市轨道交通工程测量规范》盾构机姿态测量误差技术要求，采用其允许的平面偏离值3mm，即 =±3mm。

3.5盾构吊出竖井联系测量的误差
本工程隧道要在盾构吊出竖井通过联系三角形定向的方法导入平面坐标，其施测条件和始发竖井联系测量基本相同，投点的点位中误差为
±10.0 mm，且至少投点2次，故盾构吊出竖井联系测量的误差取值
3.6综合分析各项测量误差引起平面贯通测量误差
上述五项误差对贯通误差的影响是相互独立的，则共同引起的横向贯通中误差为：
，进推算， 29.3mm
4结束语
本工程右线于2010年9月全线贯通，经检测，平面贯通误差为36.2mm，符合《城市轨道交通工程测量规范》中暗挖隧道横向贯通中误差须控制在±50 mm以内的要求。

注：文章中涉及的公式和图表请用pdf格式打开。