地铁隧道盾构测量误差控制环节要点分析

地铁隧道盾构测量误差控制环节要点分析

曹永珍

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 江苏省无锡市 214105

摘要：社会经济发展水平的提高和城市化建设工作的推进，使得地铁工程规模和数量均呈明显上升趋势，这给隧道盾构施工提出更高质量问题。基于此，为提高隧道工程施工效率和安全性，本文对地铁隧道盾构测量误差分析进行研究，重点研究误差控制环节要点，以期为相关工作提供有效参考建议。

关键词：测量误差；地铁隧道；盾构；误差控制

引言：盾构作为地铁隧道工程施工中的重要机械，负责开挖、支护和衬砌等多种作业，该施工器械不会对周围环境造成较大影响，且掘进速度快，满足施工需要。但是在实际运用中，起始方位角误差、测角误差累积等影响施工质量，而且盾构一次成形，方向偏差带来的效果是不可逆的。因此，掌握误差控制要点是必要的。

1.研究地铁隧道盾构测量误差分配

一般情况下，地铁隧道盾构施工往往从一侧竖井出发，直至到达另一侧竖井，在此过程中，贯通误差可能出现在掘进线路的纵横竖三个方向，作为隧道控制测量重点，需要对横向贯通精度进行控制。从当前盾构隧道横向贯通误差来源来看，主要分为四方面，一是地面控制测量误差（m_q1）；二是联系测量误差（m_q2）；三是地下控制测量误差（m_q3）；四是盾构姿态定位测量误差（m_q4）。根据误差传播定律，则有： 。其中，m_Q为隧道横向贯通误差。通过当前测量方法，平面控制测量条件较好，所以相较于洞内测量精度，地面控制测量的精度标准要比联系测量和地下测量精度标准高，那么在明确误差影响时，可以按照不等精度分配原则进行取值，即：上述四方面误差分别为n、3n、3n和2n，将其带入到上述公式中可以得到： ，通过计算，n的数值为±10.4mm。再该公式与参数下，地面控制测量误差、联系测量误差、地下控制测量误差和盾构姿态定位测量误差扥别为±10.4mm、±31.2mm、±31.2mm和±20.8mm。

2.基于地铁隧道工程分析盾构测量误差控制环节要点

2.1地面控制测量误差控制要点

从当前地铁工程施工来看，线路控制网主要分为两级布设，一级是采用卫星定位测量方法的线路控制网，另一级是精密导线网，主要为线路加密。在该控制网络建设与布置下，在对地面控制测量精度进行强化、测量误差进行控制时，应将设备、仪器作为误差控制切入点。具体控制要如下：

（1）加强对起算控制点的控制，比如采用强制对中标志，从而将仪器的对中误差降至最低；（2）卫星定位控制网必须由独立基线构成若干异步环以构成检核条件；（3）采用附合导线对精密导线进行布设，或是采用结点导线网和闭合导线网形式；（4）对附合导线的边数进行控制，一般情况下控制在12条左右，此外，控制相邻边的短边与长边比例，要大于1∶2，其中最短边要大于100m，以此对测角误差进行控制；（5）适当加大盾构区间控制点的距离，并对控制点数量进行合理减少，从而强化导线精度；（6）控制相邻导线点间以及导线点与其卫星点位控制点之间的垂直角，多少情况下要在30°以下。另外障碍物与视线之间的距离大于1.5m，以此保证照明亮度；（7）开展后视边长观测的调焦工作时，最好采用同时观测法，依托于同一方向正倒镜实现对一个测回中不同方向的控制偏差。值得注意的是，在此过程中可以不考虑2C较差要求；（8）严格按照相关要求改正边长，具体改正内容包括高程归化、仪器加等^[1]。

2.2联系测量误差控制要点

作为铁路隧道盾构测量误差控制的重要内容，联系测量误差控制直接关系到地下隧道工程施工质量。所谓平面联系测量，主要利用地面平面坐标系，通过将其传递到地下，从而保证地上、地下测量工作一致。从当前平面联系测量来看，其内容较为复杂，包括导线直接传递测量、一井定向等。开展联系测量作业前，需要结合全面的竖井资料，优化测量方案，确保测量方案满足精度、经济等指标要求。不同的测量方式具有差异化的缺点与有事，比如两井定向具有较高精度，且无需占用较长时间井筒，因而在钢丝之间的距离不小于60m时，可以选择这一方法；一井定向对钢丝间距要求不小于5m，通过联系三角形定向能够实现单竖井定向，但是操作较为繁琐，容易受外界环境影响，一旦作业时间较长，出错概率也在不断上升，所以不适用于较长的地铁隧道；导线直接传递具有较高的测量精度与测量效率，但是需要克服较大俯仰角带来的影响，还要把控空气、温差等对测量结果的影响。

在结合工程实际情况选择平面联系测量方法后，为有效提高测量精度，相关人员要对隧道单向贯通距离进行控制，当距离在1500m以上时，要在掘进进度为1000m时，落实加测陀螺方位角等方法，以此实现对控制网精度的有效优化。除此之外，若是盾构隧道区间较难精准投点，相关人员在开展检核工作时，可以采用陀螺仪定向法，这一方法不会导致累计误差的出现，即便掘进隧道较长，也能够很好适应施工要求。但是需要注意的是，在使用这一方法开展地下方位角的检核工作时，不可在振动区域、强电磁场区域或是温度较为极端的区域展开，以此保证检核结果可靠性

^[2]。

2.3地下控制测量误差控制要点

在提高地下控制测量精度时，可以采用以下措施，分别为：

（1）将稳定可靠、便利安全等原则贯穿施工始终，并在掘进过程中在管片结构侧壁上布设控制点，同时埋设强制归心仪器观测装置；（2）保证施工视线与地铁隧道壁之间的距离在0.5m以上，从而降低甚至规避旁折光测角精度给施工精度带来的影响；（3）在控制对中误差时，施工过程中可以采用三联脚架法进行观测，尤其是具有较长单向贯通距离的施工隧道；（4）由于地质影响，一些地铁隧道盾构施工过程中涉及较多粉尘与烟雾，为实现对地下测量误差的有效控制，可以及时布设鼓风机等装置，从而营造良好的测量环境；（5）在提高地铁隧道盾构的准确性时，要在贯通前落实以下工作，比如距离贯通还差100m的位置时，工作要点为：①开展复测工作，尤其是覆盖面较大的地面控制网；②安装复核盾构接收钢环，以此提高施工稳定性；③联系测量及地下控制点测量。

2.4掘进轴线偏差测量控制要点

按照方案设计数据控制隧道中心施工施工参数，将高程、平面等偏差控制在±50mm范围内，为实现对掘进轴线偏差的有效控制，要结合现代化导向系统等落实测量控制措施，具体如下：

（1）以设计要求为基础安装稳定的始发架和反力架。为避免栽头现象的出现，要结合工程所在区域的地质条件将盾构始发基座适当抬高，一般高于坡度2%左右即可；（2）多级复核设计值与参数，确认无误后方可施工；（3）对掘进轴线偏差进行严格控制，并依托于物联网等技术进行预警机制的建立，一旦偏差在合理区间之外立即启动预警，若是偏差数据较大，则要立即停工重新制定专项掘进方案；（4）为实现对偏差的动态化控制，可以采用自动化的盾构导向系统，并依托于远程测量获取盾构前进姿态数据；（5）使用人工测量的方法及时检核拼装后的管片，以此保证拼装姿态符合施工要求^[3]。

结论：综上所述，盾构施工法作为当前地铁隧道掘进作业的常用技术，在具备效率高等优势的同时也存在着一次成型的限制性。为保证掘进方向正确，要从平面控制测量、联系测量和地下控制测量等方面落实差异化的误差控制措施，以此提高工程效益。

参考文献：

[1] 杨芝璐, 张孟喜, 肖晓春,等. 超大直径盾构不同角度下穿对既有地铁隧道的影响分析[J]. 铁道标准设计, 2021, 65(3):7.

[2] 宋洋, 王韦颐, 杜春生. 富水圆砾与泥岩复合地层泥水盾构超近接下穿既有地铁隧道掘进参数优化研究[J]. 现代隧道技术, 2021, 58(5):11.

[3] 龚率, 张小波, 乔燕燕,等. 采用新检测方法的地铁盾构隧道管片姿态检测信息管理系统[J]. 城市轨道交通研究, 2021, 24(8):5.