隧道3102标测量方案.docx

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隧道3102标测量方案

深圳市地铁龙岗线3102标段翠竹站～田贝站区间

左线施工测量方案

编制:

复核:

审批:

北京城建集团有限责任公司

2009年7月

测量方案

一、工程概况

本标段工程包括【翠竹站～田贝站】左线区间，位于深圳市罗湖区。

【翠竹站～田贝站】线路从田贝站南侧端头出发延翠竹路南行后左转穿越大头领，穿越大头领后右转向东南方向穿过东门北路北侧住宅小区，后继续右转至翠竹站东侧端头。

其中要穿越大头领区段的矿山法开挖盾构衬砌隧道。

【翠竹站～田贝站】左线区间有盾构开挖盾构衬砌隧道和矿山法开挖盾构衬砌隧道两种隧道，2处联络通道。

本区间设计里程为：

ZDK10+165.97～ZDK11+374.80，长1192.692m（含短链16.138m），其中ZDK10+165.97～ZDK10+635.000和ZDK11+022.00～ZDK11+374.80为盾构开挖盾构衬砌隧道，ZDK10+635.000～ZDK11+022.000为矿山法开挖盾构衬砌隧道。

曲线四条：

ZJD9（ZDK10+111.368～ZDK10+418.624半径350m）、ZJD10（ZDK10+489.100～ZDK10+906.067半径350m）、ZJD11（ZDK10+935.696～ZDK11+223.458半径350m）、ZJD12（ZDK11+265.902～ZDK11+357.546半径1000m）。

联络通道中心里程分别为：

ZDK10+470.117和YDK11+040

二、编制依据

《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）

《城市测量规范》（CJJ8-99）

《工程测量规范》（GB50027-2007）

《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）

《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）

《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）

三、工程施工测量内容

3.1、地面控制测量

3.1.1、平面控制点复测

地面平面控制测量采用精密导线的相关技术要求，在始发井附近布设附合导线网,技术要求：

测角中误差≤±2.5″，测回数Ⅱ级全站仪为6测回，方位角闭合差5√n,每边测距中误差≤±6mm，测距相对中误差≤1/60000，全长相对闭合差≤1/35000，相邻点的相对中误差≤±8mm。

复核业主提供的【翠竹站～田贝站】盾构区间一级导线点GPS20、D3021、D3020、D3016、D3017A五个点；复测结果符合精度要求并上报。

3.1.2、高程控制点复测

地面高程控制测量采用城市水准二等水准，在始发井附近分别加密布设成附合水准路线，保证始发井至少有3个城市精密水准点。

其技术测量要求：

视距≤50m，前后视距差≤1.0m，前后视距累计差≤3.0m，基辅分划度数差≤0.5mm，基辅分划所测高差之差≤0.7mm，上下丝读数平均值与中丝读数之差≤3.0mm，间歇点高差之差≤1.0mm，往返较差、符合闭合差为±8√Lmm,每千米高差中数中误差±2mm。

复核业主提供的二等水准点S321、ⅡBM05、S311三个点，高程控制点复测采用Ⅱ等水准测量。

复测结果符合精度要求并上报。

复核业主提供的平面和高程控制点无误后在沿线布设加密附合导线网和加密附合水准路线，保证在始发井和吊出井附近都分别至少有3个精密导线点和3个精密水准点。

3.1.3、地面控制网的布置要求

3.1.3.1、导线在两端应考虑同时有2个以上的导线控制点，能直接与地面趋近导线通视联测；沿线布设若干个Ⅱ等水准点，两端头井附近，必须设立3个以上Ⅱ等水准点，以便作隧道井下的传递高程控制。

3.1.3.2、加密导线点的布设，既要满足隧道控制测量的要求，同时也作为地面环境变形监测的依据。

3.2、联系测量

联系测量要求

在端头井附近埋设稳定的地面导线控制点，采用固定观测墩，选点根据井深、井宽及现场情况而定，有条件直接投线时，应将端点直接放样至隧道（盾构）推进主方向线上，并在该推进方向上沿直线埋设一系列的方向控制点，以便将地面点的坐标直接引测到洞口（投线垂直角应＜30°）及井下。

3.2.1、一井定向

在始发井通过联系三角形定向测量把地面坐标和方向传递到洞内。

由于竖井定向的精度直接决定了地铁的贯通精度，要保证地铁的贯通，需要在地面和洞内建立统一平面坐标系统。

测量时井上、井下同时观测，由井上求得两点的坐标及其连线的方位角，井下是以两垂线的坐标和方位角推算导线起始边的坐标和方位角。

因为始发井完全可以保证两悬吊钢丝间距远大于5m，所以完全可以通过联系三角形定向把地面的坐标和方位导入井下，容易保证精度。

同时保证定向角接近零；距离比值达到最佳；用联系三角形传递坐标方位角时，选择经过小角的路线。

角度观测采用全圆测回法观测六测回，测角中误差在±2.5″之内。

边长测量采用全站仪测量反射贴片的方法。

每次独立测量三测回，各测回较差在井上小于0.5mm，在井下小于1.0mm。

井上井下测量同一边的较差小于2mm。

每次至少导入4个导线点，联系测量分别于始发和隧道掘进150～300m、掘进至单向长度的1/2处和距贯通面150m～200m时进行。

经过多次测量成果的加权平均值，指导隧道平面顺利贯通。

图1一井定向联系测量示意图

内业计算：

在ΔCBA和ΔABC´两个三角形中，c和c´为直接丈量的边长，同时，也可用余弦定理进行计算：

a2算=a2+b2-2abcosγ

a´2算=a´2+b´2-2a´b´cosγ´

因此，观测值由一差值：

Δc=c测-c算

Δc´=c´测-c´算

可用正弦定理计算a、β和a´、β´。

式中：

——地面观测值，以秒计。

计算出

、

之后，用导线计算方法计算井下导线点的坐标和起始方位角时，尽量按照锐角线路推算，如选择D-C-A-B-C´-D´路线。

3.2.2、高程传递测量

在始发井通过高程传递把地面标高传递到洞内。

高程传递测量包括地面趋近水准测量及竖井高程传递测量，地面趋近水准测量符合在地面相邻城市二等水准点上。

其测量的技术要求同城市二等水准测量。

通过悬吊钢尺的方法进行高程传递测量，井上和井下安置两台水准仪同时读数，钢尺上悬吊与钢尺检定时相同质量的重锤。

每次独立观测三测回，每测回变动仪器高度，三测回测得井上和井下水准点的高差小于3mm时，取其平均值作为该次高程传递的成果。

所用仪器为DSZ2精密自动安平水准仪结合铟瓦尺和30m钢尺。

井下必须埋设二个以上的高程控制点。

图2高程传递示意图

3.3．3、地下控制测量

3.3.1、地下施工控制导线测量

在洞内布设导线网。

在线路中线两侧平移一定距离的管片底部布设一般导线点，在管片拱腰位置安装强制对中托架布置强制对中导线点（尽量减小仪器的对中误差）。

导线网布设成若干个彼此相连的带状导线环。

在直线段保证平均边长在150m，曲线上也不小于60m，角度观测按三等导线的技术要求施测6测回，网中所有边和角都全部观测，采用严密平差方法计算，这样可以提高精度并有检核条件。

每次延伸施工控制导线测量前，对已有的施工控制导线点进行检测，无误后，再向前延伸。

施工控制导线在隧道贯通前的测量与竖井定向同步。

当重合点重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于10mm时，采用逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸测量的起算值。

图3洞内控制导线点布置示意图

3.3.2、地下高程测量

地下控制水准点的布设利用地下的施工控制导线点。

开始采用支水准路线向前延伸，在联络通道打通后，通过联络通道，把左、右洞水准点连接起来，形成附合水准线路。

其中地下控制水准测量所用仪器DSZ2精密自动安平水准仪配因瓦尺和测微器，按城市二等水准测量的技术要求施测。

地下控制水准测量在隧道贯通前独立进行并与地面向井下传递高程同步。

重复测量的控制水准点与原测点的高程较差小于5mm时，并采用逐次水准测量的加权平均值作为下次控制水准测量的起算值。

图4洞内水准点测量示意图

3.3.3、控制测量施测过程中的关键点

3.3.3.1、地面平面控制网必须有一基本方向线，并与隧道平面布置图相吻合最为理想。

3.3.3.2、当采用导线测量引测地下趋近平面点时，必须严格控制隧道前进方向横向上的点位误差值。

3.3.3.3、隧道内在通视条件许可的情况下，使用尽可能长的边长（视线、光线条件），但当由地下基线点引测时（基线边长预计为60m）后前视边长比应≤1/2。

3.3.3.4、联系水准测量时，必须选用两台经检定合格的水准仪进行高程引测，并进行温差尺长改正校差。

3.3.3.5、施工控制导线延伸测量时，应对以前的施控导线点进行联测、检测，用以校对所使用的主控点未受到破坏及施工影响。

3.4、贯通误差预计

隧道施工控制网的主要作用是保证地下隧道能正确贯通。

它们的精度要求，主要取决于隧道贯通精度的要求、隧道的长度以及施工方法等。

由于本工程是盾构施工，其贯通误差是指盾构机机头中心与隧道预留洞门中心的偏差值。

隧道贯通误差主要有地面控制测量的误差与隧道贯通误差（主要是横向误差），对横向贯通误差影响最大的是测角误差和测距误差。

以下是针对本工程贯通误差进行分析预计。

3.4.1、平面贯通误差分析

平面贯通误差的主要来源

由于本标段是主要是盾构施工，其贯通误差是指盾构机头中心与预留门洞中心的偏差值。

横向贯通误差的主要来源是下列五道测量工序的误差：

：

地面控制测量误差；

：

始发井联系测量的误差；

：

地下导线测量误差量误差；

：

盾构姿态的定位测量误差；

：

吊出井联系测量的误差

各项误差源的分析

地面控制测量误差：

地面导线测量对横向贯通的影响是测角误差和测边误差的共同影响。

导线测角误差引起的横向贯通中误差为myβ=±mβ〞/ρ〞*√（∑RX2）

式中：

mβ－导线测角中误差，以秒计；

∑RX2－导线测角的个导线点至贯通面的垂直距离的平方和，单位m2；

导线测边的误差引起的横向贯通中误差为myS=±mS/S*√（∑dy2）

式中：

mS/S－导线边长相对中误差；

∑dy2－导线各边长在贯通面上投影长度的平方和，单位m2；

地面导线测量对横向贯通的影响

∑RX2=RX2GPS20+RX2021+RX2020+RX2016+RX2017A=1062714.095

∑dy2=dy2GPS20-021+dy2021-020+dy2020-016+dy2016-017A=576899.180

地面导线测量的测角中误差mβ=2.17〞，测距相对中误差mS/S=1/109761，则推出：

myβ=±10.85mm，myS=±6.92mm，

m横=±√（myβ2+myS2）=±12.86mm；

始发井联系测量误差：

由于本标段是在始发井通过联系三角形定向的方法导入地面坐标和方向。

通常联系三角形定向的定向误差要求都在2～4″，由于本标段始发井的井口长达12米，做联系测量布网时，可以保证联系三角形的图形到达非常有利的条件，这样就可以大大减小了定向误差。

现在利用一般的定向误差值2″，推算一次定向误差对横向贯通误差的影响为：

m横2=ma*L/206265=（2*1192/206265）*1000=±11.6mm

其中此处的L是盾构施工段线路长1192m；

而钢丝投点的点位中误差借鉴经验值10mm，假设此误差完全传递给横向贯通，则联系三角形投点的点位中误差影起的横向贯通误差为m′横2=±10mm。

假设投点的坐标误差和定向误差都独立的，则联系测量影起的横向贯通误差为

m横2=±√（11.6^2+10^2）＝±15.32mm

由于在贯通前我们将在始发井独立作三次联系测量，则定向误差

m横2=15.32/√3=±8.8mm

实际上由于我们做联系测量的三角形的图形条件可以非常有利，完全可以大大提高定向精度，也就大大减小了对横向贯通误差的影响；

地下导线测量误差：

地下导线测量误差主要是由角度测量误差引起，我们在洞内沿线路布置导线网，由于线路转弯不是很明显，基本上可以看成是直线，并且测距精度很高，所以按等边直伸符合导线的贯通来估算。

等边直伸符合导线的终点的横向中误差计算为：

m横=L*ｍβ/206265*√（n+3）/12。

在本标段，从始发井到吊出井L=1192m，现在借用精密导线的技术要求来计算：

应为有3段小半径曲线固地下的导线平均边长按120m，则全线往返的总测站数为n=10；测角中误差为1.5″，则

m横3=L*ｍβ/206265*√（n+3）/12=±9mm

实际上，我们地下导线采用的是导线网的形式，精度比符合导线高，这样横向贯通的精度是可以保证的。

盾构姿态的定位测量误差：

盾构机姿态测量误差可以借鉴《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）盾构机姿态测量误差技术要求，m横4采用其允许的平面偏离值5mm即m横4=±5mm；

吊出井联系测量的误差：

由于本标段要在吊出井通过联系三角形定向的方法导入平面坐标。

钢丝投点的点位中误差借鉴经验值10mm，它也会影起贯通测量误差。

假设其误差完全传递给贯通误差，则吊出井联系测量钢丝投点的坐标误差影起贯通测量误差m横5=±10mm。

平面贯通测量误差预计

假设上述五项误差对贯通误差的影响是独立的，则由它们共同影起的贯通测量误差为：

m横=±√（12.862+8.82+92+52+102）=±21.2mm

《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）中规定暗挖隧道横向贯通中误差应在±50mm,所以满足规范要求，实际上我闷在始发井和吊出井做联系三角形测量时，有足够的宽度来保证三角形的图形达到最佳，这样就可以大大提高联系测量的精度；在洞内布的是精密导线网，按精密导线的要求施测和计算，其精度比符合导线的精度更高。

所有的这些都可以把精度提高，使其有足够的精度来保证线路的横向贯通。

3.4.2、水准测量误差对高程贯通误差的影响分析

a、地面高程控制测量误差：

由于我们是从S321（水贝站）到ⅡBM05在联测至S311，线路总长是3168.78m，从始发井到吊出井线路长是1192.692m，因此地面水准路线总长为3168.78+1192.692=4361.472m。

根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）中的规定，每公里高差中误差为±2mm，则测量中误差为4361.472/1000*（±2）=8.7mm；

b、始发井高程传递测量

始发井高程传递测量中误差姑且取地铁测量的经验值±10mm，在隧道贯通前独立做三次，则由此引起的高程贯通测量中误差为10/√3=±5.8mm；

c、地下水准测量

地下水准测量是从始发井到吊出井总长1192.692m，我们仍按精密水准测量的要求施测，引起的高程贯通测量误差为1192.692/1000*（±2）=2.4mm；

d、盾构姿态的定位测量中误差

由盾构机姿态定位测量中误差引起的贯通测量误差取其盾构机姿态测量误差技术要求规定的±5mm；

e、吊出井高程传递测量中误差

由吊出井高程传递测量误差引起的隧道贯通误差也取经验值±10mm，独立做三次，则由此引起的高程贯通测量中误差为10/√3=±5.8mm；

3.4.3、水准测量误差对高程贯通误差的影响预计

如果把上述高程传递测量误差对隧道贯通测量误差的影响都认为是独立的，则各项误差对隧道高程贯通中误差的影响为：

m横=±√（8.72+5.82+2.42+±52+5.82）=±13.2mm

小于《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）中规定的隧道高程贯通中误差±50mm

3.5、施工测量及监测测量

本标段施工测量主要是始发托架、反力架、洞门预埋钢板环和接收托架以及联络通道的施工放样测量、盾构隧道的施工导向、管片检测和各种结构定位的放样测量和监测测量等等。

3.5.1、盾构机始发及反力架安装测量

在始发托架和反力架安装之前应先对始发洞门进行复核。

以联测后地下平面和高程控制点为基准，检查洞门里程、中线、高程、预埋钢环的位置。

盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装，因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外重要。

主要安装精度指标为：

①　高程偏差≤±５mm

②　左右偏差≤±10mm

③　竖直趋势≤±２‰

④水平趋势≤±３‰

3.5.1.1、始发托架的高程控制

先计算出入洞点切线坡度，由竖曲线设计资料计算出入洞点的轨顶高程，按照所推出入洞点的切线坡度确定出始发托架头尾对应里程点的轨顶高程，作为始发托架高程及反力架的倾角调整的依据。

实际放样时，始发托架比设计要适当调高（必须报验），以消除盾构机入洞后“栽头”的影响，接收托架要比设计适当调低。

3.5.1.2、始发托架的平面位置控制

由于线路设计在始发井内为曲线，所以始发托架的平面定位直接按照曲线线路设计隧道中心洞门里程的切线来控制。

在盾构机始发托架安装前，利用井下控制点精确在地面标定出隧道设计中心线及盾构托架支撑导轨的中心线，在垂直投影面上始发基座的中心线与隧道的轴线相吻合。

另外，要通过调整始发基座的支架使盾构机处于水平始发，始发基座高程的计算方法是通过拟订盾构机在始发基座上时盾构机的中心线在盾尾位置处要与隧道轴线相一致，始发托架的高程要比设计高程略高1cm，这是防止盾构始发时出现“栽头现象”。

盾构托架支撑导轨与隧道中心线位置示意图见下图。

图5

3.5.1.3始发托架、基准环及反力架的检查

在始发托架、基准环以及反力架安装完毕后，对安装结果进行检查。

检查结果满足以下条件时，方认为安装合格，否则重新进行调整。

1）基准环和反力架的倾角与隧道的中心轴线的法线平行；

2）基准环和反力架的中心线与隧道的轴线一致。

3）始发托架中心线与线路中心一致

3.5.2、盾构隧道的施工导向

盾构机的导向系统为VMT公司的SLS-T系统，该系统为使盾构机沿设计轴线掘进提供所有重要的数据信息，同时该系统还能提供在隧道施工过程中的完整备档文件。

SLS-T系统功能完美，操作简单。

后视靶的吊篮可以设计成直接安装在管片螺栓上，不需要电钻打眼安装。

每次移站时把吊篮安装在盾构机的尾部，激光站的吊篮安装在离盾头20米的距离。

始发掘进前，在适当位置安装激光测站及后视棱镜吊篮，利用井下控制点和井下高程控制点引测出激光站点和后视棱镜三维坐标，引测时仰角不大于8°，高程测量独立测量三次，测得的高差较差≤±5mm，由于激光站附近的管片还不是很稳定，激光站可能移动，需周期性的对SLS-T导向系统的数据进行人工测量校核，如果超限，必须做人工复测激光站和后视靶的坐标，重新定向。

特别是在盾构机出洞前50米更要加强激光站的方位检测和人工复测。

见下图。

3.5.3、管片检测

在衬砌管片时，及时测量衬砌环的姿态，每天测量一次，必要时每天测量两次,保证每环都能测到，及时掌握管片的位移情况,同时也是对导向系统的校核。

相邻衬砌环测量时重合测定约10环管片，管片平面和高程控制在±50mm之内。

衬砌管片检测采用铝合金尺，通过测量铝合金尺的中心坐标来推算管环中心的坐标，测量时，铝合金直尺一定要通过水平尺置平，水平尺定期进行校正。

计算管环中心偏离隧道轴线时，可以通过测量出来的管环中心的大地坐标，然后用反算软件计算出与中心的偏距。

同时并用CAD法复核，通过与CAD里事先绘出的隧道轴线（空间）比较就可以计算出管环中心的偏差。

3.5.4、盾构姿态的人工复测

通过测量盾构机上的参考点来计算盾构机的姿态与盾构机导向系统SLS-T显示的姿态是否一致。

盾构姿态的人工复测量化进行，特别是在隧道贯通前更要加大检测频率。

测量项目包括纵向坡度、横向坡度、平面偏移值、高程偏移值、切口里程滚动值等。

盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。

在盾构机的机壳体内适当位置选择测量的观测点就成为非常重要的工作，所选观测点既要有利于观测，又利于点位的保护，并且相对位置不能发生变化。

　图7

　如图中A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机中体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出每个角点的三维坐标（xi,yi,zi）,根据四个点的三维坐标（xi,yi,zi）分别计算出LAB,LAC,LAD,LBC,LBD,LCD,四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。

同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E点的三维坐标。

由A、E两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到检测盾构机的目的。

始发掘进前，在主体结构中板适当位置安装激光测站及后视棱镜吊蓝，利用井下控制点和井下高程控制点引测出激光站点和后视棱镜三维坐标，引测时仰角不大于8°，高程测量独立测量三次，测得的高差较差≤±5mm。

始发掘进阶段，利用井下控制点对盾构姿态进行人工复测，及时将人工复测的数据与VMT导向系统记录的数据进行比较，当差值较大时，用全站仪对激光站和后视棱镜点坐标进行检查，修改VMT中的设置参数，以确保掘进过程中盾构姿态的正确。

在掘进到150m时，进行一次包括联系测量在内的地下导线复测及地下水准复测。

盾构机姿态人工复测时，测定在盾构机壳内的三点（已知在TBM坐标系中坐标）的三维坐标后，反算出刀盘中心点的三维坐标和盾尾中心点的三维坐标，由刀盘中心、盾尾中心两点的坐标计算出盾构机在掘进过程中瞬时的水平方向和垂直方向的偏离值，与自动导向系统所显示的相关数据进行比较就可以知道自动导向系统是否正常工作。

测量方法：

从隧道内主控制导线点引测至托架上，引测至托架上时仰角不得大于8°。

在托架上建立测站，测定机壳三点的三维坐标。

高程用全站仪加钢尺测量，采取正、倒镜读数，消除仪器竖直角指标差的影响，独立测量三次，测得的高差较差≤±5mm。

盾构姿态的人工复测在激光站的移站后进行，或环片测量结果与盾构姿态数据差距较大时进行。

3.6、始发掘进阶段的测量与监测

3.6.1、测量准备工作

对盾构推进线路数据进行复核计算，计算结果由监理工程师书面确认。

实测始发、接收井预留洞门中心横向和垂直向的偏差，并由监理工程师书面确认后方可进行下道工序施工。

按设计图在实地对盾构始发托架的平面和高程位置进行放样，始发托架就位后立即测定与设计的偏差。

在盾构右上方留出位置供安装测量装置，并保证测量通视。

盾构就位后精确测定相对于盾构推进时设计轴线的初始位置和姿态。

安装在盾构内的专用测量设备就位后立即进行测量，测量成果应与盾构的初始位置和姿态相符，并报监理工程师备查。

3.6.2、盾构推进中测量方法

在盾构机的配置中，用于掘进方向控制的主要为导向系统（SLS-T）来控制，在盾构机右上方管片处安装吊蓝，吊蓝用钢板制作，其底部加工强制对中螺栓孔，用以安放全站仪。

强制对中点的三维坐标通过洞口的导线起始边传递而来，并且在盾构施工过程中，吊蓝上的强制对中点坐标与隧道内地下控制导线点坐标相互检核。

如较核差值过大，需再次复核，确认无误后以地下控制导线测得的三维坐标为准。

因此盾构在推进过程中，测量人员要牢牢掌握盾构推进方向，让盾构沿着设计中心轴线推进。

见下图：

3.7、竣工测量

3.7.1、贯通测量

盾构通过一个区间后，及时地进行联测井上、井下导线网、水准网，并进行平差，为盾构隧道贯通测量提供具有一定精度的导线点与水准点。

利用吊出井贯通面两侧的平面和高程控制点进行隧道的