地鐵隧道工程貫通誤差分析范文

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摘要:通過分析影響隧道貫通的誤差來源，應(yīng)用誤差傳播定律對(duì)貫通誤差進(jìn)行預(yù)計(jì)，給出了貫通誤差預(yù)計(jì)的計(jì)算公式。結(jié)合青島地鐵1號(hào)線跨海段隧道狹長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜、光線暗等實(shí)際情況，對(duì)貫通誤差進(jìn)行估計(jì)，給出了具體測(cè)量方案，貫通結(jié)果表明:該方案有效保證了過海隧道的精準(zhǔn)貫通;通過貫通后實(shí)際測(cè)量，水平貫通誤差5．2mm、高程貫通誤差9．0mm，驗(yàn)證了貫通誤差預(yù)計(jì)方案的可行性，對(duì)相關(guān)工程提供了有益借鑒。

關(guān)鍵詞:長(zhǎng)距離跨海地鐵隧道;貫通誤差估計(jì);橫向貫通誤差;高程貫通誤差

1引言

隨著城市發(fā)展日益緊張的有限地上空間，各個(gè)城市興起了地鐵建設(shè)的高潮。地鐵工程不同于地上工程，其對(duì)測(cè)量要求較高，尤其是對(duì)于長(zhǎng)距離區(qū)間隧道需要制定詳細(xì)的測(cè)量方案和方法，以保證隧道的順利貫通。地鐵施工一般由兩車站間相向開挖，由豎井或斜井將地面方位角和坐標(biāo)值引入地下，對(duì)于距離較長(zhǎng)的區(qū)間可以中間增加風(fēng)井的方式提高貫通精度。青島地鐵1號(hào)線全長(zhǎng)59．9km，橫穿膠州灣海底，跨海長(zhǎng)度3．5km，采用傳統(tǒng)增加風(fēng)井聯(lián)測(cè)的方式不可行，這就要求我們對(duì)影響長(zhǎng)距離隧道貫通的影響因子進(jìn)行分類分析，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求貫通誤差要求，應(yīng)用誤差傳播定律進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)，選擇合適的觀測(cè)儀器和提高測(cè)量精度的方法，最終提出具體的施工測(cè)量方案和測(cè)量方法，保證過海隧道的準(zhǔn)確貫通。

2貫通誤差預(yù)計(jì)

當(dāng)隧道兩端由施工斜井相向開挖時(shí)，高程可采用高精度電子水準(zhǔn)儀通過斜井導(dǎo)入，因而如何導(dǎo)入高精度的平面坐標(biāo)和方位是關(guān)鍵。貫通相遇點(diǎn)在水平方向上的誤差源主要包括:地面平面控制測(cè)量誤差、聯(lián)系測(cè)量中的定向誤差和井下平面控制測(cè)量誤差;在高程上的誤差源主要包括:地面水準(zhǔn)測(cè)量誤差、導(dǎo)入高程誤差和井下水準(zhǔn)測(cè)量誤差。2.1水平方向貫通誤差預(yù)計(jì)如圖1所示，當(dāng)井上地面控制采用導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，地面導(dǎo)線測(cè)量誤差引起的K點(diǎn)在X'方向上的誤差預(yù)計(jì)方法，與井下導(dǎo)線測(cè)量的誤差預(yù)計(jì)方法基本相同［1］。一般情況下，應(yīng)當(dāng)在地面兩井口進(jìn)井點(diǎn)之間布設(shè)閉合導(dǎo)線和附和導(dǎo)線，這時(shí)在進(jìn)行地面閉合導(dǎo)線或附和導(dǎo)線嚴(yán)密平差時(shí)，應(yīng)同時(shí)評(píng)定近井點(diǎn)A和B兩點(diǎn)之間在X'方向上的相對(duì)點(diǎn)位中誤差和兩條近井點(diǎn)后視邊坐標(biāo)方位角之間的相對(duì)中誤差，按式(1)計(jì)算地面導(dǎo)線測(cè)量對(duì)于貫通的影響:(1)式中:MX'AB—兩個(gè)近井點(diǎn)A與B在X'方向上的相對(duì)點(diǎn)位中誤差;M△α—兩個(gè)近井點(diǎn)后視邊坐標(biāo)方位角之間的相對(duì)中誤差;RY'A、RY'B—近井點(diǎn)A與B在K點(diǎn)連線在Y'軸上的投影長(zhǎng)。采用聯(lián)系測(cè)量，可以把地面點(diǎn)的坐標(biāo)、方位及高程傳遞到井下去。定向測(cè)量無論采用幾何定向還是陀螺定向，測(cè)量的誤差都集中反映在井下導(dǎo)線起始邊坐標(biāo)方位角誤差上。如圖2所示。定向測(cè)量誤差引起的K點(diǎn)在X'方向上的誤差為:2.2高程方向貫通誤差預(yù)計(jì)貫通相遇點(diǎn)K在高程上的誤差來源包括地面水準(zhǔn)測(cè)量誤差、導(dǎo)入高程誤差和井下水準(zhǔn)測(cè)量誤差。地面和地下水準(zhǔn)測(cè)量誤差可以按水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度或按水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)站數(shù)分別進(jìn)行估算。水準(zhǔn)測(cè)量引起的高程誤差MH上的估算公式［2，3］為:導(dǎo)入高程測(cè)量可根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求中規(guī)定的兩次獨(dú)立導(dǎo)入高程的容許誤差來反算求得以此導(dǎo)入的高程中誤差。當(dāng)采用斜井導(dǎo)入時(shí)，導(dǎo)入高程中誤差可不必單獨(dú)計(jì)算，而將斜井水準(zhǔn)測(cè)量和地下水準(zhǔn)測(cè)量看作一個(gè)整體來進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。

3工程實(shí)例與分析

青島地鐵1號(hào)線瓦屋莊站至貴州路站區(qū)間穿越膠州灣隧道，線路全長(zhǎng)約8．1km，其中海域段長(zhǎng)度約3．49km，采用礦山法施工;過海段是連接黃島和城區(qū)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，過海段在黃島側(cè)設(shè)立兩座施工斜井，在市區(qū)段設(shè)立一座施工斜井，由兩側(cè)對(duì)向開挖，如圖3所示。過海段不具備在中間設(shè)立風(fēng)井進(jìn)行聯(lián)測(cè)的條件，加之過海隧道橫穿膠州灣海底，海下地質(zhì)條件復(fù)雜，因而必須進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)，確定詳細(xì)的施工測(cè)量方案，確保海底隧道的準(zhǔn)確貫通。圖3過海段線3.1測(cè)量方案的制定(1)橫向貫通精度估算及儀器精度指標(biāo)確定將影響隧道貫通誤差的因素分為兩大部分:即地面控制測(cè)量m1和包含斜井聯(lián)系測(cè)量的地下導(dǎo)線測(cè)量m2，并取m1=m，m2=2m，則隧道橫向貫通誤差為:根據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB50308－2017)要求地鐵隧道橫向貫通限差為±50mm，則m=50/2.24=22．3mm，即地面控制測(cè)量誤差為m1≤22．3mm，包括斜井在內(nèi)的地下導(dǎo)線測(cè)量誤差為m2≤44．6mm。根據(jù)之前地鐵測(cè)量項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，地面控制網(wǎng)測(cè)量誤差較為容易控制。當(dāng)?shù)叵聦?dǎo)線敷設(shè)為近似等邊直伸形支導(dǎo)線時(shí)，式(3)可簡(jiǎn)化為假設(shè)測(cè)邊誤差中只含有偶然誤差，地下導(dǎo)線橫向誤差的主要影響因素是測(cè)角誤差。按照《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB50308－2017)要求，地下導(dǎo)線控制點(diǎn)布設(shè)按平均100m計(jì)算，加上斜井導(dǎo)線測(cè)量，地下導(dǎo)線長(zhǎng)度按2．5km計(jì)算，由式(6)可以得出測(cè)角中誤差mβ≤0.7″，測(cè)角宜采用0.5″級(jí)全站儀按4個(gè)測(cè)回進(jìn)行施測(cè)、測(cè)距宜采用I級(jí)(1mm±1ppm×D，D為邊長(zhǎng)，以km為單位)以上測(cè)距精度按2個(gè)測(cè)回進(jìn)行施測(cè)。實(shí)際測(cè)量中地下導(dǎo)線一般布設(shè)雙導(dǎo)線。由于雙導(dǎo)線方向觀測(cè)值和邊長(zhǎng)觀測(cè)值明顯增多，提高了布網(wǎng)的網(wǎng)形強(qiáng)度，有利于增加檢核條件，在一定程度上提高導(dǎo)線測(cè)量的精度。(2)高程貫通精度估算及儀器精度指標(biāo)確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，令地面高程控制測(cè)量m1=m，包含斜井在內(nèi)的地下高程控制測(cè)量m2=3m，則隧道高程貫通誤差為:根據(jù)規(guī)范要求地鐵隧道高程貫通誤差為±25mm，則m=25/3.16=7．9mm，即地面高程控制測(cè)量誤差為m1≤7．9mm，包括斜井在內(nèi)的地下高程測(cè)量誤差為:m2≤23．7mm。加上斜井在內(nèi)的地下水準(zhǔn)路線往返測(cè)長(zhǎng)度按6km計(jì)算，由式(4)可以得出高程測(cè)量中誤差mkm≤4．8mm，采用電子型水準(zhǔn)儀完全可以滿足要求。3.2貫通誤差結(jié)果分析過海隧道貫通后，對(duì)實(shí)際貫通誤差進(jìn)行測(cè)量。分別由貫通點(diǎn)兩側(cè)測(cè)量貫通點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，如表1和表2所示。依據(jù)設(shè)計(jì)線路，計(jì)算得到實(shí)際的橫向和高程項(xiàng)貫通誤差。根據(jù)過海隧道區(qū)間1#、2#豎井貫通面附近線路方向與坐標(biāo)北方向夾角計(jì)算可得過海隧道區(qū)間1#、2#豎井橫向貫通誤差為4．2mm，高程貫通誤差為9．0mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB50308－2017)限差要求，驗(yàn)證了貫通誤差預(yù)計(jì)及測(cè)量方案的有效性。

4結(jié)論

作為國內(nèi)第一條跨海地鐵線路，如何保證青島地鐵1號(hào)線長(zhǎng)距離跨海段的順利貫通意義重大，本文通過研究影響隧道貫通的誤差來源，應(yīng)用誤差傳播定律對(duì)貫通精度進(jìn)行估算，提出合理的測(cè)量方案和測(cè)量方法，在分類總結(jié)影響貫通的不同誤差源基礎(chǔ)上，對(duì)施工過程中使用何種精度儀器進(jìn)行了細(xì)化分析;針對(duì)支導(dǎo)線多余觀測(cè)不足的缺點(diǎn)，提出布設(shè)交叉雙導(dǎo)線，并對(duì)其精度進(jìn)行對(duì)比分析。過海隧道貫通后，對(duì)實(shí)際貫通誤差進(jìn)行測(cè)量，水平貫通誤差5．2mm、高程貫通誤差9．0mm，驗(yàn)證了貫通誤差預(yù)計(jì)方案的可行性，對(duì)于長(zhǎng)距離跨海隧道定向測(cè)量具有一定的參考價(jià)值。

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作者：胡玉祥 尹相寶 王曉民 張洪德 徐瀟 單位：青島市勘察測(cè)繪研究院 青島市西海岸基礎(chǔ)地理信息中心有限公司 青島市地下空間地理信息工程研究中心