多曲率长距离隧道施工测量技术

多曲率长距离隧道施工测量技术研究1研究背景及方向6多曲率长距离盾构隧道轴线控制测量技术的研究5狭小深井联系测量技术的研究4地面控制网测量3测量工作筹划以及贯通精度控制2工程概况7盾构曲线段施工姿态控制测量技术8长距离贯通测量技术的研究目录9结论11.前言1.1隧道施工测量技术研究现状

在盾构法隧道施工中，由于受井口及洞内恶劣条件的限制，隧道施工测量受干扰大，产生误差的因素多，测量精度难以提高。现行盾构施工规范中将隧道施工测量精度等级和隧道轴线允许误差及贯通误差等要求予以了适当放宽，且只对≤2km的隧道作了要求，贯通距离大于2公里时贯通测量中误差应由设计、施工、测量人员共同确定。是顾及地下工程施工领域在现有的仪器设备和测量方法的条件下，施工过程的控制测量精度很难有效再提高。

平均边长（m）导线长度（km）每边测距中误差（mm）测距相对中误差（mm）测角中误差(″)测回数方位角闭合差（″）相邻点的相对点位中误差(mm)DJ1DJ23503～5±61/60000±2.5465√n±8盾构隧道施工规范中精密导线测量的主要技术要求

青草沙水源地原水工程中岛域段10.5km的输水管线均采用盾构法施工，单向贯通距离最长2.8km、设计曲线较多、竖井深36m宽度仅有25米，由此带来了中长隧道推进过程中的狭小深井联系测量，复杂井下条件的高精度导线测量、贯通测量，多曲线施工盾构姿态控制测量等难点。洞内排风困难，局部有雾气，测量受气流、热浪、旁折光等的影响较大，给地下控制导线的高精度测量带来了很大困难；在盾构姿态测量中，轴线弯曲多，平曲线最小半径达到了450m，使得盾构机在转弯时姿态控制难度大。1.2本工程施工测量的难点1.3本隧道施工测量所要研究的重点

狭小深井联系测量技术的研究多曲率长距离盾构隧道贯通测量技术的研究曲线施工盾构姿态测量控制技术

2.工程概况工程简介

长兴岛域输水管线工程位于长兴岛上，起点于青草沙水库出水输水闸井；终止于长江原水过江管工作井。该工程是连接青草沙水库出水输水闸井和长江过江管工程的重要设施；输水管线由内径为Φ5.5m，外径Φ6.4m。工程简介

工程线路概况区间隧道起～止里程区段长度(m)最小平曲线(m)最大纵坡(‰)顶覆土(m)原水过江管工作井～中间盾构工作井EDK5＋280.993～EDK2＋828.541东线2452.4525008.911.37～29.7西线2456.518中间盾构工作井～水库出水输水闸井EDK2＋800.941～EDK0＋000东线2803.34145018.0～11.374西线2800.594区间隧道曲线个数半径(m)贯通长度(m)曲线长占比％原水过江管工作井～中间盾构工作井6500;1000;500;500;2000;30002452.45261中间盾构工作井～水库出水输水闸井2500;4502803.34126施工区间曲线统计表工程简介

3.测量工作筹划及贯通精度控制

测量工作总体筹划误差指标分解本工程设计横向贯通误差为75mm，为满足设计要求，误差分解如下：

mβ1：地面控制测量中误差，取值为±10mm；mβ2：联系测量中误差，经计算为27mm；mβ3：地下贯通导线测量中误差，经计算为23mm；

mβ4：盾构姿态测量中误差，取值为±20mm；

mβ5：接收井洞门中心测量中误差，取值为±10mm；误差估算：MQ=(mβ12+mβ22+mβ32+mβ42+mβ52)1/2=43mm测量工作中严格控制上述各项测量误差，足以保证隧道最终的横向贯通误差小于75mm的贯通限差要求，确保隧道顺利贯通。

测量所使用的仪器

仪器名称数量备注LEICATCA1200全站仪一台1秒，1＋1ppmLEICATCA2003全站仪一台0.5秒，1＋1ppm苏一光电子经纬仪二台2秒LEICA配套棱镜二套GYROMET2000陀螺经纬仪一台日本工房自动导向系统一套苏一光DSZ2水准仪二台水准测微仪一台3米铟钢水准尺一对用于地面水准网复测脚架三副3米双面木质水准尺一对5米铝合金伸缩水准尺一把

4.地面控制网测量4.1平面控制网测量平面控制网设计

由于受现场条件限制，测绘单位提供的本工程首级平面控制网是以支导线形式布设的精密GPS点，其精度满足相邻点位中误差≤±10mm，最弱边相对中误差≤±1/90000。如下图所示CX01~CX07，JY2；首级平面控制网4.1平面控制网测量

平面控制网测量平面控制点检测

对首级平面控制点的复测按二等导线精度进行，使用高精度的leica2003（0.5″，1+1ppm）全站仪，各测站测角观测九测回，其中以奇数测回观测左角，偶数测回观测右角，测距四测回并往返观测，测量成果按严密平差法计算。平面控制点加密控制网复测成果符合规范要求后应建立直接可以到达端头井的平面控制网加密点，如上图所示ZD21，D1~D6。近井点与外部点成三角形布置，桩点统一采用强制对中固定台，近井点要求能直接用于联系测量的传递控制台。加密点与首级控制网同精度测量，并纳入首级控制网一起平差计算。

4.2高程控制网测量高程控制网测量(1)水准控制点检测对水准控制点要进行定期检测，并按照二等水准的要求对接收井和出发井两端的水准控制点进行联测。(2)地面到井下高程传递地面到井下高程传递的目的是把交桩的高等级水准控制点引测到近工作井的水准点或井下的水准控制点上。在控制水准网下布设施工用水准点，布设成支水准路线，并采用往返测，连接到高等级水准点上。主要技术要求为：地面段时，按照精密水准的要求实施，前后视距小于50m，往返较差、附合或环线闭合差≤±8mm，L以km计。

5.狭小深井联系测量技术的研究

原水过江管工作井~中间工作井东线为例，多次联系测量的基线边方位角均值中误差允许值仅为+2秒，工作井长21米；深36米，贯通距离为2.5km。其精度要求高、测量条件差是本工程测量中的最大难点。联系测量难点悬挂钢丝支架使用仪器TCRA20035.三1定向三测量定向三测量定向三测量三工作三采用三双三三角联三系测三量。三双联三系三三角形三三丝三法是三用三三根钢三丝来三传递三坐标三和方三位，三在具三体实三施时三悬挂三三根三钢丝三，在三平面三上钢三丝绳三与井三上、三井下三的观三测台三组成三两个三直伸三三角三形，三将井三上的三坐标三点及三方位三角通三过三三根钢三丝传三递到三地下三。如下三图所三示。定向三测量三侧面三示意三图双联三系三三角形三平面三示意三图5.三1定向三测量5.三1定向三测量精度三保证三措施（1）严三格的三测量三限差三要求（2）创三造良三好的三定向三环境（3）优化三双联三系三三角形三图形三强度（4）改三进观三测方三法（5）增三加定三向次三数（6）高三精度三陀螺三经纬三仪在三提高三定向三精度三中的三应用测量三成果三与精三度分三析双联三系三三角形三较单三三角三联系三三角三形进三行竖三井联三系测三量，三不仅三在精三度上三有一三定提三高，三而且三能起三到重三要的三检核三作用三，有三效地三减少三了错三误的三发生三。采三用三三丝法三双三三角联三系测三量，三稳定三性较三好，三操作三简单三使用三方便三，适三用于三类似三本工三程这三样宽三敞的三井筒三。5.三1定向三测量图1图8井上图形井上图形观测值观测值α1(O2-O1)-0.15016α2(O3-O1)0.16073O1~O221.20724O1~O321.22182X~O18.72444X~O18.72444X~O229.93172X~O329.94621计算结果计算结果α0°15′01.6″α0°16′07.3″β0°06′10.9″β0°06′37.7″γ179°38′47.5″γ179°37′15.0″a21.20729a21.22185b8.72449b8.72447c29.93167c29.94618fs-0.00016fs-0.00009本工三程联三系三三角形三解算三结果5.三1定向三测量导线三计算5.三1定向三测量方向测角中误差(″)中误差均值(″)备注O1(4月3日)1.450.48井上观测O2(4月3日)1.30.44井上观测O3(4月3日)0.90.29井上观测O1(4月29日)1.00.33井上观测O2(4月29日)1.20.39井上观测O3(4月29日)1.10.36井上观测O1(5月31日)0.80.28井下观测O2(5月31日)1.30.42井下观测O3(5月31日)1.50.51井下观测O1(6月25日)1.40.45井下观测O2(6月25日)1.30.44井下观测O3(6月25日)1.450.48井下观测均值1.230.41单次三联系三测量三各方三向观三测值5.三1定向三测量不同次数联系测量联系测量结果与均值较差备注123°04′41.5″-0.8223°04′40.0″-2.35323°04′41.5″-0.8423°04′46.3″4.0523°04′41.8″-0.5623°04′43.0″0.6均值23°04′42.35″1.5各次三联系三测量三方位三角值5.三2高程三导入三测量高程三导入三测量本工三程中三，使三用钢三尺法三传递三高程三。具三体测三量时三，使三用的三仪器三有两三台苏三一光DS三Z2水准三仪，三两根3米铟三钢水三准尺三和一三把钢三尺(已检三定)来进三行。三如下三图所三示。5.三2高程三导入三测量精度三保证三措施（1）在三进行三高程三传递三之前三，应三对地三面控三制点三的高三程进三行校三核，三否则三会将三地上三控制三点的三高程三误差三传递三到井三下控三制点三。（2）注三意对三尺长三进行三温度三修正三。（3）高三程传三递测三量共三测量三三次三，每三次应三变动三仪器三高度三。三三次测三得地三上、三地下三水准三点的三高差三较差三应小三于3m三m。实三际操三作时三，从三严要三求，三井上三、井三下水三准仪三和水三准尺三互换三位置三，再三独立三测量三三次三。6多曲三率长三距离三盾构三隧道轴线三控制三测量三技术三的研三究本工三程地三下导三线测三量的三难点三所在原水三工作三井到三中间三工作三井这三一区三间长三度达三到25三00米，三洞内三有6个不三同半三径曲三线，三且小三半径三曲线三多数三设置三在盾三构掘三进的三起始三端1k三m以内三。由三于线三路弯三曲多三，整三条隧三道共三需设三置18个地三下导三线点三，导三线起三始边三只能三做到85米长三，短三边测三量的三测站三误差三对于三横向三贯通三误差三影响三很大三。洞三内排三风困三难，三局部三有雾三气，三测量三受气三流、三热浪三、旁三折光三等的三影响三较大三，给三地下三控制三导线三的高三精度三测量三带来三了很三大困三难。线路三示意三图（三原水三过江三管工三作井三至中三间工三作井三）6.三1洞内三控制三测量地下三施工三导线三和地三下控三制导三线的三测量本工三程的三地下三导线三是一三只支三导线三，在三盾构三始发三后向三前掘三进时三，地三下导三线用三以进三行放三样并三指引三盾构三掘进三，分三为地三下控三制导三线和三地下三施工三导线三。随三着盾三构的三推进三，应三首先三布设三施工三导线三，再三用控三制导三线来三检核三施工三导线三。两三种导三线布三设成三跳点三导线三，如三下图三所示三。图中三的1-三2-三3-三4-三5为施三工导三线，1-三3-三5主控三制导三线隧道三内控三制点三示意三图6.三1洞内三控制三测量6.三2导线三测量三的精三度选三择导线三测量三精度三的选三择a)水平三角观三测按三照国三家《精密三工程三测量三规范》二级三测角三控制三技术三要求三施测三，(测角三中误三差≤±0三.7三1〞三)。为三有效三控制三观测三精度,除按三照规三范进三行施三测外,针对三狭长三导线三控制三特点,将观三测总三测回三以奇三数测三回和三偶数三测回三分别三观测三导线三前进三方向三的左三角和三右角三，左三、右三角之三和应三等于36三0度，三其误三差值三不应三大于2倍的三测角三中误三差。b)边长三观测三技术三要求三见下三表。一测回读数次数测回数一测回读数间互差(mm)单程测回间互差同一水平面上往返测往返4221+1D×10-6（1+1×D×10-6）2（1+1×D×10-6）边长三观测三的各三项限三差要三求仪器等级观测方式测回数左右角平均值之和与360o较差TC2003左右测角9小于1.42″水平三角观三测的三各项三限差三要求6.三3提高三导线三测量三精度三的措三施提高三测量三精度三的措三施（1）提三高仪三器精三度（2）强三制对三中法（3）加三强通三风（4）保三证照三明条三件（5）多三测回三测角三技术三的应三用手电三筒增三强反三光拱顶三控制三导线“吊篮”强制三归心三仪器三观测三台“腰台”本工三程中三选用三了测三角精三度0.三5″；测三距精三度1+三1p三pm并配三备多三测回三测角三自动三观测三功能三的le三ic三aT三CA三20三03高精三度全三站仪三。全三站仪三多测三回测三角功三能是三仪器三生产三商针三对高三精度三仪器三开发三的一三款全三自动三智能三测量三软件三，要三求仪三器配三置有三旋转三马达三和自三动搜三索照三准目三标的AT三R1功能三和CC三D相机三，并三配置三一款三专用三的电三脑数三据交三换处三理软三件。三根据三此功三能，三测角三按每三次左三角5测回三、右三角5测回三进行三观测三，并三进行三多次三观测三以求三得最三或是三值。高精三度仪三器多三测回三测角三功能三操作三简便三，观三测速三度快三、精三度高三，减三轻了三观测三人员三的劳三动强三度，三便于三测量三人员三对导三线进三行多三次重三复观三测，三为取三得测三点的三最或三是值三提供三了更三多的三观测三量。三避免三了传三统人三工测三量中三因观三测人三员视三差，三仪器三调焦三差等三误差三因素三，有三效提三高了三观测三精度三。多测三回测三角功三能的三优点7盾构三曲线三段施三工姿态三控制三测量三技术1、原水三工作三井到三中间三工作三井这三一区三间长三度达三到25三00米，三洞内三有6个不三同半三径曲三线，三甚至三有半三径为50三0m的S型曲三线。2、三在盾三构姿三态测三量中三，轴三线弯三曲多三，使三得盾三构机三在转三弯时三姿态三控制三难度三大等三。本工三程盾三构姿三态测三量难三点多曲三率半三径盾三构隧三道推三进测三量技三术盾构三在曲三线上三推进三时，三受其三自身三构造三特点三、工三作原三理以三及曲三线的三半径三和盾三构顶三面覆三土层三厚度三、地三层土三质、三地下三水等三多方三面的三影响三，其三行进三路线三较难三控制三，尤三其是三在小三曲率三半径三或“S”型三曲线三中更三为突三出。三本项三目使三用的三是我三国自三行研三制生三产的86三3直筒三式盾三构机三，机三身长10米，三外径6.三62米、三设计三最小三转变三半径三为35三0米，三其转三弯灵三活性三虽然三不如三带铰三接的三盾构三机好三，但三在施三工过三程中三如能三把握三其特三性，三控制三得当三一样三能获三得很三好的三效果三。7.三1盾构三姿态三日常三测量三工作盾构三姿态三日常三测量三工作（1）盾三构姿三态测三量在本三工程三中，三盾构三姿态三测量三采用三的是三以自三动导三向系三统为三主，三人工三测量三为辅三的测三量方三法，三从精三度、三可操三作性三等方三面考三虑选三择自三动测三量方三法进三行施三工测三量，三采用三人工三测量三方法三来校三核自三动导三向系三统的三准确三性。三在确三保测三量精三度的三前提三下，三人工三测量三侧重三于控三制测三量部三分，三自动三测量三侧重三于施三工测三量部三分，三两种三方法三有机三结合三，确三保盾三构隧三道高三精度三贯通三。（2）管三片姿三态测三量管片三姿态三测量三包括三测定三成环三后的三管片三中心三偏离三隧道三设计三轴线三的偏三值，三以及三管片三的圆三整度三情况三。管三片在三盾尾三内部三拼装三完成三后，三根据三测量三管片三与盾三尾之三间上三下左三右的三间隙三以及三管片三拼装三位置三与盾三构的三关系三，可三以求三得管三片中三心的三实际三坐标三和横三竖直三径。三同时三测量三左上三、左三下、三右上三、右三下的三间隙三，可三以求三得管三片“三米”三字型三直径三。7.三1盾构三姿态三日常三测量三工作7.三2保证三盾构三姿态三高精三度测三量的三措施保证三措施现在三科技三还没三发展三到可三以让三自动三导向三系统三完全三替代三人工三测量三的地三步，三现有三自动三导向三系统三已经三具有三很高三的可三靠性三，但三是难三免也三会偶三尔出三现故三障，三而在三盾构三工程三中，三即使三很小三的导三向错三误也三将会三带来三很大三工程三事故三和经三济损三失，三因此三有必三要进三行人三工复三测。（1）对三棱镜三坐标三进行三复核三。（2）对三倾斜三仪进三行复三核。（3）对三全站三仪坐三标进三行复三核。盾构三推进三测量三姿态三监控三界面7.三3自动三导向三系统三精度三和可三靠性三分析盾构三水平三偏差(前端)盾构三水平三偏差(后端)盾构三垂直三偏差(前端)盾构三垂直三偏差(后端)影响三曲线三段施三工测三量精三度的三几个三因素相对三于直三线掘三进而三言，三盾构三在曲三线段三的掘三进轴三线较三难控三制，三主要三因素三有以三下几三点：(1三)、受三制于三上述三的几三点曲三线推三进的三不利三特点三，管三片容三易发三生位三移。(2三)、盾三构后三方曲三线隧三道被三动位三移会三造成三指导三推进三的测三量控三制点三偏差三。(3三)、在三转弯三半径三较小三的曲三线段三，测三量控三制点三边长三受到三限制三，视三线条三件很三差，三不利三提高三观测三精度三。施工三措施:(1三)、预三偏量三的设三置：三在结三合设三计及三规范三要求三的基三础上三，可三以考三虑将三盾构三行进三轴线三向曲三线内三侧预三设适三当的三偏移三量，(2三)、增三加对三实时三盾构三姿态三的测三量复三核频三率(3三)、加三强盾三尾间三隙和三管片三旋转三的测三量(4三)曲线三段控三制点三测量预偏三量的三设置盾构三在掘三进过三程中三，管三片在三推进三侧向三分力三和内三侧土三压力三的作三用下三将向三曲线三外侧三位移三，位三移量三受同三步注三浆质三量和三注浆三压力三等多三方面三影响三而不三同。三为将三成环三隧道三的最三终轴三线控三制在三设计三和规三范允三许的三要求三范围三内，三在结三合设三计及三规范三要求三的基三础上三，可三以考三虑将三盾构三行进三轴线三向曲三线内三侧预三设适三当的三偏移三量，三并在三盾构三切口三进入三曲线三前大三约两三个盾三构长三度的三距离三内逐三渐过三渡。三预置三多少三偏移三量应三根据三盾构三长度三、曲三线半三径、三曲线三超挖三宽度三、设三计允三许偏三差等三综合三考虑三。以三下是三本工三程中三不同三半径三曲线三施工三段的三预置三偏移三量：曲线半径(m)过渡段长度(m)预置偏移量(m)500200.03800200.021000150.0152000100.01经过三对本三工程三的曲三线隧三道轴三线跟三踪观三测，三在不三考虑三测量三控制三点误三差的三情况三下，三不同三曲线三段的三管片三最终三位移三量情三况统三计如三下：曲线半径(m)管片稳定前向曲线外侧的位移量(m)5000.015~0.0218000.005~0.01510000~0.00920000~0.003从以三上统三计可三见预三置偏三移量三的方三法和三数值三在本三工程三的运三用是三适当三的，三成功三的。预偏三量可三行性三检验由于三盾构三在曲三线段三施工三的特三殊性三，盾三构行三进路三线受三外力三因素三干扰三较多三，不三确定三因素三也较三多。三对于三测量三方面三要加三强复三测，三增加三测量三频率三，做三好监三控量三测。三测量三成果三要及三时提三供给三施工三负责三人，三以强三化信三息施三工，三为施三工决三策提三供可三靠的三参考三依据三。曲线三段施三工测三量控三制要三点总三结8长距三离贯三通测三量技三术的三研究8.三1贯通三测量三工作三概况当盾三构掘三进距三接收三井还三有10三0m三~2三00三m时，三须进三行盾三构贯三通测三量工三作。三它是三确保三盾构三正确三进入三接收三井门三洞的三一项三重要三的测三量工三作。三包括三地下三控制三网联三测，三接收三井门三洞中三心位三置测三定，三竖井三联系三测量三和井三下导三线测三量等三，以三进行三贯通三前误三差估三算。三其中三，竖三井联三系测三量和三井下三导线三测量三前面三已叙三述，三这里三主要三分析三接收三井门三洞中三心位三置测三定方三法。贯通三后精三确测三定横三、纵三向误三差。8.三2接收三井门三洞中三心位三置测三定圆心三归算三法以3号井三为例三，先三通过三竖井三联系三测量三的方三法将三地面三控制三点的三坐标三引到三竖井三里的三控制三点上三，在三洞门三圈上三设置13个点三位(点数三可调三整)，通三过全三站仪三和竖三井里三的控三制点三坐标三方位三角，三可以三算出13个点三的坐三标来三。由三于门三洞圈三在制三作加三工过三程中三存在三误差三及安三装钢三圈存三在误三差，三必然三使门三洞圈三存在三误差三，此三时，13个点三到门三洞中三心的三距离三必然三是不三相等三的。三通过三使用三专业三计算三软件三，利三用最三小二三乘原三理来三令误三差平三方之三和为三最小三计算三拟合三出洞三门圈三的圆三参数三与点三面距三中误三差、三点圆三距中三误差三。如三下图三所示三。8.三2接收三井门三洞中三心位三置测三定圆心三归算三法洞三门圈三测量三成果测量次数X（m）较差Y（m）较差Z（m）较差119991.6161-0.000522708.0332-0.0004-9.01320.0005219991.61790.001322708.03470.0010-9.0146-0.0009319991.6155-0.001122708.0326-0.0011-9.01270.0010419991.61680.000222708.03410.0004-9.0143-0.0006平均值19991.616622708.0337-9.0137中误差0.001030.000930.000908.三2接收三井门三洞中三心位三置测三定标尺三法在本三工程三中，三还使三用了三标尺三法来三对前三面所三使用三的圆三心归三算法三的精三度进三行比三较。三采用三的标三尺长三度为5m，并三在标三尺中三心粘三贴一三反射三片；三将铝三合金三标尺三横在三洞门三圈前三沿钢三圈两三侧，三并借三助水三准器三使标三杆置三于水三平位三置，三量取三反射三片至三钢圈三底的三距离L，通三过全三站仪三测定三反射三片的三三维三坐标三，那三么反三射片三的平三面坐三标即三为洞三门圈三中心三平面三坐标三，而三洞门三圈中三心高三程=反射三片高三程-L三+洞门三圈半三径。三标尺三法如三下图三所示三。8.三2接收三井门三洞中三心位三置测三定标尺三法洞三门圈三测量三成果测量次数X（m）较差Y（m）较差Z(m)较差119991.61820.000022708.03560.0016-9.01420.0001219991.6164-0.001922708.0331-0.0009-9.0159-0.0016319991.61970.001422708.03490.0009-9.01260.0017419991.61870.000422708.0323-0.0017-9.0144-0.0001平均值19991.618322708.0340-9.0143中误差0.001380.001530.00135两种三方法三精度三的比三较使用三圆心三归算三法时三，13个点三均匀三分布三在圆三上，三它能三够反三映出三整个三圆的三圆整三状况三，由三此拟三合出三的圆三心坐三标会三更接三近真三值。三而使三用标三尺法三时，三则假三设了三洞门三圈为三绝对三的圆三形，三得出三的数三据是三以铝三合金三尺下三面圆三弧部三分的三圆整三度为三基础三的，三因此三，铝三合金三尺上三面圆三的曲三率并三不能三得到三真实三的反三应。圆心三归算三法得三出的三圆心三坐标三为（19三99三1.三61三66，22三70三8.三03三37，-9三.0三13三7），三标尺三法得三出的三圆心三坐标三为（19三99三1.三61三83，22三70三8.三03三40，-9三.0三14三3）。三将圆三心归三算法三与标三尺法三的数三据进三行比三较可三以看三出，三圆心三归算三法得三出的三数据三更加三稳定三，中三误差三也比三较小三，更三接近三于真三值；三在盾三构进三洞后三，实三测盾三构切三口中三心坐三标更三接近三于用三圆心三归算三法得三出的三洞门三中心三坐标三，也三说明三了圆三心归三算法三的准三确性三。8.三2接收三井门三洞中三心位三置测三定9结论9.结论在青三草沙三水源三地原三水工三程中三，通三过采三取各三