1、隧道掘进控制测量研究摘要：由于都会区交通发展快速，捷运地下化工程必须在拥挤的既有建物群间施筑，潜盾隧道为现行采用最快速、安全、干净之连接两端站体的掘进工法，但在两端工作井狭小的不利空间里，与地面动辄超过二十余米的高差下，控制测量必须达到捷运规范要求之高精度容许误差并非容易，更要避免在寸土寸金的都会区内与邻近建筑物有界面纠纷，为此捷运潜盾隧道掘进测量的重要性与困难度更高于一般土建路工工程。关键词：隧道 掘进 控制 测量 一、前言 潜盾隧道在掘进当中因为控制点资料无法施作闭合平差，故在整个隧道掘进当中的控制测量就变的相当重要，在此节中将探讨从潜盾机发进前与掘进中的控制测量方式，并使用全站仪与真北仪
2、的实测分析数据，以提高隧道掘进的控制精度。 二、潜盾机发进控制测量 潜盾机发进端工作井里控制点平面座标及资料确认后即以此据控制潜盾机发进前各项相关设备位置，如发进端镜面框、发进端反力座、发进端隧道中心线型、潜盾机盾身发进前位置高程确认等，如此繁复的测量其目的在希望潜盾机发进后能安全无故障的在原设计线型上掘进，日后的隧道相关行车净空间也能在容许范围内。利用工作井内控制点在连续壁面上放样出发进端镜面框中心点，中心点为圆心再以潜盾隧道半径画出圆框，以利隧道组人员进行试水作业确认连续壁外地改工程阻隔地下水功效，避免潜盾机破镜后涌水影响工作，依照画出的圆框范围安装镜面框（图 1） ，如此就确认了潜盾机发
3、进时破镜面的位置了。 图 1 发进端镜面框 在大部份的情况下发进端与到达端在连续壁前后都是直线段，除非隧道端口距离车站月台超过 20 米，并在其间隧道线型已进入了缓和曲线段，例如加入了特殊部结构区，不过此情况在设计之初较少采用。发进端反力座位置其实也是隧道中心线型的延伸，其座标位置几何关系对潜盾机来说是矩形对称的，主要用意在位于潜盾机正后方发进时盾机内部推进用千斤顶透过临时假环片施力于反力座，借着反作用力推动潜盾机身前进，并利用盾头切削刀旋转破除连续壁面及岩盘土层，在盾身内部则不断组装环片，千斤顶再施力于环片侧边推进，如此循环掘进，并藉由盾机内部排泥管将盾头切削刀搅碎之泥浆排出外运。 在此之前
4、测量工作需与潜盾组沟通互相配合，最基本的就是在整理好的发进台地面放样出隧道中心里程及法线，提供潜盾机身相关设备就位依据，惟需特别注意的是隧道中心线设计值与轨道中心线之间存在着偏移量（水平偏移支距、Offset data） ，因为隧道内部单侧设计了步道（Walkway） ，隧道线型也配合设计存在着曲线，为了考虑车辆净空包络线安全值，再配合隧道线型曲率，设计了轨道中心线型偏移量而成隧道中心线型，其偏移量值是随里程而变动的，加上潜盾机发进端掘进方向可能与设计线型里程前进方向相反，所以潜盾机发进前须特别注意隧道中心线型是在轨道中心线型掘进方向的左侧或是右侧。 当潜盾机组零件陆续由施工投入口吊下组装完成
5、就位后，会先利用先前放样于地上的隧道中心基线调整到定位，最后仍需经过精密测量平面座标及高程来确认潜盾机发进前位置，测量方式有几种，例如利用全站仪无菱镜测距功能来测收潜盾机外壳几个横断面曲线来反推盾身圆心（图 2） ，即得知潜盾机位置高程，另外测量支撑潜盾机身下方的钢轨，亦可反推潜盾机身中心线，但上述两种方式属于较间接方式求得潜盾机位置，较直接的方式是使用横距尺架设于盾头与盾尾（图 3） ，直接测收横距尺中心座标，即可推算对应隧道中心线型之里程及支距，再于横距尺正下方潜盾机内部测收高程，测收之高程值再加上内圆半径，最后就可算出潜盾机身中心线型发进前与设计值在平面座标与高程的误差了。 图 2 潜盾
6、机外壳位置收方测量 图 3 潜盾机尾端中心位置测量 三、 全站仪控制点引测 潜盾机在掘进时是由潜盾掘削机掘进测量管理系统不断监控掘进方向与设计线型的误差，包含平面座标及高程，以利人员判断随时修正掘进方向使用，但前提是须先提供设计线型与控制点座标高程，在掘进过程中，隧道因为尚未贯通，无法与到达端工作井或站体控制点作闭合平差，仅能由发进端工作井以开放性导线方式引测控制点，无法平差的结果容易导致误差传播放大的效应（图 4） ，为此在引测隧道控制点时就更需谨慎小心了。 图 4 误差传播放大的效应 潜盾机掘进过程因为前视距离逐渐拉长，故须于适当长度加设隧道控制点，常用方式有两种，一种在环片底利用螺栓固定
7、控制点（图 5） ，构造简单设置较方便，但有时会因环片底瘀积泥水造成测量困扰，通常在贯通后施作仰拱前即会被破坏，另一种于环片侧边利用螺栓固定测量架台，侧为优先选择，因为点位可保留至仰拱施作完成后。 图 5 环片底控制点 在整个平面隧道导线引测过程当中，其实最重要也影响最大的就是导线测量起始第一站的第一个夹角读数，因隧道尚未贯通无法平差并受限于发进端工作井狭小空间，起始端后视基线无法拉长，第一个起始站读角误差所影响延伸至前视（FS）测站的总长最长，如图 4 所示，其各测站误差影响会因测站往前视移动而递减，若要提高精度除了增加测回数来平差外，也可改变导线起始基线，由既有控制点 E5-1、E5-2、
8、E5-3 三点引测出 TP1，再以 TP1 与 E5-2 为新基准线来引测后续点位，此方式即是藉由拉长导线后视（BS）基线长度来提高导线测量成果精度的方法。 至于隧道水准导线测量的精度控制就较容易了，不论是光学水准仪或是电子水准仪最主要就是注意架测站时前后视距离要尽量相等，以消除目镜十字丝视线与视准轴不相等之误差，另外就是电子水准仪所搭配之条码箱尺在隧道内容易受外在光线不均匀的影响而难以读数，需适时的以手持电灯补光或将尺面稍为转向亮光处以利作业。 四、总结 隧道测量原本就比一般工程测量难度更高，而一般公路或铁路隧道又常在非市中心区域施作，对周遭影响冲击较小，但市区捷运则都规划在拥挤的都会中心区内，捷运又常与邻房进行联合开发建设，这在地价高昂的市区里，各项工程界面施作就更需谨慎小心了，潜盾隧道为避开既有的大型地下结构体，常设计深入地底下 20 余米深，更加重了测量工作的程序与难度，测量人员需设法逐项克服并达到契约规范要求的高精度品质。
