1、长大盾构隧道贯通误差分析 中铁十二局集团有限公司 广州 511453 【摘要】依据狮子洋隧道洞内外控制测量设计，通过对狮子洋盾构隧道贯通误差的限值分析得到不 同施工阶段的测量限差要求，以此确定盾构施工测量精度、方法，制定测量方案，确保盾构隧道贯 通和顺利对接。 关键词 盾构施工 控制测量 联系测量 贯通误差 一字对接 1 概况 1.1 工程概况 狮子洋隧道位于广深港铁路客运专线东涌站至虎门站区间，为全线控制性工程。隧道全长 10.8 Km，分为 SD、SD两个标段，进口里程 DK33+000，地理位置隶属于广州市南沙区；出口里 程 DK43+800，隶属于东莞市沙田镇。进口段左、右 JD6 曲
2、线，其圆曲线半径分别为 R=7250m（左线） 及 R=7000m（右线）,缓和曲线长 L0=670m；出口段左、右线分别位于左、右 JD7 曲线，其左右线圆 曲线半径均为 R=7000m,缓和曲线长 L0=670m。进口洞口位于圆曲线上。 本标段采用 2 台直径为 11.182m 复合式泥水加压平衡盾构机分左右线向出口推进，隧道两端从 狮子洋两岸掘进，穿越狮子洋海底于洋底中部对接贯通。狮子洋隧道被定义为世界上目标难度值最 大的水下隧道、国内最长标准最高的水下隧道、国内盾构一次性单机推进最长的水下隧道、中国铁 路第一条水下大直径泥水平衡盾构圆形隧道，工程规模大、设计标准高、涉及工法多，经济和技
3、术 意义重大。 1.2 控制网概况 由于本工程的特殊性，测量工作不仅要保证隧道顺利贯通，还要考虑到相邻标段的搭接，因 此，由 SD、SD标进行狮子洋隧道独立控制网联合测量，并各自进行与相邻标段的衔接测量。 由 于 受 地 形 限 制 ,沿 线 路 走 向 测 线 跨 越 狮 子 洋 海 面 宽 度 超 过 2.5km， 采 用 常 规 测 量 方 法 很 难 达 到 测 量 设 计 要 求 ， 故 平 面 控 制 采 用 铁 路 GPS-B 等 网 设 计 ， 并 参 照 国 家 GPS-C 级 网 精 度 技 术 指 标 ， 大 地 四 边 形 坚 强 网 形 结 构 施 测 。 施 测 时
4、 与 设 计 院 既 有 的 GPS 控 制 点 联 测 以 保 持 系 统 基 准 一 致 。 隧 道 独 立 控 制 网 采 用 经 设 计 院 确 认 的 控 制 点 作 为 首 级 控 制 网 ， 口 端 有 GPS-C15， GPS-C16 两 点 ， 出 口 端 有 J2， J3 两 点 。 在进口端测区内，布设了 A1、A2、A3 、A4、A5、A6、A7 组成隧道首级控制网。 此次布设的主要控制点选在测区附近既有建筑物顶部，均采用强制对中装置，以消除对中误差，尽 可能提高控制测量网精度。 洞外高程基准采用从设计院提供的进口二等应急水准点 C85、GPS-C18 联测到隧道出口的
5、 BM1 和 1453#。两端陆上部分采用精密水准仪按照二等水准测量规范施测；跨越珠江水面时，采用光电 测距三角高程法进行施测，用 GPS 高程进行检核。隧道进、出口部分还分别进行了加密水准测量， 精度与洞外高程测量相同。 2 贯通误差分析 盾构区间隧道的施工是用盾构掘进的，所以盾构推进方向的测量必须是高精度的和可靠性 的。由于本区间隧道全长 10.8 公里，狮子洋隧道进口施工长度为 5.55 公里。为了满足盾构掘 进按设计要求贯通，就应满足贯通误差（含施工误差）的限值。 新建铁路工程测量规范 （ TB1010199）规定： 10km 12km 的隧道，隧道横向贯通中误差必须小于 150mm，
6、高程贯 通中误差必须小于 50mm。 2.1 横向贯通测量 横向贯通测量一般包括：地面控制测量 ， 竖井联系测量 ， 井下导线测量 ， 洞口钢环中心测量 ， 盾构机中心姿态测量。 本隧道盾构区间隧道横向贯通误差主要来自以下几方面的测量工序：（1）地面控制测量误差 m1；（2）工作井联系测量误差 m2；（3）进洞时洞门中心坐标测量误差 m3；（4）地下导线测量误 差 m4；（5）盾构机姿态测量误差 m5。其中第（3） 、 （5）项为固定误差。 对各阶段平面测量误差限值分配采用不等精度分配原则，并假设各项误差影响互相独立，取值 如下：m 1=m,m2=2m,m3=m,m4=4m,m5=2m 代入
7、mQ 150.5242321 可得 m =29.4mm 从而可以求得各道工序的测量中误差，即地面控制测量中误差为 m1=29.4mm，联系测量中误差为 m2=58.8mm，进洞时洞门中心坐标测量中误差 m3=29.4mm，地下 导线测量中误差为 m4=117.6mm，盾构机姿态测量中误差 m5=58.8mm。 2.2 竖向贯通测量 竖向贯通测量一般包括：地面水准控制网测量；联系测量；地下水准导线网测量。对各阶段高 程测量误差限值参考规范和以往经验取值如下： mh1=1m， mh2=1m， mh3=2m， mh1 表示地面控制测量误差； mh2表示联系测量误差； mh3表示地下导线测量误差； 代
8、入 mh5024.321 可得 mH=24.5mm按常规分配给洞外测量误差总影响值是 90mm】 ，尚需提高洞外整体测量精度为佳。由上面计算分析看出，进行竖井联系测量要达到3.0 秒精度，实际作业要求特别高，必须要采用其它相应措施保证定向精度。 3.3 地下控制测量误差对隧道横向贯通误差影响值的估算 现以第（I）(II)种情况进行洞内测量精度设计分析如下： 因为 M 贯允 150mm，本隧道基本为直线型，且为大断面盾构施工，测量环境应较比钻爆法好， 出口端 X 轴 控制测量长度按 600 米设计，采用 1 秒全站仪施测，测距相对精度达到 1/10 万。 洞内横向贯通误差为： my2= (5)2
9、222RyLmlRxm 洞内Rx 2计算 依据各导线点至贯通面的垂直距离计算的结果为：Rx 2108100000， 狮子洋隧道 贯通 G 由于洞内导线沿隧道中线布设，隧道为直线隧道，即 Ry0，故Ry20 洞内测角精度计算 由于Ry 20，所以 myl(mlL) Ry=0 Mgy（内） =my=(m) ， =206265 (6)2Rx 第（I）种情况：因为 Mgy（内） 2MG 允 2Mgy (外) 2 (7) Mgy（内） 2=0.1502-008520.124 2 将Rx 2108100000 值和（7）式值代入（6）式计算得： 0.124（m206265）10397.11498 即 m2
10、.46 秒，实际取用 m1.8 秒，即洞内按照三等导线要求和精度指标进行施测 可满足横向 150mm 贯通要求。 第（II）种情况， （7）式计算值 Mgy（内） 20.150 20.112 2=0.1052 0.105（m206265）10397.11498 得：m2.02 秒，实际取用 m1.8 秒， 即洞内按照三等导线要求和精度指标进行施 测可满足洞内横向 150mm 贯通要求。 4 高程贯通误差估算 洞外实测每公里水准测量偶然中误差为 MW= =1.80mm，符合二等水准测量精 度要求。 在估算隧道高程贯通精度时，为给隧道内高程控制测量留有一定的富余量，按照二等精度进 行估算，即 MW
11、=2.0mm。 因此，洞外高程控制测量误差引起的高程贯通中误差： 4nR Mh 外= =0.0040m0.0180m（新建铁路工程测量规范 （TB10101-99）分配的的LM 洞外中误差。 ）L=17.07 公里，进口从 GPS-C18 进洞，出口从 BM1 进洞。 新建铁路工程测量规范对本隧道贯通误差的要求如下： 高程贯通中误差0.025m，限差 0.050m。 根据洞外控制测量影响值，计算分配到洞内的影响值： Mh 内= =0.0245m 洞内水准路线长度为 11 公里，洞内水准测量每公里偶然中误差为 0.0074m，则四等水准精度即可 满足规范要求。因为本隧道采用盾构法施工，对贯通精度
12、要求较高，因此，施工洞内水准测量按二 等精度进行，这样，洞内部分引起的高程贯通影响值为0.0033m，洞内外总影响值为0.0052m， 即预计高程贯通误差为 0.0052m。 5 结束语 本工程采用两台盾构机由狮子洋两岸相向推进，于狮子洋下面呈“一”字形对接。按照设计要 求，隧道贯通误差对测量精度要求非常高，为提高隧道的贯通精度，保证双向施工的两台盾构机能 顺利对接，必须做好以下几项测量工作。 (1)控制点采用强制对中装置，减少因对中误差引起的角度测量误差。 (2)测回间仪器和觇牌严格对中整平，以减少仪器对中和目标偏心误差的影响，采用双照准读 数，两次照准读数限差为2。 (3)采用碘钨灯照明，
13、为消除照准目标的相位差，照明时半测回在觇牌一侧照明，另半测回在 觇牌另一侧照明。 (4)由洞外控制点向洞内的引测工作，在阴天或夜晚进行，并要求进行不少于三次的重复测量， 当较差在误差允许范围内时取各次测量结果的平均值。 (5)在隧洞内，导线平均边长达到 600 米，采用较长的导线边长，以减少角度传递误差。在导 线边长受条件所限而短于 300m 时，两端导线点均采用强制对中方式或三联脚架法，以减少 仪器对中误差的影响。施工导线的边长控制在 120m 左右，并每隔数点与主导线复核，主导 线用于贯通测量，施工导线用于施工放样。 (6)测量时，现场应保证充分的通风和照明条件。测量在保证洞内清晰度的前提
14、下进行测量。 洞内基本导线应独立地进行两组观测，导线点两组坐标值较差，不得大于洞内测量贯通中 误差的 倍，合格后取两组坐标值的平均值作为最后成果。2 (7)隧道的横向贯通误差随着测站数的增加而迅速增大，尽量将导线边长拉长，以减小方位角 2h外 传递误差。 (8)施工过程中严格保证人员的稳定性、测量控制点的稳定。 (9)对地面测量控制网，应联合两家单位经常复测，确保地面主控制网的精度。 (10) 对于洞内导线，尽量布设成闭合环的形式，加强点位之间的复核性，控制点全部采用强制 对中，减少对中误差的影响。 (11) 洞内导线应形成闭合环，并应对主导线控制点用高精度陀螺仪测定方向角，确保主导线方 位达到设计的精度要求，以增加重复测量次数和检核条件； 参考文献 1 广深港狮子洋隧道独立控制网的测量与成果分析。中铁十二局集团有限公司 2 李青岳，陈永奇。工程测量学M。北京：测绘出版社，1995 3 客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定 （铁建设2006189 号） 4 新建铁路工程测量规范 （TB10101-99）
