[12-11 17:00:56] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3894次
1．引言
一般说，城市中地铁最大贯通距离不会超过1.5km。随着我国城市轨道交通的发展，长距离，超长距离、复杂曲线地铁盾构隧道的建设已经突破了最大贯通距离的限制。这对长距离、超长距离、复杂曲线地铁盾构隧道的准确贯通就提出了更高的要求。双井定向结合陀螺边技术在北京地铁十号线11标地铁盾构隧道中的成功应用，给长距离、复杂曲线地铁盾构隧道的顺利贯通提供了新的经验。
2．隧道顺利贯通影响因素分析
北京地铁十号线11标左线盾构隧道全长2832米，分为始发井-三元桥站-亮马河站区间（全长2135米）和亮马河站-农展馆站区间（全长697米），其中始发井-三元桥站-亮马河站区间为倒“w”形平曲线形式，共设平曲线12条，其中圆曲线半径最小为350米，属于典型的长距离、大曲率、小半径地铁隧道。
北京地铁十号线11标始发井-三元桥站-亮马河站区间的长距离已经突破1.5km，且隧道半径最小350米，两个转弯角度几乎接近90°转弯。在国内地铁建设中,此类平曲线形式的地铁盾构隧道，为首次出现的复杂线形构成，无形中大大增加了顺利贯通的难度，而且对控制隧道准确贯通提出了更高的要求。
根据隧道贯通误差理论分析，影响北京影响北京地铁十号线11标左线盾构始发井-三元桥站-亮马河站区间工程总的横向贯通误差mq为：取式中：
为地面控制网的点位测量中误差；
地铁竖井联系测量所能达到的精度；
盾构进洞处洞门中心坐标测量中误差；
地下导线测量中误差；
盾构姿态的定位测量中误差；
盾构姿态施工测量误差；
外界其他因素（光线、照明、旁折光等）影响地下传递产生的测量误差。
据此不难看出对于长距离、小半径、大曲率的地铁隧道来说，对于其贯通误差影响最大的误差就是地面控制测量、竖井联系测量和地下控制测量所带来的误差。由于地面测量条件比较好，可以采用的提高精度的测量方法比较多，而限制提高盾构施工测量精度的测量主要环节是后两项，即竖井联系测量和地下控制测量。最终影响隧道贯通误差的主要就是竖井联系测量误差（定向测量误差）和地下控制测量误差。
3．控制竖井联系测量误差（定向测量误差）
3.1 定向方法
常规的定向测量方法主要有铅垂仪、陀螺经纬仪定向法，联系三角形定向方法（双井定向属于联系三角形定向的一种），导线定向法，钻孔投点定向法。北京地铁十号线11标盾构始发井-三元桥站-亮马河站左线区间隧道工程中，两井之间的直线距离达到了70m，而且在两井之间的通视情况很好，这给双井定向提供了有利的条件。根据工程实际情况，由于种种条件的限制，定向方法采用双井定向。
3.2 双井定向
双井定向的原理，是利用地面上布设的近井点或地面控制点采用导线测量或其他测量方法测定二吊锤线的平面坐标值。在隧道中将已布设的地下导线与竖井中的吊锤线联测，即可将地面坐标系中的坐标与方位角传递到地下去，经计算可求得地下导线各点的坐标与导线边的方位角。在隧道中，地面上采用导线测量测定两个吊锤线的坐标，地下使地下导线的两个端点分别与两个吊锤线连测，组成一个闭合图形。
双井定向方法是在两个竖井（或通风钻孔中）各悬挂一根吊锤线进行地面与地下的坐标、方位角传递，与一井定向相比，由于两个吊锤线间的距离大大增加了。因而减小了投点误差对方向误差的影响，有利于提高地下导线的精度。这种方法的特点在于外业测量简单，占用竖井的时间较短。（吊锤可以悬挂在竖井中的设备管道之间，一般不会影响竖井作业）
先对地面测定的两根吊锤线的平面坐标值，然后根据地面坐标系中的坐标与方位角解算布设于隧道中的地下无定向导线（在双井定向中，两吊锤线处缺少两个连接角，这样的地下导线是无起始方位角的，所以称之为无定向导线）。北京地铁十号线11标中的应用如图1所示。
3.3 双井定向计算
（1）计算两个吊锤线在地面坐标系中的方位角和距离
（αab为两吊锤地面实测方位角度）
（sab为两吊锤地面实测距离）
（2）计算地下导线点在假定坐标系中的坐标
设a为原点，就有xa’=ya’=0，其方向角αab1=0，从而计算出导线点在假定坐标系中的坐标www.tmgc8.com
其中：
b的坐标为：
则：
由地面与地下计算得到的sab及sab‘，必须投影到同一投影面才能进行检核，在隧道施工中，由于竖井深度一般不太深，一般取地面与地下坑道高程的平均高程面作为投影面。由此，可使得地面与地下导线边的投影改正数很小或忽略不计，但其中由于测量误差会影响。
δs=sab—sab’为误差
δs≤规定允许值
（3）计算地下导线各点在地面坐标系中的坐标，即：
αi为地下导线各边在地面坐标系中的方位角，
（4）两井间地下导线的平差
由于误差的影响 sab≠ sab‘，地下导线在地面坐标系中计算得到的b点的坐标xb下，yb与地面上b点的坐标xb，yb不相等，坐标闭合差为：
相对闭合差为 ，应满足相应导线等级所规定的要求，fx，fy由边长比例分配到地下导线的各个坐标增量上，再由a推算地下导线各点的坐标值。
在北京地铁十号线11标盾构始发井-三元桥站-亮马河站左线区间工程中，从表2可以看出，8次双井定向所测得的b0→b1方位角较差都不超过8”。双井定向在长距离、大曲率、小半径地铁盾构隧道中的应用可以大大提高竖井联系测量的精度，减小竖井联系测量误差对隧道贯通误差的影响。
4．地下控制测量误差
4.1．概述
地下控制测量一般采用支导线形式，导线点的横向误差是制约隧道贯通精度的主要因素。当采用单一支导线形式，在一定的支导线长度和边数下，其精度很难提高。
4.2．提高精度措施
在较长隧道控制测量中，若提高控制测量精度，可以采取以下特殊措施和方法：
1）地下控制测量布设形式可以采用导线网、线形锁等图形强度比较高的布网形式；
2）在地下导线测量中，加测一定数量的陀螺方位角，可以限制测角误差的积累，提高定向精度。同时，在某些受折光影响大的导线边上加测陀螺方位角，还可以消除和减弱系统误差对方位的影响；
3）从地面向地下钻孔，增加地上和地下联系测量次数。
对于长距离的地铁隧道来说，地下控制测量影响隧道贯通误差的主要是方位偏差引起的误差，这里可以简单明了的表示为地下导线测量中的角度观测误差，以上三种方法的目的无非就是把地下导线测量中的角度观测误差降到最低。
4.3．加测陀螺边在实际工程中的应用
根据北京地铁十号线11标盾构始发井-三元桥站-亮马河站左线区间隧道的实际情况，由于地下导线已经布设成为导线网的形式，采用导线网、线形锁等图形强度比较高的布网形式已经不太合理；而且对于地铁隧道中的防水要求很高，故钻孔的方案也欠妥。综合以上种种原因，最终选择了在隧道中的最佳位置上采取加测一定数量的陀螺方位角（陀螺边），目的在于限制测角误差的积累，提高地下控制导线的精度。
北京地铁十号线11标盾构始发井-三元桥站-亮马河站左线区间隧道来说，在盾构推进到1300环（本区间理论总环数为1779环）左右，大约整个区间的2/3处做一条陀螺边。这样将隧道内的控制导线（沿隧道延伸方向布设的一条长支导线）直接附和到陀螺边，以改正隧道内控制导线随着隧道的增长所引起的方位偏差，并且为盾构机准确进洞提前作好准备。
使用一台agt-1自动陀螺经纬仪。该仪器标称精度为一次定向方向标准偏差小于10”。本次陀螺定向测定的地下控制边的坐标方位角为312_10’30”，该地下控制边的导线方位角为312_10’34”，这样两个方位角的互差为4”，通过改正，取两个角度的平均值为隧道内控制导线的起算方位以指导盾构推进。
4.4.高程贯通
隧道高程贯通测量按照《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》的规定，采用国家三等水准测量进行往返测量。井下测量必须在间隔一段时间采用国家二等精密水准测量对地下水准点进行复测。
5．结语
北京地铁十号线11标盾构始发井-三元桥站-亮马河站区间按期顺利贯通。从而确证了在长距离、大曲率、小半径的复杂线形的地铁隧道中运用双井定向法结合陀螺边定向是可行的，且效果很好，为此类复杂线形下盾构隧道的顺利贯通提供更为有力的保障。
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参考文献
1.李青岳，陈永奇，工程测量学，测绘出版社，1995.5
2.许志诚，吴北平，欧阳平，盾构隧道贯通误差分析[c]第二届环境与工程地球物理国际会议论文集，2006
文/上海第二市政工程有限公司 于 通
