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盾构隧道长距离独头掘进的控制测量技术测量方案设计
发布时间:2022年06月10日


测量精度分析

由于导线的横向误差来源主要是角度测量误差,因此测角引起贯通面导线端点相对于起点的横向中误差按等边直伸形导线估算,其最远点横向估算根据文献[2]按式(2)计算:

式(2)中, u 为支导线终点横向中误差,mm; m β 为测角中误差,mm;S 为导线长度,m; ρ 为 180°/ ≈57.3°;n 为支导线边数。

由此可知测角中误差计算公式为:

式(3)中,mβ 为测角中误差,(1=2.54 cm);ρ =180/×60 ×60 =206 265

按式(3)计算,独头掘进 5 175 m,支导线长度按 5 000 m 计算,支导线边长按 500 m 考虑,则导线边数约为 10,则以 28.284 mm 的横向贯通中误差可得测角中误差为 ±0.64

测量方案

根据新建铁路测量规范[1],洞内导线测量精度如表 1 所示。

表1  洞内导线测量精度

Table 1  Measurement accuracy of the line in the tunnel

而基于 3.2.1 测量精度分析可知,单纯通过导线测量已不能满足设计规定的贯通限差要求,为此要满足测量精度和横向贯通误差的要求,必须依赖于其他辅助措施,结合横向贯通中误差的组成应从以下方面入手:一是通过对测量贯通误差的影响分析,提升地上、地下联系测量精度控制,以降低其在误差分析中的权限,并适当提高洞内导线测量的中误差允许值;二是应减小误差积累,提高导线终点的横向精度;三是提高洞内导线测量和盾构姿态控制本身的精度,以有效控制贯通误差。

根据以上分析确定测量方案为:

1) 导线直接传递定向。盾构前期测量仍然通过盾构始发井联系测量提供控制点,进行控制点延伸。在西端暗挖隧道完成后,在西端 176.5 m 直接通过导线实现将地面控制网传递定向,由于西端基坑深度不足15 m,通视条件较好,起始边长可达220 m,因此可直接降低原误差分配中的竖井联系测量误差。根据实际情况则将联系测量误差与洞内导线测量误差合并。 为此调整后的误差分配则为:地表测量影响中误差∶洞内测量中误差∶盾构姿态定位测量中误差 =1∶4∶2。则根据上述公式重新计算后的洞内测量中误差允许值≈35 mm。

2) 洞内加测陀螺边。根据文献[3],洞内导线通过加测陀螺定向,可显著减少测角误差对点位方位角的影响,避免误差积累,以形成各段附合导线,并最终降低导线端点的贯通误差,同时结合文献中对于加测陀螺位置的分析和估计,我们最终确定在采用 1)方法的基础上,分别在 300、2 000、4 000 m位置加测陀螺边,进行方位角约束,以控制贯通误差。

3) 增加投点孔。笔者在 2 km 位置增设了一个投点孔,在盾构掘进 2 000 m 和 5 000 m 时,直接投点进行导线复测,并以此投点作业约束控制点进行严密平差计算,等同于缩短洞内导线边长度。

4) 地下导线采用闭合环测量和延伸。以降低角度观测累计误差对方位的影响。

5) 严格控制测站至盾构机的距离。根据贯通误差的分配原理,盾构姿态定位测量的横向中误差可按支导线计算,则为(其中,m a 为仪器的标定精度;为全站仪至盾构机的距离)。

如果测站与盾构距离控制在 100 m 以内,则因盾构姿态定位测量的误差可控制在 1 mm 以内。