浅谈隧道贯通测量中心投影轴线的精度分析方法

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摘 要：简述了隧道开挖过程中，中心投影线偏差精度评定方法，利用电脑数字化处理测量数据，高精度、及时准确指导施工推进方向，为隧道顺利贯通起到保障作用，进行技术总结，积累经验。

关键词： 圆曲线；缓和曲线；测量坐标系；坐标系转换；联系测量

随着城市化建设大力推进，城市轨道交通繁忙建设，尤其地下轨道工程建设规模逐渐进入大力发展期，利用电脑数字化手段进行盾构推进轴线精度分析评定，可以大大提高工作效率，并且有效进行数据分析对比，形成面向目标的模块化数据库管理体系。

1 地下工程测量特点

1.1 施工环境差（如黑暗潮湿，通视条件不好），当点位布设在坑道顶部时，需要进行点下对中，边长长短不一，测量精度难以提高。

1.2 坑道往往独头掘进，洞室之间互不相通，不便组织校核，出现错误往往不能及时发现，并且随着坑道掘进，点位误差累积越来越大。

1.3 施工面狭窄，并且坑道一般只能前后通视，控制测量形式比较单一，大多采用导线测量形式。

1.4 测量工作需要随着工程的进展而不间断地进行，一般先布设低级导线指示坑道掘进，后布设高级导线进行检核。

1.5 往往采用特殊或特定的测量方法（如联系测量）和仪器（如陀螺经纬仪）。

2 隧道施工测量基本技术要求

2.1 基本要求。洞外平面控制网宜布设成自由网，并根据线路测量的控制点进行定位和定向。洞外控制测量中，每个洞口应测设不少于3个平面控制点，包括洞口点及其相联系的控制点；埋设不少于2个水准点。

洞内平面控制测量一般先敷设边长较短、精度较低的施工导线，指示隧道掘进；而后敷设高等级导线对低等级导线进行检查校正。洞内施工导线边长宜近似相等；洞内水准路线应往返测量。

2.2 贯通误差要求。横向：L

3 隧道控制测量

3.1 洞外控制测量。隧道施工前要进行洞外控制测量。洞外控制测量的作用是在隧道各开挖之间建立统一的控制网，以便根据它进行隧道的洞内控制测量或中线测量，保证隧道的准确贯通。

洞外平面控制测量的常用方法有中线法、精密导线测量、边角测量、GPS定位等。GPS定位精度高，选点灵活，无需通视，观测时间短，是目前隧道控制网建立的首选方法。

3.2 联系测量。联系测量的作用是地面、地下建立统一的坐标系统和高程系统，通过斜井、竖井将地面坐标及高程基准传递到地下，保证地下工程按照设计图纸正确施工，确保隧道的贯通；确保地下工程与地面建筑、铁路、河湖等之间的相对位置关系，保证地下工程和地面设施的安全。

联系测量的方法平面可采用导线测量方法直接导入；高程联系测量可采用水准测量、三角高程测量方法直接导入。竖井联系测量的平面联系测量任务是测定地下起始点的坐标和起始方位角

3.3 洞内控制测量。洞内控制测量的作用是给出隧道正确的掘进方向，并保证准确贯通。

洞内平面控制测量：由于隧道洞内场地狭窄，洞内平面控制测量常采用中线法、导线法两种方式。

中线法是指洞内不设导线，以洞口投点为依据，向洞内直接测设隧道中线点，不断延伸作为洞内平面控制，用中线点直接进行施工放样。中线点一般以定测精度测设，其距离和角度等放样数据由理论坐标值反算。这种方法一般用于较短的隧道。

导线法是指洞内控制依靠导线，施工放样用的中线点由导线测设，中线点的精度能满足局部地段施工要求即可。导线法较中线法方式灵活，点位易于选取，测量工作也较简单，而且具有多种检核方法；当组成导线闭合环时，角度经过平差，还可以提高点位的横向精度。导线法适用于长隧道。

4 盾构推进主要误差分类

4.1 纵向贯通误差。水平面内沿中心线方向的贯通误差分量，仅对贯通有距离上的影响，故对其要求较低。

4.2 横向贯通误差。水平面内垂直于中心线的贯通误差分量，对隧道质量有直接影响，需要重点控制。

4.3 高程贯通误差。铅垂线方向的贯通误差分量，对坡度有影响，若采用水准测量方法，一般较容易控制。

所以，对于立井贯通施工，影响贯通质量的是平面位置偏差，即 隧道中心线在水平面内投影偏差大小。

5 利用电脑数字化评定轴线投影偏差

5.1 首先建立测量坐标系。需要在世界坐标系中进行坐标系统转换 ，通常是世界坐标系围绕Z轴旋转90°；再围绕X轴旋转180°得到测量坐标系，真北方向为X轴，坐标系统一后便与后期数据分析对比。

5.2 根据设计资料。建立曲线轨迹路径线，综合曲线的样条曲线尽量多采集点坐标，主要线素：直线、缓和曲线、圆曲线。缓和曲线采用样条曲线拟合，两端的直线段即为缓和曲线的切线方向。圆曲线矢量画法，完成后对样条曲线重合部分修剪，整条综合曲线建立后，相当于面向目标模块化数据库建立了。此内业操作是重要一步骤，建立设计路线轨迹矢量图。

5.3 外业利用导线测量隧道衬片中心线投影坐标。中心轴线精度偏差复核一般10环片设置一测量复核点，方法：首先制作一寻找环片中心投影点的铝合金直尺。尺子规格：L=5m长度，B*H=100*60mm特制铝合金直尺，中间带有水平管水准气泡，尺子中间点用钢卷尺测量准确标记，作为以后监测点中心投影点。测量复核时仪器架设已经符合好的控制点上，后视已知控制点，铝合金直尺水平放置盾构衬片上，中间管水准气泡精确水平以后，然后极坐标法测量铝合金上已经标记好的中间点的坐标值，重复测量，取其均值做为该衬片中心投影坐标（X，Y）。

5.4 数据内业处理。利用外业测量坐标输入到已经建立好的测量坐标系统中，设计曲线与测量点之间的关系就很清晰显现出来，以及偏离轴线的左右方向也可定位量距出来，量取测点位置到设计曲线的最短距离即为该点施工精度，即轴线偏差大小，测量结果比较准确、高效率复核轴线偏离误差精度。

优点：（1）设计里程、实际桩号之间因施工误差影响因素可以剔除，明确了关注焦点，重点横向贯通误差影响，重点检查复核横向贯通误差精度；（2）准确复核偏差精度及偏差方向，忽略纵向贯通误差影响；（3）客观形象 一目了然，便于及时向甲方回报信息，方便指导施工。

6 贯通误差控制措施

6.1 起算数据可靠、准确无误。

6.2 各测量工作都要有可靠独立检核，要仔细进行复测验算。

6.3 控制点尽量主、副控制，主控点采用强制对中，观测边长尽量增大，提高观测仪器和对中精度。

6.4 及时复测，对观测成果进行精度分析，并与预计的贯通误差进行对比，必要时返工重测。

7 结语

城市轨道交通建设中，贯通轴线偏离方向的测量复核做为隧道贯通一项重要工作，随着电脑数字化数据处理，甲方非常重视，委托监理方、第三方复核，应该充分利用电脑数字化处理，对测量数据进行统一管理，高效、准确完成测量复核任务，保证贯通顺利进展。

参考文献

[1] 张正禄.隧道工程测量[M].测绘出版社，2003.

[2] 许娅娅.测量学[M].人民交通出版社，2011.