城市轨道交通工程隧道施工贯通问题探讨

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摘要：随着人类对地下空间资源的日益关注，地铁成为人类利用地下空间的一种有效形式，同时地铁也是现代城市的一个重要标志,地铁不仅每天给广大的市民带来便捷的出行服务,还给城市节能减排做出巨大的贡献。因此轨道交通成为现代城市地下空间建设的重点。但是由于地铁施工多在人口密集、地下管线复杂的情况下施工，给轨道交通工程隧道施工带来了困扰，其中隧道贯通误差问题影响尤为重要。因为其数值超过一定范围，就会引起隧道中线几何形状的改变，并会产生洞内两端已衬砌部分衔接不上，甚至造成重大事故。

关键词：城市轨道；轨道交通；工程；隧道施工；贯通问题；

中图分类号：U213.2文献标识码： A 文章编号：

城市中产生了一系列的城市问题，其中尤以交通问题最为严重。大力发展地下轨道交通是当前各大城市的首要任务。轨道交通是城市公共交通的一种形式。由于地铁的建设大多在建筑物及地下管网繁多的城市环境中建设，给工程测量方面带来困难。不仅工程测量精度要求高，而且在工程测量方面有其特殊方法和要求。由于城市轨道交通工程一般线路长，施工单位多，施工工艺复杂，在这种情况下既要保证地铁全线贯通，又要严格按照设计要求使地铁设备准确就位，对工程测量工作提出了较高的要求。城市轨道交通工程隧道施工测量的一项主要任务是保证隧道贯通，其贯通误差问题将直接影响到轨道交通工程建设质量，因此在轨道交通工程测量精度设计中，科学合理地规定隧道贯通误差及其允许值，是轨道交通工程测量的一项重要研究任务。

一、城市轨道交通工程贯通误差的概述

1、与隧道长度无关或关系不大的因素引起的误差

1.1地面控制测量引起的误差

为确保满足隧道施工精度要求，一般在隧道施工区域按二等平面控制网精度和GPS技术布设地面控制网。地面控制网一般由6-9点组成，包括在隧道进、出洞处地面各布设的1组控制点（每组可由2-3控制点组成，特别在出洞口处应布设3点，以方便检验控制点的稳定性），另联测2-3点隧道建设区域已有控制点，地面控制网可以采用多台双频GPS接收机全网同步GPS静态观测或分时段组网GPS静态观测，按照目前的软硬件状况，长时间连续采集数据布设的GPS控制网，其控制点点位精度可达到毫米级。由于静态GPS相对定位布设平面控制网在一定的尺度内例如15KM以内精度均匀，因此，可以认为地面控制测量对隧道横向贯通误差的影响对长、短隧道基本一致。在误差分析时保守估算，地面控制测量对隧道横向贯通误差的影响应小于±10mm。

1.2隧道施工引起的误差

盾构按照地下导线控制测量成果进行定位和定向，由于机械、操作等各种因素的影响会产生隧道施工误差。经验估计，隧道施工引起的误差可控制在±30mm以内。

1.3进洞口洞门施工引起的误差

进洞口洞门施工应以首级控制网作为坐标控制的依据，由于在进洞口附近布设有地面控制点，因此，洞门中心横向误差一般可控制在±10mm。

2、与隧道施工长度相关的因素引起的误差

隧道盾构掘进必须按照地下导线的指引前进，因此，实现对盾构的引导首先需进行把地面控制基准（坐标和方位）传递到地下的联系测量，再采用导线测量的方法在已掘进隧道区域布设地下支导线，这两个环节都对隧道横向贯通误差产生影响。

2.1盾构出洞口处联系测量引起的误差

联系测量的目的是把地面的控制基准传递到地下，包括坐标和方位角。联系测量方法可分为直接传递法和间接传递法两大类。直接传递法是在出洞口大开挖情况下，隧道出洞口处布设的控制点可以较长的后视距离直接与地面首级控制点通视，此时，地下导线起始边即位于地面首级控制网，地面控制和地下导线融为一体，是最理想的情形，其坐标和方位角精度即为地面控制网精度。

2.2地下导线测量引起的误差

地下导线对贯通测量误差的影响主要是由角度测量误差引起，边长测量误差对地下导线横向误差影响较小。

对隧道工程而言横向贯通误差的影响最为重要，从测量误差的影响来看，测量角度及从地面向地下传递方向的误差是影响横向贯通误差的主要因素。纵向贯通误差影响隧道中线的长度，高程贯通误差影响隧道的坡度，由于距离测量与水准测量的精度较高，故这两种误差较横向贯通误差容易控制。因此只有确定出各项贯通误差的限值尤其是横向贯通误差的限值，才能进一步设计出其它环节各项测量的精度。贯通误差的限值是从满足城市轨道交通工程隧道各种限界裕量方面，以及进行隧道测量的实践经验方面分析确定。

二、城市轨道交通工程隧道贯通误差的限值的分析确定

轨道交通工程的测量精度设计是根据轨道交通工程的特征、施工方法、施工精度、设备安装精度和贯通距离等诸多因素确定的，它不仅要保证隧道和线路贯通，而且要满足线路定线和放样、轨道铺设及设备安装的精度要求。科学合理地确定贯通误差的限值(极限误差)是一个至关重要的问题，原则上说应根据轨道交通工程隧道限界预留的安全裕量(在规定的限界基础上另加的值)和测量技术的发展情况(当前及今后若干年测量所能达到的精度)来决定。轨道交通工程隧道限界包括建筑限界、设备限界和车辆限界三种，设计给出的限界值及相应的安全裕量与车辆轮廓线、受电方式、施工方法、断面形状、设备位置诸因素有关，因而各个城市地铁限界也不完全相同。采用交流传动车辆和链形悬挂架接触网时，设计部门给出的横向预留安全裕量分别为：建筑限界中矩形和马蹄形断面每侧50mm，圆形断面每侧100mm；设备限界中矩形和马蹄形断面每侧56mm，圆形断面每侧16mm；车辆限界至设备限界之间每侧150mm：竖向安全裕量为向上加高100mm，向下降低70mm。

由此可知，设计给出每侧横向安全裕量总和：矩形和马蹄形断面为256mm(全断面为512mm)；圆形断面为266mm(全断面为532mm)。这是一个综合因素影响量，若能满足要求将保证行车安全。设计考虑的综合因素影响包括：施工误差、测量误差、设备安装误差、线路缺陷、车辆磨耗震动和偏载影响等六项。其中每项因素的影响值应有多少，尤其是测量误差应占横向安全裕量的多少，设计未作出规定。在这种情况下，采用等影响原则分配误差较为合理，同时应考虑到测量技术进步和实际经验，即规定的精度指标既要先进又要在实际工作中能够达到。

综上考虑，测量误差取全断面横向安全裕量总和(512mm)的1/6～1/5较为合适，即横向贯通误差的限差为85.3～102.4mm取整为100mm，横向贯通中误差为±50mm。高程误差取竖向安全裕量总和(170mm)的1/4～1/3为42.5～56.7mm，取整后即高程贯通误差为50mm，高程贯通中误差为±25mm。我国轨道交通工程隧道贯通误差的限值(极限误差)是根据隧道长度不同而变化的，即隧道越长限值越大。长度区间的划分相应限差的大小也是总结多年的实践经验制定的，既能满足隧道贯通和限界的要求，又可以达到测量精度，所以是科学的可行的。测量误差以中误差衡量，贯通误差限值规定为2倍贯通中误差。

三、减少隧道横向贯通误差的办法

有上面的分析可见，对隧道特别对长隧道横向贯通产生影响的各个环节中，地下导线测量和联系测量是两个最重要的环节。因此，要提高长隧道横向贯通精度，必须在地下导线测量和联系测量环节下功夫。