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地铁隧道工程贯通误差分析

2021/09/06 阅读:

摘要:通过分析影响隧道贯通的误差来源,应用误差传播定律对贯通误差进行预计,给出了贯通误差预计的计算公式。结合青岛地铁1号线跨海段隧道狭长、地质条件复杂、光线暗等实际情况,对贯通误差进行估计,给出了具体测量方案,贯通结果表明:该方案有效保证了过海隧道的精准贯通;通过贯通后实际测量,水平贯通误差5.2mm、高程贯通误差9.0mm,验证了贯通误差预计方案的可行性,对相关工程提供了有益借鉴。

关键词:长距离跨海地铁隧道;贯通误差估计;横向贯通误差;高程贯通误差

1引言

随着城市发展日益紧张的有限地上空间,各个城市兴起了地铁建设的高潮。地铁工程不同于地上工程,其对测量要求较高,尤其是对于长距离区间隧道需要制定详细的测量方案和方法,以保证隧道的顺利贯通。地铁施工一般由两车站间相向开挖,由竖井或斜井将地面方位角和坐标值引入地下,对于距离较长的区间可以中间增加风井的方式提高贯通精度。青岛地铁1号线全长59.9km,横穿胶州湾海底,跨海长度3.5km,采用传统增加风井联测的方式不可行,这就要求我们对影响长距离隧道贯通的影响因子进行分类分析,按照相关技术规范要求贯通误差要求,应用误差传播定律进行贯通误差预计,选择合适的观测仪器和提高测量精度的方法,最终提出具体的施工测量方案和测量方法,保证过海隧道的准确贯通。

2贯通误差预计

当隧道两端由施工斜井相向开挖时,高程可采用高精度电子水准仪通过斜井导入,因而如何导入高精度的平面坐标和方位是关键。贯通相遇点在水平方向上的误差源主要包括:地面平面控制测量误差、联系测量中的定向误差和井下平面控制测量误差;在高程上的误差源主要包括:地面水准测量误差、导入高程误差和井下水准测量误差。2.1水平方向贯通误差预计如图1所示,当井上地面控制采用导线测量时,地面导线测量误差引起的K点在X'方向上的误差预计方法,与井下导线测量的误差预计方法基本相同[1]。一般情况下,应当在地面两井口进井点之间布设闭合导线和附和导线,这时在进行地面闭合导线或附和导线严密平差时,应同时评定近井点A和B两点之间在X'方向上的相对点位中误差和两条近井点后视边坐标方位角之间的相对中误差,按式(1)计算地面导线测量对于贯通的影响:(1)式中:MX'AB—两个近井点A与B在X'方向上的相对点位中误差;M△α—两个近井点后视边坐标方位角之间的相对中误差;RY'A、RY'B—近井点A与B在K点连线在Y'轴上的投影长。采用联系测量,可以把地面点的坐标、方位及高程传递到井下去。定向测量无论采用几何定向还是陀螺定向,测量的误差都集中反映在井下导线起始边坐标方位角误差上。如图2所示。定向测量误差引起的K点在X'方向上的误差为:2.2高程方向贯通误差预计贯通相遇点K在高程上的误差来源包括地面水准测量误差、导入高程误差和井下水准测量误差。地面和地下水准测量误差可以按水准路线长度或按水准测量测站数分别进行估算。水准测量引起的高程误差MH上的估算公式[2,3]为:导入高程测量可根据相关规范要求中规定的两次独立导入高程的容许误差来反算求得以此导入的高程中误差。当采用斜井导入时,导入高程中误差可不必单独计算,而将斜井水准测量和地下水准测量看作一个整体来进行误差预计。

3工程实例与分析

青岛地铁1号线瓦屋庄站至贵州路站区间穿越胶州湾隧道,线路全长约8.1km,其中海域段长度约3.49km,采用矿山法施工;过海段是连接黄岛和城区的关键环节,过海段在黄岛侧设立两座施工斜井,在市区段设立一座施工斜井,由两侧对向开挖,如图3所示。过海段不具备在中间设立风井进行联测的条件,加之过海隧道横穿胶州湾海底,海下地质条件复杂,因而必须进行贯通误差预计,确定详细的施工测量方案,确保海底隧道的准确贯通。图3过海段线3.1测量方案的制定(1)横向贯通精度估算及仪器精度指标确定将影响隧道贯通误差的因素分为两大部分:即地面控制测量m1和包含斜井联系测量的地下导线测量m2,并取m1=m,m2=2m,则隧道横向贯通误差为:根据《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308-2017)要求地铁隧道横向贯通限差为±50mm,则m=50/2.24=22.3mm,即地面控制测量误差为m1≤22.3mm,包括斜井在内的地下导线测量误差为m2≤44.6mm。根据之前地铁测量项目经验,地面控制网测量误差较为容易控制。当地下导线敷设为近似等边直伸形支导线时,式(3)可简化为假设测边误差中只含有偶然误差,地下导线横向误差的主要影响因素是测角误差。按照《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308-2017)要求,地下导线控制点布设按平均100m计算,加上斜井导线测量,地下导线长度按2.5km计算,由式(6)可以得出测角中误差mβ≤0.7″,测角宜采用0.5″级全站仪按4个测回进行施测、测距宜采用I级(1mm±1ppm×D,D为边长,以km为单位)以上测距精度按2个测回进行施测。实际测量中地下导线一般布设双导线。由于双导线方向观测值和边长观测值明显增多,提高了布网的网形强度,有利于增加检核条件,在一定程度上提高导线测量的精度。(2)高程贯通精度估算及仪器精度指标确定根据经验,令地面高程控制测量m1=m,包含斜井在内的地下高程控制测量m2=3m,则隧道高程贯通误差为:根据规范要求地铁隧道高程贯通误差为±25mm,则m=25/3.16=7.9mm,即地面高程控制测量误差为m1≤7.9mm,包括斜井在内的地下高程测量误差为:m2≤23.7mm。加上斜井在内的地下水准路线往返测长度按6km计算,由式(4)可以得出高程测量中误差mkm≤4.8mm,采用电子型水准仪完全可以满足要求。3.2贯通误差结果分析过海隧道贯通后,对实际贯通误差进行测量。分别由贯通点两侧测量贯通点的平面坐标和高程,如表1和表2所示。依据设计线路,计算得到实际的横向和高程项贯通误差。根据过海隧道区间1#、2#竖井贯通面附近线路方向与坐标北方向夹角计算可得过海隧道区间1#、2#竖井横向贯通误差为4.2mm,高程贯通误差为9.0mm,远远高于《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308-2017)限差要求,验证了贯通误差预计及测量方案的有效性。

4结论

作为国内第一条跨海地铁线路,如何保证青岛地铁1号线长距离跨海段的顺利贯通意义重大,本文通过研究影响隧道贯通的误差来源,应用误差传播定律对贯通精度进行估算,提出合理的测量方案和测量方法,在分类总结影响贯通的不同误差源基础上,对施工过程中使用何种精度仪器进行了细化分析;针对支导线多余观测不足的缺点,提出布设交叉双导线,并对其精度进行对比分析。过海隧道贯通后,对实际贯通误差进行测量,水平贯通误差5.2mm、高程贯通误差9.0mm,验证了贯通误差预计方案的可行性,对于长距离跨海隧道定向测量具有一定的参考价值。

参考文献

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作者:胡玉祥 尹相宝 王晓民 张洪德 徐潇 单位:青岛市勘察测绘研究院 青岛市西海岸基础地理信息中心有限公司 青岛市地下空间地理信息工程研究中心

地铁隧道工程贯通误差分析

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