摘要：盾构是隧道工程施工中常用的盾构掘进机的简称，依托设备可移动钢制外壳，在隧道开挖过程中，可同时进行已开挖隧道的支护、衬砌等工序施工，显著提高隧道工程施工效率，保障隧道工程施工安全，降低隧道内壁脱落、隧道坍塌风险，是目前地铁隧道工程施工的常用方法。但受盾构隧道施工工艺局限性影响，隧道开挖施工会不可避免地出现不同程度的横向贯通误差，比如在隧道开挖施工准备阶段，起始方位角测定偏差，会引起隧道横向偏差，且随隧道开挖长度增加，偏差会逐步扩大，加之多种测量误差影响，易出现隧道横向贯通误差较大的问题。基于此，文章结合盾构法施工工艺原理，探讨了地铁盾构隧道施工测量误差分配，总结了不同施工测量误差的控制措施，对后续同类工程施工具有指导意义。

关键词：地铁盾构；隧道施工；测量误差分配；控制措施

引言

地铁隧道洞内测量是地铁隧道工程施工的一项重要的基础性工作，在整个工程中起着极为重要的作用。洞内控制网的布设优化及合理选择施测方法，不但使测量工作量有效地得到减少，且使控制网的各项检验条件更完善，测量结果更加精确。

1地铁隧道测量的内容和特点

1.1地铁隧道测量的内容

地铁隧道测量的内容主要有：地面平面、高程控制测量，井上、井下平面、高程联系测量，洞内平面、高程控制测量，竣工测量等。测量误差的主要来源于外界条件、仪器条件、测量方法及观测误差4方面，地铁施工期间测量观测的外界条件较差，配备的作业人员都是经验丰富的测量负责人，仪器配置比较先进，测量误差主要集中在测量方法的选择上，合理的测量方法能有效提高测量精度。由此可见，地面平面工程控制测量、井上井下测量及区间隧道施工控制测量是决定地铁施工测量精度的3个核心因素。

1.2地铁隧道测量的特点

地铁隧道测量的特点是根据轨道交通工程地下工程的需要，研究隧道控制网的布网形式、图形与观测的优化设计方案及实施过程中的相关问题，洞内控制测量应根据隧道贯通精度、隧道长度及外部环境影响因素等布设合理的、满足精度要求的施工控制网形式。

2地铁盾构隧道施工测量误差分配

盾构法隧道工程施工过程中，盾构掘进机完成姿态定位后，由一侧竖井向另一侧竖井掘进施工，受盾构机姿态定位测量误差、联系误差、地下控制测量误差等多种施工测量误差影响，隧道掘进路线会不可避免地出现纵、横、竖三个方向的贯通误差，若不加以控制，易造成隧道掘进线路偏差较大的问题，严重影响施工进度。为保证隧道施工顺利贯通，必须采取一定措施，精确控制横向误差。根据误差传播定律，对各横向误差项进行误差分配计算，则有：m2Q=m2q1+m2q2+m2q3+m2q4（1）式中，mQ：隧道横向贯通中误差；mq1：地面平面控制测量横向中误差；mq2：联系测量中误差；mq3：地下控制测量中误差；mq4：盾构姿态定位测量中误差。因不同误差对横向贯通精度影响力不同，因此，结合以往同类工程测量经验，对不同的误差，可采用不等精度分配原则，取值如下：mq1=n，mq2=3n，mq3=3n，mq1=2n代入式（1），得：mQ=（m2q1+m2q2+m2q3+m2q4）1/2=4.8n根据现行《城市轨道交通工程测量规范》，总平面贯通测量中误差=±15mm，可得：mQ=（m2q1+m2q2+m2q3+m2q4）1/2=4.8n=±15mm可算得：n=±10.4mm进而可算得：mq1=±10.4mm；mq2=±31.2mm；mq3=±31.2mm；mq4=±20.8mm。

3地铁盾构隧道施工测量误差分配及控制

3.1VR系统无轨测量虚拟仿真

通过事先完成的区间隧道三维模型和VR引擎开发，在所创建的VR系统平台中还原真实施工场景，VR虚拟现实技术与无轨测量的巧妙结合，不但能够大大提高VR虚拟现实技术的真实感观，而且能够有效提高无轨测量的准确性，实施具体步骤如下所示：（1）系统操作人员模拟区间隧道轨道铺轨、轨枕及钢轨敷设等工作，捕捉铺轨过程中的Oxy基点，连接该点形成区间隧道线路中心线。（2）区间隧道中以Oxy基点或线路中心线为基准，在区间盾构壁上测量放线疏散平台面板标高（+900mm），以区间疏散平台悬臂支撑为单元个体，精准定位连接钢板螺栓孔，并对其进行锚栓打孔。基于以上技术手段，依次完成区间扶手、环网支架的测量放线及锚栓打孔。（3）在系统平台中以线路中心线为基准线，标记出其在盾构壁顶部的投影线，以投影线为基础，依次标记接触网悬挂标号：伊巢-G04-07、伊巢-G04-08等，为区间隧道接触网的精准定位奠定基础。

3.2点云数据处理

点云数据拼接与坐标转换由于SX10采用后方交会的方式设站，因此点云数据无需进行配准和坐标转换，即可直接将点云数据导入TBC软件或TＲW软件进行预处理。TX8扫描的每组4～6个测站的点云数据通过标靶进行拼接，在TBC及TＲW软件中均有专业操作模块，可自动识别标靶中心点，有效提高拼接精度。TX8点云数据拼接完成后，输入每组扫描点云中两端的CPⅢ控制点标靶上的CPⅢ点坐标进行绝对坐标转换，每次转换时输入其中3个标靶的绝对坐标，坐标转换完成后通过提取第4个标靶点的绝对坐标验证坐标转换精度。点云数据精处理在点云拼接和绝对坐标转换后进行，SX10与TX8的数据处理方式相同，主要包括如下步骤。（1）点云数据删除与分类：点云数据剔除是指剔除与竣工测量无关的点云数据；点云数据分类是指使用TＲW或TBC软件的点云自动分类功能对原始点云数据进行分类，以提高点云剔除工作和后续绘图工作的效率。（2）点云数据内符合精度检查：对不同测站采集的同一位置的点云数据之间的重合性进行检查。作业时通过对不同测站的点云赋不同颜色，量取不同测站获取的同一位置点云的竖向距离或横向距离，对点云数据的内符合精度进行分析判断。（3）点云数据抽稀：由于测站附近的点云数据密度较其他位置高，为提高点云数据计算效率，需要对点云数据进行抽稀。

3.3洞内施工测量

随着测量仪器越来越先进，以往放线使用的切线支距法、弦线支距法等测量方法逐渐被淘汰。现在通常使用全站仪直接确定隧道中线，控制隧道开挖方向。在小半径曲线处，要注意控制好放样频率，做到勤放样、勤测断面，确保开挖面的准确性。隧道在洞门开挖工作完成后，掘进过程中需定期进行断面测量，检测隧道施工成果是否符合设计要求，进而了解隧道断面情况，以指导隧道的进一步开挖。盾构区间需每天进行隧道中线检测，根据检测结果指导盾构机掘进的方向。

3.4移动激光扫描系统

移动三维激光扫描系统的主要硬件包括激光扫描仪、电动检测车、控制平板电脑、便携式锂电池，该系统可以兼容多种搭载平台，移动激光测量系统中激光扫描仪一般采用二维断面模式工作，直接获取的点云数据是二维螺旋线数据。该系统通过电动检测车实现对隧道进行自动检测，有效提高了外业检测的工作效率。三维激光扫描仪的类型是Ｚ＋Ｆ９０１２断面仪，扫描视野为３６０°，最远扫描距离可达１１９ｍ，最高扫描频率为２００Ｈｚ，每秒可采集１０１．６万个点。工业平板用于系统中仪器的集成控制，具有防水、防震、供电时间长等优势，能保证系统在恶劣环境的高稳定性要求。轨检小车可根据扫描环境和精度要求选择合适的运行速度，配有的遥控器能够实现在一定范围内远程控制小车。Ｔｌｓｄ隧道移动激光扫描系统具有兼容多类型扫描仪、并行计算速度快、适合多种应用场景、成果文件开放等优点，依照现行的相关规范，可获得测量对象的空间坐标、几何尺寸、正射影像、变形数据、漫游视频等丰富成果，满足铁路（地铁）的隧道、线路、站台等快速高效综合检测的需求。该系统适用于单圆盾构隧道、马蹄形、矩形等多种隧道类型。软件可以实现二／三维点云同步显示，采用强度、高度等进行点云渲染，让用户能够直观地浏览三维场景。

3.5盾构隧道掘进轴线偏差测量控制技术措施

盾构隧道掘进轴线偏差测量控制，主要通过盾构机导向系统、人工测量盾构机姿态及成型管片姿态综合控制，主要测量措施如下：盾构始发前，应检查始发架及反力架安装位置和安装稳定性，确保其安装位置、安装稳定性满足设计和规范要求。施工前，应反复核查盾构隧道设计中心、盾构机参数等，确保所有设计值符合设计和规范要求，盾构机参数设置准确。为有效降低掘进线路轴线偏差，提高掘进轴线控制精度，应提前确定轴线偏差控制值，并结合以往施工经验和现场工况，制定具有针对性和实践性的应急预案；同时，在掘进施工期间，实时监测轴线偏差情况，严格将偏差控制在允许值以内。采用盾构自动导向系统，在盾构机掘进施工过程中，系统可实时监测隧道开掘轴线与设计轴线偏差，同时，还具有远程测量监控功能，可实现盾构机掘进姿态数据的实时监测。隧道轴线偏差过大时，应根据轴线偏差情况、偏差大小、现场工况等，制定行之有效的纠偏方案；纠偏应秉承“多次少量，勤测勤纠”的纠偏原则，避免单次纠偏幅度过大，造成错台过大。

3.6区间隧道场景的构建和优化

本研究选取合肥地铁四号线伊宁路－巢湖路区间作为实验模拟区，以Revit为建模工具，创建与建筑实体高度吻合的物理现实模型，并输出FBX文件导入3DSMAX软件平台，对所建立的三维模型执行烘焙、贴图、减面和渲染等操作，以获得更为接近的真实效果，并保存FBX格式文件导入Unity3D中，利用Unity3D中的Java脚本技术将软件生成的数据对接至数据平台，实现场景实时驱动、碰撞、用户界面与人机交互，最后，在Unity3D中导出PC端可执行的.exe文件。已有场景模型包括结构专业、铺轨专业和供电专业。以二维设计图纸为依据，构建不同专业的三维模型，具体包括：铺轨、钢轨、疏散平台支架、区间扶手、区间环网支架、接触网以及线缆敷设等细节，为确保模型可视化效果的美观性和真实性，在导入的3DSMAX软件平台需对模型的纹理、设计光影效果进行美化。

3.7地下控制测量误差控制措施

控制点宜布设于管片结构侧壁位置，并埋设强制归心仪器观测装置，为有效降低单向贯通长度较长的盾构隧道对中误差，现场观测宜优先采用三联脚架法观测。为改善隧道测量环境，减少隧道施工粉尘、烟雾等不良工况对测量精度、测量条件的影响，现场可适当采用鼓风机等设备，驱散施工粉尘、烟雾等不良条件，优化测量环境。为减小施工测量误差，保证隧道工程掘进施工顺利贯通，应做好以下工作：（1）覆盖始发端与接收端的地面控制网复测；（2）联系测量及地下控制点测量；（3）盾构接收钢环安装复核。隧道贯通测量风险分析及控制流程，若盾构隧道单向掘进距离超过1km，宜在洞内布设双导线，形成4～6条边构成的多边形闭合环。随隧道掘进距离的延长，施工控制导线随之延长，地下导线宜按照等边直伸的方式布设，直线段部分，平均边长控制在150m左右，曲线段部分，应控制边长不小于60m；此外，若现场工况允许，宜优先埋设于曲线要素点上。

结语

地铁隧道洞内测量是地铁隧道工程施工的一项重要的基础性工作，在整个工程中起着极为重要的作用。洞内控制网的布设优化及合理选择施测方法，不但使测量工作量有效地得到减少，且使控制网的各项检验条件更完善，测量结果更加精确。

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