盾构隧道断面测量技术浅述
摘要：结合广州地铁三号线[天~华]两个区间段隧道施工测量工作的实践，介绍如何用水准仪和全站仪，进行地铁盾构隧道断面测量。

关键词：盾构隧道；断面测量；高程放样；三维坐标；偏差
中图分类号： u45文献标识码：a 文章编号：
1 概述
盾构法隧道断面测量不同于一般的矿山法隧道断面测量，它是在隧道全面贯通后才进行的，是盾构隧道施工测量的最后工作，用以检测已成型的隧道是否有侵入限界。

它已无法改变既有的形状，对隧道的开挖没有实际的控制作用。

但业主设和计单位要根据断面测量的成果，确定是否要对原设计的线路进行调整，以满足行车及其他设备安装的需要。

2 测量要求
盾构法隧道一般为圆形隧道，由多块预制管片拼装而成型，断面测量要求是：在指定的位置进行测量，每个断面测量10个点，如图形1。

顶部和底部测量其高程，计算两点间的高差，其他各点则是测量其到设计中线的横距（即水平距离）。

测量精度要求是里程误差<±50mm，点位高程误差<±10mm、横距误差<±10mm。

点位精度要求是比较高的。

盾构隧道断面测量要求是，曲线段4.5米，直线段9米测量一个断面。

每个断面测量10个点，这样的工作量是比较大。

因此要满足精度要求，又有较高的工作效率，选择适合的仪器和测量方法是比较重要的。

购买昂贵的隧道断面仪，仅能用于隧道断面测量，投资太大不合适。

为节省投资，在广州地铁三号线[天河客运站～华师站]盾构区间中，我们采用了水准仪配合全站仪，测量断面点三维坐标的方法进行断面测量，取得了很高的效率。

3 测量步骤
3.1待测断面高程放样
高程放样是指按断面测量的要求，在待测断面相应里程处的隧道管片，放样出具体的位置，一般是与轨面高相隔一定高度的位置，如上图1中左右两边上、中1、中2、下8个点。

盾构隧道施工过程中，要进行环片姿态测量的，因此每环的前端里程实际都已经知道，依据线路设计的轨面竖曲线要素，可求出各环对应里程处的轨面高程，则其他各点的高程也可以由相关尺寸求得。

此计算工作在室内提前完成。

外业操作时，将水准仪置于任意位置，以任一已知的水准点为后视，按一般高程放样的方法，在隧道两侧管片上，放样出待测断面里程对应的轨面高+450 mm（即左下和右下）的高程点位，并用红油漆标记。

其他各点，因位置比较高不好放置塔尺，不能直接用水准仪进行高程放样。

因此我们依据相关尺寸，制作了一个铝合金
卡尺，如图2。

将卡尺上距轨面450mm的横尺放置于已经标记好的右下或左下处，保持整个卡尺处于垂直状态（可在卡尺上安置水平尺），因卡尺上各横向尺是固定在竖尺上的，则其他各点位（中2、中1、上）即时可以知道，用油漆标记即可。

在实际操作中，一般是先将要测量的所有断面的左下、右下标记出来，同时测量出该断面处顶部和底部的高程，然后再用卡尺标记其他点位，这样操作速度比较快速。

3.2全站仪测量三维坐标
断面点横距测量采用全站仪测量三维坐标法，将仪器置于隧道内的任一个控制导线点上，按一般坐标测量的方法分别测量出各个断面的左下、左中2、左中1、左上和右下、右中2、右中1、右上的三维坐标。

只要通视良好，一次置站可以进行多个断面的测量，不需要每个断面都重新摆置仪器，效率明显提高。

3.3数据处理
测得断面各点的坐标后，用autocad作图法可求出各点到中线的横距l。

但相对整个隧道断面测量工作，测量点可能有几千个，显然作图法的效率是非常低的，为此要用相应的计算机程序进行计算。

如图3。

其中a、b是线路上的两个相隔一定距离（1m）的中线坐标，测量点ｏ里程位于两点之间，测量点ｏ到中线的横距l可用下式表示：
ｌ=ｄ×ｓinｂ（1）
点ｏ的里程ｌｏ可用下式表示：
ｌｏ＝ｌａ＋ｄ×ｃosｂ（２）
式中：d是测点ｏ到中线点a的水平距离，c是直线aｏ和中线ab之间的夹角，ｌａ是a点的里程。

根据以上（1）式和（2）式，用可编程计算器或计算机vb程序编程计算，则计算工作变得非常简便快速。

在广州市地铁三号线[天～华盾构]区间断面测量工作中，采用本人编写的“断面测量计算程序”，只要将外业测量数据按一定的格式编辑好（记事本即可编辑），全部计算工作几秒钟即可完成。

4 结束语
用水准仪和全站仪结合，用坐标测量法进行断面测量，一次置站可以进行大量的断面点测量，外业操作非常简单，照明及视线良好的情况下，三个人的工作组，一天可以测量100多个断面（约500米），内业计算仅需几秒钟。

对不同的隧道，测量位置要求可能不一样，但操作方法是一样的，只需将卡尺作相应的修改就能适用。

该方法操作简单，在本工程中全部采用了此方法，作业效率非常高，测量精度也能满足相关的技术要求，为盾构隧道断面测量提供很好的借鉴。

参考文献：
[1]陈永奇．工程测量学．修订版．北京：测绘出版社，1995.
[2]陆国胜．测量学．第3版．北京：测绘出版社，1993．
[3]周文波．盾构法隧道施工技术及应有应用．北京：中国建筑工业出版社．2004．。