1. 引言

1.1 课题背景

20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，激光导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和自动化程度，从而被广泛应用于铁路、公路、市政、油气等专业领域。

随着城市建设的飞速发展，我国在各大城市都开展了地铁建设，为了满足盾构掘进按设计要求贯通（贯通误差必须小于50mm）【1】，必须研究每一步测量工作所带来的误差，由于地铁10号线高架桥梁、明挖隧道、盾构隧道因施工误差、后期沉降变形等诸多因素影响，其现场实际平、纵断面与施工图相比必定存在差别，为避免冒然施工造成返工及对以后运营造成诸多的问题，有必要在铺轨前对实际施工的行车桥梁、隧道区域进行测量，以便根据实际情况设计最适合的轨道平、纵断面，保证工程的合理性。

1.2 研究概况

城市地下工程（地铁、顶管、隧道）施工中测控技术及其精度是保证地下工程按设计要求准确贯通和工程质量的关键环节。它包括地面控制基准的建立、竖井定向测量、地下控制测量及精密导向测量等内容【2】。随着测绘新技术、新仪器在城市地下工程施工测量中广泛应用，城市地下工程测控技术与方法发生了巨大的变革，测量过程趋向自动化、智能化、一体化和实时化，使城市地下工程的测控与导向的精度、可靠性及工作速度大为提高，满足了地下工程实时控制，确保了城市地下工程按设计要求准确贯通。但是，目前我国城市地下工程施工测量中存在着传统经典的测控技术和方法与当代测绘新技术、新方法之间的融合问题；在对地下工程各阶段测控精度的分配上存在着等影响和不等影响分配原则的问题；在盾构隧道施工技术研究开发上仍以掌握施工技术、解决具体施工问题为主要内容，尤其对超长隧道（单向长度超过1km）【3】 ，如何应用高精度陀螺经纬仪最佳地加测地下导线边陀螺方位角，并合理地进行数据处理等方面资料很少；如何更有效地检测地下盾构自动导向系统工作是否正常、显示的偏差值是否可靠等尚需进一步完善。

2. 盾构机姿态测量方法

2.1 激光导向系统（自动导向法）

其工作原理是，在盾构机中体上固定一激光标靶，由激光全站仪发射一束激光自动寻找到激光接收靶上的磨光棱镜，测量出其三维坐标；然后激光指向接收，接收靶内部光栅捕获激光的入射角，间接得到盾构机纵轴水平方位角；接收靶内装有能测量仰俯角及滚动角两个自由度的传感器，这样可以测出盾构机的倾角和旋转角【4】。由于接收靶中心、磨光棱镜中心与盾构机刀盘中心几何位置关系固定，因而可以计算出盾构机姿态的四个要素：左右偏差、上下偏差、旋转角、刀盘里程。导向系统软件依据激光标靶和激光全站仪传输来的数据计算盾构机姿态参数，并在计算机屏幕上以图形和数字形式动态显示盾构机姿态，从而指导盾构机正确掘进【5】。

2.2 人工测量方法（ 标尺法，三点法）

标尺法基本原理：测量盾构机中水平摆放的标尺中心处的坐标，根据盾构机组装时确定的几何关系推算盾构机前后胴体中心坐标，与隧道设计轴线比较即可得到偏差。标尺法是盾构施工测量阶段的常用人工测量方法，标尺法还用于环片偏差测量。沥滘大石区间盾构工程所用标尺法。

三点法基本原理：在盾构机组装阶段在盾构机内的合适部位均匀焊接上螺母，将棱镜（或者反射片）固定于螺母上。在盾构机组装阶段建立独立控制网，测得测量点（测量点个数、位置合理布置）C1C8与盾构机前后胴体中心的几C8中的任意三点坐标，根据已有的几何关系就可以得到盾构机前体前后圆心中心坐标。三点法操作时间长，计算复杂，常用于定期复核自动测量的准确性【6】。

3. 竣工测量

3.1 控制测量的等级

平面控制测量按精密导线的技术要求进行施测，高程控制测量按精密水准的技术要求进行施测，导线及水准路线应贯穿整个地铁线路的始终，以两站一区间为基准进行严密平差后方可使用，各点位埋设均应满足规范要求。车站单位应向区间单位移交经业主测量队复核合格的底板加密控制点位，以便进行联测平差【7】。

3.2 控制测量的实施

控制测量由业主测量队负责。各施工、监理单位应根据业主测量队的要求及时清理施工现场和配合业主测量队进行现场选点，各施工单位应按照规范要求负责本标段内的埋点和点位保护，控制点间距一般直线地段不小于120m，曲线地段不小于60m【8】；施工单位点位布设完成后应及时进行测量，并将测量成果书面提交监理，监理复核后应提交业主测量队，并由业主测量队进行复核，确定最终使用成果。确定成果后业主测量队及时将复核成果书面提交施工和监理单位。

3.3 线路中线测量

以隧道施工主控基点为依据，贯通点两侧控制点加权平差，经地铁总部测量队复查，成果满足精度要求后，测设控制点，作为布设线路中心线复合导线网的测量基点坐标，以此布设线路中心线点。在直线段上点间距平均为150m，曲线上为60m，水准点为120m，测量隧道管片实际中线坐标【9】。

3.4 隧道净空测量

以布设的线路中线点为依据，在直线段每隔6.0m，曲线段每隔5m测量一个净空横断面（包括各曲线要素点）。断面测点布设按《城市轨道交通工程测量规范》的要求。先在管片上标志相应的设计高程，然后用全站仪侧相应点位的坐标，最后计算点位坐标与设计中心的垂距。断面测量精度为：横断面里程中误差#177;50mm，断面点与线路中线法距测量中误差#177;10mm，断面点高程测量中误差#177;20mm，提交完整的全区间竣工净空断面测量成果表。