孫寶艮

摘 要：測量技術(shù)是保證工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵，施工單位要熟練掌握施工技術(shù)要點，加強測量誤差值的管控。地鐵工程施工環(huán)境多樣，施工時會遇到各種各樣的測量難題，增加了測量難度?；诖?，對地鐵工程測量技術(shù)及應(yīng)用進行了分析，以期為地鐵工程測量作業(yè)提供參考意見。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；測量技術(shù)；應(yīng)用探討

中圖分類號：TU984? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）05-0091-03

0 引言

工程測量環(huán)節(jié)作為基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)之一，是地鐵工程設(shè)計、施工的關(guān)鍵工序。地鐵工程的建設(shè)大多選擇在人群密集、建筑物稠密的區(qū)域，沿線會經(jīng)過不同的區(qū)域，整體里程長，一般由多個施工單位同時進行施工，由此增加了測量技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜度和難度。對地鐵工程要堅持先整體后局部、先控制后放樣的原則進行測量作業(yè)，為后續(xù)地鐵施工活動提供參考和指導(dǎo)，保證施工的精準(zhǔn)度。

1 地鐵工程測量技術(shù)應(yīng)用原則

地鐵測量工作的成果會影響地鐵施工結(jié)構(gòu)的空間位置規(guī)劃，在工程建設(shè)中屬于關(guān)鍵部分，是工程建設(shè)人員所重點關(guān)注的內(nèi)容。常規(guī)測量技術(shù)要求測量人員利用儀器前往施工現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)收集，或者通過放樣施工控制點線的方式獲取信息。該方式影響了施工進度的正常推進，也容易出現(xiàn)測量誤差。

地鐵工程測量技術(shù)應(yīng)遵循科學(xué)性和自動化原則，在遵循相關(guān)作業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)上進行多次復(fù)測，盡可能減小測量誤差。

具體測量技術(shù)應(yīng)用應(yīng)當(dāng)遵循如下原則：①先控制、后放樣。在測量時要先完成控制工作之后再進行放樣作業(yè)，為放樣活動的開展提供基礎(chǔ)保障，避免影響測量數(shù)據(jù)的獲取。②先整體后局部原則。測量技術(shù)應(yīng)用時要先對地鐵工程整體施工區(qū)域?qū)嵤y量，隨后對不同的分段施工范圍測量。③遵循從高到低的原則。采取逐級控制的方法對測量作業(yè)進行管理。這是因為地鐵工程測量數(shù)據(jù)以及范圍較大，無法一次完成，如果只測量一次會影響測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。測量人員需要按照從高到低的順序進行逐級測量控制。④遵循全線測量系統(tǒng)一致性原則。地鐵線路測量技術(shù)要選擇一致的測量系統(tǒng)，如果在某段線路進行測量時使用了不同的系統(tǒng)，容易引起測量誤差，加大測量作業(yè)管控難度。⑤遵循測量復(fù)核原則。對接線、換乘站測量進行復(fù)核檢查，分析測量過程中存在的數(shù)據(jù)差異，盡可能縮小誤差。

2 地鐵工程測量技術(shù)及應(yīng)用

2.1 地面控制網(wǎng)測量

2.1.1 地面平面控制網(wǎng)復(fù)測

地面平面控制網(wǎng)測量工作通常在盾構(gòu)施工作業(yè)前進行，分為兩級進行布設(shè)，以確保地下施工擁有更加準(zhǔn)確的平面基準(zhǔn)。

2.1.1.1 首級GPS控制網(wǎng)

GPS網(wǎng)將二等三角點作為測量基礎(chǔ)，沿著地鐵工程的線路走向設(shè)置GPS控制點位，要求每個地鐵車站至少設(shè)置兩個控制點，并且點位與其他鄰近點位要求保持直接通視狀態(tài)，方便使用常規(guī)方法進行檢測。在GPS網(wǎng)測量中，最弱點點位誤差應(yīng)當(dāng)控制在12 mm以內(nèi)，相鄰點的相對點位中誤差最大為10 mm[1]。

2.1.1.2 精密導(dǎo)線控制網(wǎng)

根據(jù)地鐵工程的地形走向選擇的位置，布設(shè)精密導(dǎo)線點，可以將城市已經(jīng)擁有的埋設(shè)永久標(biāo)志作為點位。車站區(qū)域?qū)Ь€點要求其位置在施工區(qū)域內(nèi)，具備穩(wěn)定性和可靠性，并且和附近GPS點保持通視。在測量作業(yè)中，如果點位只包括兩個方向，應(yīng)當(dāng)選擇左右角觀測。在水平角觀測時，如果需要針對長邊短邊進行調(diào)焦，需要按照左長邊、右長邊、右短邊、左短邊的順序進行觀測。在精密導(dǎo)線兩側(cè)GPS點上進行觀測時，應(yīng)當(dāng)做到聯(lián)測兩個高級方向，如果在測量作業(yè)時只能對其中一個方向?qū)嵤┯^測要增加測繪次數(shù)。精密導(dǎo)線測量平均邊長的導(dǎo)線總長度分別為350 m、3～5 km，測距相對中誤差為1/60 000。

2.1.2 高程控制網(wǎng)復(fù)測

高程控制網(wǎng)測量主要對地面點高程進行測定，根據(jù)地鐵工程線路進行點位布設(shè)，每個地鐵車站附近需要有2個或者以上水準(zhǔn)點。在進行每一區(qū)域測量時，應(yīng)當(dāng)在上午實施往測，下午實施返測。精密水準(zhǔn)測量視距要在60 m以下，前視距和后視距累計差在3 m以下，視線長度在20 m以上、以下時視線高度分別為0.5 m、0.3 m。測量作業(yè)中每千米高差種數(shù)的偶然和全中誤差分別為2 mm、4 mm，對已知點進行聯(lián)測時要做到往返分別測量1次。

2.2 聯(lián)系測量

聯(lián)系測量是指將地面坐標(biāo)系統(tǒng)檢測傳遞到地下空間，確保井上以及井下的坐標(biāo)系統(tǒng)處于統(tǒng)一狀態(tài)，以為盾構(gòu)施工活動的開展提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，保證盾構(gòu)掘進施工質(zhì)量。聯(lián)系測量通常是在完成始發(fā)井施工后開展，在通過復(fù)測后對測量結(jié)果進行審核。

2.2.1 聯(lián)系三角形定向測量

該種測量方法同時也被稱作為一井定向測量，在進行測量時會于副井內(nèi)懸掛鋼絲，選用直徑為0.5 mm鋼絲。鋼絲下方需要配置10 kg的質(zhì)量，將鋼絲放入到廢機油內(nèi)進行穩(wěn)定處理。地面近井點以及鋼絲會形成一個三角形，對兩者間距以及角度進行測量后，可以明確鋼絲坐標(biāo)和方位角數(shù)值。井下也是利用該種方法進行測量，因井下鋼絲處于自由懸掛模式，因此鋼絲坐標(biāo)數(shù)據(jù)、方位角與地面上相同。經(jīng)過計算可以明確地下導(dǎo)線起算點的具體坐標(biāo)以及方位角，搭建地上及地下之間的導(dǎo)線聯(lián)系。

在測量時，要求鋼絲間距最少為5 m，通常情況下地鐵工程測量作業(yè)要求超過8 m。每次進行測量時需要懸掛3根鋼絲，以形成兩個聯(lián)系三角形，方便對測量數(shù)據(jù)進行校對和核驗。如果在測量作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域面積有限，三角形強度稍弱，可以使用鉛垂儀、陀螺儀以及全站儀的組合方式進行測量，以能夠有效提升測量精度水平，工作強度較小，不需要過多人員參與到測量作業(yè)中。但注意該種方式應(yīng)當(dāng)應(yīng)用在環(huán)境安靜的區(qū)域，原因在于陀螺儀精密度較高，在實際應(yīng)用中要盡可能避開強度干擾。

2.2.2 兩井定向測量

兩井定向測量與一井定向測量之間的差異，在于要求于兩個施工豎井內(nèi)均進行鋼絲懸掛，使鋼絲間距有所延長。這樣可以避免由于投點誤差而導(dǎo)致方向中誤差，保障地下導(dǎo)線的精準(zhǔn)度。在該種測量技術(shù)應(yīng)用時，由于兩根鋼絲處缺少連接角，在實際測量中無法獲取地下導(dǎo)線起算方位角，因此該測量技術(shù)的實質(zhì)是針對無定向?qū)Ь€進行測量。

在地下隧道測量活動中，可以采取聯(lián)測技術(shù)。對布設(shè)地下導(dǎo)線和豎井鋼絲實施聯(lián)測，能夠在地面坐標(biāo)系中所標(biāo)出的坐標(biāo)點位、方位信息傳給地下，通過計算便可獲得地下測量數(shù)據(jù)。在施工布設(shè)時，可以選擇在車站地板預(yù)埋導(dǎo)線組成無定向?qū)Ь€。其不會給施工活動造成過多干擾，但是導(dǎo)線邊長較多，只能在車站主體結(jié)構(gòu)竣工后才可對其進行邊長拉大。如果不在車站內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)線點，可以選擇在洞內(nèi)管片之上設(shè)置地下起算邊，顯著提升了無定向?qū)Ь€精度水平，通過在中間設(shè)置插點能夠?qū)筛摻z進行觀察。對地下導(dǎo)線實施測量時，通過自由設(shè)置測站的方式即可進行測量，無需對中具體點位，完成整平作業(yè)即可[2]。

2.2.3 高程聯(lián)系測量

在對近井水準(zhǔn)點進行測量時，高程線路需要附合于和地面上與之相鄰近的精密水準(zhǔn)點上方，并在豎井內(nèi)懸掛鋼尺，以此來完成高程傳遞。于地上、地下分別設(shè)置一臺水準(zhǔn)儀，在高程傳遞的過程中讀取數(shù)據(jù)，每次測量要求獨立觀測3測回。每一次進行測量時均需要對儀器高度進行適當(dāng)調(diào)整，要求地上以及地下水準(zhǔn)點高度差異控制在3 mm以內(nèi)，同時要求與鋼尺上懸掛和其質(zhì)量相同的重錘。

2.3 盾構(gòu)測量

2.3.1 始發(fā)前準(zhǔn)備工作

在進行基座放樣和反力架放樣前，要針對洞門鋼環(huán)進行復(fù)測，分別于鋼環(huán)上中下3個區(qū)域設(shè)定6個測量作業(yè)點位，對鋼環(huán)中心坐標(biāo)以及設(shè)計坐標(biāo)實施對比分析，得出在橫向中存在的鋼環(huán)偏差數(shù)值。

使用水準(zhǔn)儀對鋼環(huán)底部以及頂部高程數(shù)據(jù)進行測量，與設(shè)計高程進行對比，確定鋼環(huán)空間實際位置。獲取鋼環(huán)實際偏移位置數(shù)據(jù)，根據(jù)施工設(shè)計中的中心線便可完成盾構(gòu)始發(fā)基座中心線放樣。

反力架在地鐵工程建設(shè)中發(fā)揮著后背墻的功能，同時也兼具導(dǎo)向作用，要求其端面以及始發(fā)基座軸線保持垂直關(guān)系。在計算反力架里程數(shù)據(jù)時，要先得出隧道兩端井接頭長度數(shù)據(jù)，分析負環(huán)管片數(shù)量，最后得出反力架里程計算結(jié)果。在輸入管片左邊數(shù)據(jù)后，對平面以及高程線性進行檢查，要求其保持為連續(xù)狀態(tài)，并開啟盾構(gòu)測量系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行調(diào)試。將測站點坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，對與后視控制點距離以及盾構(gòu)姿態(tài)實施測量，將自動和人工兩種方式下的測量數(shù)據(jù)實施對比，在確認無誤后進行盾構(gòu)機試掘進作業(yè)。

2.3.2 盾構(gòu)掘進過程測量

2.3.2.1 地下平面測量

地鐵隧道地下控制導(dǎo)線屬于支導(dǎo)線，在盾構(gòu)機不斷向前推進的同時導(dǎo)線也會隨之延伸。地下控制網(wǎng)是對掘進作業(yè)進行指導(dǎo)的重要基礎(chǔ)，在掘進作業(yè)中要定期對導(dǎo)線進行復(fù)測，盡可能避免長度、線型以及貫通存在誤差。如果測量區(qū)間長度在1 km以上，可以按照施工導(dǎo)線以及基本導(dǎo)線進行兩極布設(shè)。如果是處于長區(qū)間內(nèi)，為了保證導(dǎo)線測量精準(zhǔn)度，可以選擇在掘進到約70%區(qū)間長度時，對陀螺方位邊進行額外測量。

地下導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)選擇4～6邊的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置雙閉合導(dǎo)線環(huán)，以有效提升測量精度，方便檢查和核對。在測量控制點位設(shè)置過程中，應(yīng)當(dāng)選擇隧道管片頂部以及側(cè)邊位置進行布設(shè)，避免點位受到施工活動以及其他車輛的干擾。為確保地下導(dǎo)線點的精度水平，應(yīng)當(dāng)控制支導(dǎo)線點數(shù)量，延長兩個導(dǎo)線點之間的間距，最好是布設(shè)近乎直線的導(dǎo)線。在測量時前視點以及后視點，均通過強制對中對點的方式進行測量，利用全站儀進行反復(fù)觀測。為了避免儀器出現(xiàn)偏心誤差問題，需要每3測回更改180°方向進行再次測量。在地下隧道向前掘進150 m、1/2隧道、 3/4隧道以及與貫通面相距150 m時，分別實施全面檢測。

2.3.2.2 地下高程測量

地下施工環(huán)境相對較為狹小，會受到運輸車輛的影響，為此洞內(nèi)在布設(shè)水準(zhǔn)點時應(yīng)當(dāng)每間隔200 m設(shè)置一個，可以根據(jù)實際情況適當(dāng)增加曲線段數(shù)量。在盾構(gòu)開挖到1/3隧道、2/3隧道以及貫通前50～100 m進行復(fù)測，以提升高程貫通精度水平。

2.3.2.3 管片測量

對橢圓度進行測量時應(yīng)當(dāng)以施工導(dǎo)線為基礎(chǔ)，完成隧道中線放樣，明確中線標(biāo)高。用激光斷面儀對其內(nèi)凈空數(shù)據(jù)進行測量，和設(shè)計斷面數(shù)據(jù)實施對比分析，利用計算機軟件可以精準(zhǔn)計算地鐵施工后管片具體形狀。在管片里程測量過程中，盾構(gòu)隧道井接頭長度通常在40～80 cm，根據(jù)反力架里程的計算方式進行計算，以確保始發(fā)洞口井接頭長度的準(zhǔn)確度。

在進行施工設(shè)計時，隧道管片排版存在理想化的問題，在實際掘進作業(yè)中盾構(gòu)姿態(tài)進行不斷地調(diào)整，需要通過管片加貼的方式對楔子進行糾正，因此實際里程要超過設(shè)計里程數(shù)據(jù)。為確保盾構(gòu)在進洞時井接頭長度適宜，每150環(huán)對管片里程進行復(fù)測，根據(jù)測量所得的里程數(shù)據(jù)對盾構(gòu)姿態(tài)實施調(diào)整。

2.4 測量機器人

測量機器人是一種新的測量技術(shù)，可以代替人工完成測量作業(yè)，能夠自動對測量對象進行搜索、跟蹤，識別后進行精確分析，獲取測量目標(biāo)的角度、距離、坐標(biāo)和影像數(shù)據(jù)，是一種全新的智能型電子全站儀[3]。

測量機器人的出現(xiàn)有效提升了測量作業(yè)質(zhì)量和效率，減少了人力成本投入。測量機器人也能夠完成施工監(jiān)測活動，在地鐵工程建設(shè)中設(shè)置多臺測量機器人便能夠完成自動監(jiān)測任務(wù)。為確保測量機器人所獲取數(shù)據(jù)的一致性和可靠性，需要先完成基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測，即把兩側(cè)基準(zhǔn)點以及工作基點進行聯(lián)系。由于測量機器人的自動監(jiān)測功能，難以使用以往的人工導(dǎo)線測量技術(shù)實施基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測，需要以公共點連接的自由設(shè)站法連續(xù)傳遞附合到基準(zhǔn)點完成測量要求，針對相鄰測站觀測公共點將兩端基準(zhǔn)點、連接點、測站點連接在一起，形成測量控制網(wǎng)。

測量機器人利用自動化系統(tǒng)能夠隨時進行平差解算，從而獲得更為準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)信息，之后可通過所獲取的坐標(biāo)數(shù)據(jù)自動定位觀測點所在位置。通過該種方式能夠利用公共點完成基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測作業(yè)，保證平差的統(tǒng)一性，強化整體坐標(biāo)系控制效果，在提升監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確度的同時對地鐵隧道進行完全監(jiān)控，進一步提升測量作業(yè)質(zhì)量，優(yōu)化測量作業(yè)流程。

3 結(jié)束語

工程測量在地鐵施工建設(shè)中貫穿全程，在測量時需要由不同人員使用不同儀器、不同方法進行測量作業(yè)，以此來保證施工活動的有序開展，提升地鐵工程施工質(zhì)量。在施工時需要明確不同環(huán)節(jié)的具體測量要求，合理規(guī)劃測量誤差范圍，細化測量技術(shù)應(yīng)用要點，落實相關(guān)作業(yè)規(guī)范要求，從而提升地鐵工程測量技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)化和規(guī)范化水平。要重視對測量技術(shù)、測量儀器以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行創(chuàng)新處理，選擇更為先進的手段實施測量作業(yè)，提升測量效率，保障測量成果的精準(zhǔn)度，形成自動化測量作業(yè)模式。

參考文獻

[1] 李振興.地鐵施工中精密工程的控制測量復(fù)測技術(shù)[J].設(shè)備管理與維修，2022（6）：145-147.

[2] 許俊偉.三維激光掃描技術(shù)在地鐵工程測量中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2022（1）：142-144.

[3] 張林星.地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工過程測量技術(shù)[J].工程機械與維修，2021（6）：208-209.