城市地鐵工程定向測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

唐振興

中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司， 北京 100176

0 引言

隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高，城市道路交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，限制了城市的發(fā)展，影響了城市居民的生活質(zhì)量的提升。地鐵工程不僅高效、安全、可靠、準(zhǔn)時(shí)、方便、舒適，而且地面空間的利用少，對(duì)環(huán)境的影響小，是目前城市公共交通的首選方式，并成為衡量城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。為保證地鐵施工和后期起運(yùn)行維護(hù)安全，必須提高地鐵工程施工測(cè)量精度同時(shí)采取變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，以提升地鐵工程的建設(shè)質(zhì)量，保證安全高效運(yùn)行。

1 城市地鐵定向測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)及內(nèi)容

1.1 城市地鐵工程定向測(cè)量特點(diǎn)

近年來(lái)，隨著城市地下工程規(guī)模的擴(kuò)大和新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，地鐵工程的施工難度加大，地下施工環(huán)境，地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)豎井定向精度的要求也更高，同時(shí)城市地下隧道長(zhǎng)度也在不斷增加，對(duì)精密導(dǎo)向測(cè)量技術(shù)的精度持續(xù)提升，使得地鐵施工測(cè)量表現(xiàn)出新的技術(shù)特點(diǎn)：

1） 地鐵工程施工復(fù)雜、投資規(guī)模大、工期長(zhǎng)，一般建設(shè)過(guò)程都是以線(xiàn)帶面方式，分期建設(shè)，這就要求測(cè)量工作在考慮近期施工精度同時(shí)還要顧及全局規(guī)劃，在規(guī)劃線(xiàn)路交叉點(diǎn)預(yù)留一定量的控制點(diǎn)重合，以保證各相關(guān)線(xiàn)路準(zhǔn)確銜接；2） 受地鐵工程線(xiàn)路長(zhǎng)度，工期要求等限制，地鐵建設(shè)一般由不同的承包商施工。各施工段在保證本段測(cè)量任務(wù)的同時(shí)還要顧及與鄰接工程的銜接；3） 地鐵工程施工測(cè)量的內(nèi)容多，涵蓋從地質(zhì)勘測(cè)到施工到運(yùn)維的各個(gè)階段，從地面到地下，包括施工放樣、貫通測(cè)量變形監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)測(cè)量工作；5） 地鐵工程測(cè)量環(huán)境差、對(duì)精度的影響因素多。

1.2 城市地鐵工程施工測(cè)量主要內(nèi)容

城市地鐵工程施工測(cè)量主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：地面控制網(wǎng)測(cè)量、地鐵施工測(cè)量以及變形監(jiān)測(cè)。

地面控制網(wǎng)測(cè)量主要是沿地鐵線(xiàn)路采用全站儀數(shù)字測(cè)量方法或是GPS 靜態(tài)控制測(cè)量方法建立二等首級(jí)平面控制網(wǎng)（GPS網(wǎng)），同時(shí)采用導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的方式對(duì)首級(jí)網(wǎng)進(jìn)行加密，控制網(wǎng)精度要求城市三、四等。

地鐵施工測(cè)量主要包括施工控制測(cè)量、細(xì)部放樣測(cè)量、竣工測(cè)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。施工控制測(cè)量中的地面控制測(cè)量包括維護(hù)施工期間地面的平整、高程主控制網(wǎng)完整，維護(hù)其可靠、可用，為施工方便加密地面控制點(diǎn)并維持其可靠、可用，通過(guò)豎井投點(diǎn)、定向，高程傳遞等方式實(shí)現(xiàn)地上、地面的聯(lián)系測(cè)量，最后是進(jìn)行地下控制測(cè)量，控制地下主導(dǎo)線(xiàn)，地下主水準(zhǔn)網(wǎng)，確保各區(qū)間隧道貫通，保證軌道安裝質(zhì)量。

地鐵工程變形監(jiān)測(cè)是保障地下鐵道工程建設(shè)的質(zhì)量、沿線(xiàn)建筑環(huán)境保護(hù)以及車(chē)輛運(yùn)營(yíng)安全的重要手段。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要包括支護(hù)、結(jié)構(gòu)變形測(cè)量、沿線(xiàn)地下管線(xiàn)變形測(cè)量；沿線(xiàn)地表沉降觀測(cè)；圍巖變形及壓力量以及地下隧道變形測(cè)量等工作。

2 城市地鐵工程定向測(cè)量的主要方法

在地鐵工程施工中，為了控制隧道施工的貫通誤差，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件采用適當(dāng)?shù)氖┕ご胧瑫r(shí)設(shè)計(jì)和采用合理的測(cè)量方法，以保證隧道按照設(shè)計(jì)精度和要求貫通。

2.1 聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法主要是通過(guò)在地鐵隧道施工豎井處懸掛兩根鋼絲，由井上近井點(diǎn)測(cè)定到懸掛鋼絲的距離和角度，算出鋼絲的坐標(biāo)及與鋼絲間方位角，同時(shí)在井下測(cè)量作業(yè)時(shí)，認(rèn)為鋼絲坐標(biāo)和方位角已知，通過(guò)坐標(biāo)傳遞和數(shù)值計(jì)算等方式得出地下導(dǎo)線(xiàn)起始邊的坐標(biāo)和方位角的測(cè)量方法。豎井三角形聯(lián)系測(cè)量主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用普遍,精確度高,缺點(diǎn)是對(duì)鋼絲穩(wěn)定度要求高,觀測(cè)繁瑣,時(shí)間長(zhǎng),計(jì)算量大,對(duì)測(cè)量環(huán)境的要求較為嚴(yán)格。

2.2 豎直導(dǎo)線(xiàn)定向法

豎直導(dǎo)線(xiàn)定向是豎井聯(lián)系測(cè)量的一類(lèi)，該測(cè)量方法的原來(lái)是將地面控制點(diǎn)的坐標(biāo)、方向通過(guò)豎井傳遞到井下，并使地上和地下同處于同一坐標(biāo)系統(tǒng)。豎直導(dǎo)線(xiàn)定向法對(duì)地鐵工程的定向測(cè)量尤為適用，城市地鐵工程一般深度較淺，處于地面20米范圍以?xún)?nèi)，采用豎直導(dǎo)線(xiàn)定向法原理更簡(jiǎn)單，且易于操，布網(wǎng)靈活，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)，測(cè)量精度較高，能滿(mǎn)足施工精度要求。同時(shí)采用豎直導(dǎo)線(xiàn)定向法測(cè)量對(duì)施工測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地要求低，對(duì)施工的干擾較小。

2.3 水準(zhǔn)陀螺儀聯(lián)合定向法

水準(zhǔn)陀螺儀聯(lián)合定向方法原理就是利用垂準(zhǔn)儀投出地上、地下在同一鉛垂線(xiàn)上的點(diǎn)位，根據(jù)地上、地下陀螺定向成果算出投點(diǎn)在空間的平面夾角，使地上、地下的導(dǎo)線(xiàn)連成一體，把地上導(dǎo)線(xiàn)坐標(biāo)、方位角傳遞到地下導(dǎo)線(xiàn)。在地鐵工程施工，聯(lián)合定向法相比其它定向測(cè)量方法而言，作業(yè)效率更高，同時(shí)不受井筒孔徑大小限制，作業(yè)精度也能夠滿(mǎn)足要求，應(yīng)用相對(duì)廣泛。

3 城市地鐵工程變形監(jiān)測(cè)研究

近年來(lái)，許多地鐵項(xiàng)目前期試驗(yàn)、調(diào)研工作不充分，建設(shè)規(guī)模大，線(xiàn)路長(zhǎng)，專(zhuān)業(yè)多，要求精度高，且工期偏緊，工期壓力導(dǎo)致安全機(jī)制變形；同時(shí)，由于地鐵工程受空間發(fā)展的限制，基坑深、隧道深，技術(shù)復(fù)雜，地鐵建設(shè)工程監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)制不完善，地鐵建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)管理制度還處于摸索階段，因此，開(kāi)展地鐵工程變形監(jiān)測(cè)是很有必要的。

地鐵工程變形監(jiān)測(cè)工作要遵循規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求。監(jiān)測(cè)方案要經(jīng)過(guò)評(píng)審，施工變形監(jiān)測(cè)頻率最低為每天一次，第三方監(jiān)測(cè)為每三天一次，變形監(jiān)測(cè)的核心是設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選設(shè)在遠(yuǎn)離地鐵基坑或隧道施工影響區(qū)的穩(wěn)固位置，沉降、位移等各項(xiàng)監(jiān)測(cè)均要設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，并滿(mǎn)足規(guī)范要求。變形監(jiān)測(cè)的初值要在施工影響前測(cè)定，至少兩次獨(dú)立觀測(cè)合格結(jié)果取均值，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須真實(shí)、準(zhǔn)確，保留有效的原始記錄，監(jiān)測(cè)儀器需要保持正常，按規(guī)定進(jìn)行檢定，并經(jīng)常比對(duì)測(cè)試結(jié)果。

4 結(jié)論

隨著近年來(lái)城市地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及人們對(duì)地鐵出行依賴(lài)程度的提升，地鐵的安全施工和運(yùn)維成為關(guān)系民生的大事。而測(cè)量工作為地鐵安全提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和保障。本文在分析地鐵施工定向測(cè)量方法、特點(diǎn)、影響因素等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，對(duì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析，其結(jié)果對(duì)指導(dǎo)地鐵施工測(cè)量，保證地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

[1]楊永壽.隧道控制測(cè)量中豎井定向方法[J].濟(jì)南交通高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2002，10(1)：29-31.

[2]李洪志.豎井聯(lián)系測(cè)量在隧道施工中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2005(104).

[3]陳志良.豎直導(dǎo)線(xiàn)定向測(cè)量理論及工程應(yīng)用[J].鐵路勘察，2005(1)：51-55.