地鐵工程項目中的施工測量與誤差分析

武艷軍

(中鐵隧道勘測設計院有限公司,天津 300133)

地鐵工程項目中的施工測量與誤差分析

武艷軍

(中鐵隧道勘測設計院有限公司,天津 300133)

地鐵施工中,定位測量和貫通測量是兩項基礎性的測量工作,同時也關乎整個工程的安全和質量,因此明確施工控制測量中引起誤差主要因素以及控制測量誤差的積累成為地鐵施工的重要環節。本文針對地面控制測量、豎井聯系測量和區間隧道施工控制測量,進行了簡單的誤差分析和精度優化探討。

地鐵工程 測量 誤差 定位

1 地鐵施工測量的影響因素

地鐵施工主要包括地鐵車站和地鐵區間兩部分,常規的測量方法主要有地面控制測量、豎井聯系測量和區間隧道施工控制測量三種,這三個控制點通過影響測量的誤差,直接制約著地鐵貫通的精度,是地鐵施工中最為關鍵的三個因素。地鐵車站和明挖區間的施工主要依靠地面控制測量,通過地面控制點實現對車站內各個關鍵點的放樣,同時把控區間控制中線的放置,測量的精度問題由地面控制點的測量誤差決定。地鐵暗挖區間的施工中最為關鍵的一步是要統一地面和地下的坐標、方位角和高程,保證地鐵工程地面和地下兩部分實現良好的銜接和統一。針對此,通常利用豎井、盾構井以及新建好的地鐵車站,將地面上有關坐標、方位、高程等的測量信息傳遞到地下,實現兩者坐標系的統一。由此可見,對于暗挖區間施工而言,測量的精度問題由地面控制點、井上和井下聯系測量點以及區間隧道施工控制點三方面的誤差共同決定。

2 地鐵施工誤差分析

根據地鐵施工測量相關的規范和標準,暗挖區間橫向貫通誤差m=±50mm,高程貫通誤差m=±25mm,按照不等精度分配的原則,分別對井上、井下和聯系三個環節進行誤差分配,對于橫向貫通誤差而言, m井上=±25mm, m井下=±30mm, m聯系=±20mm;對于高程貫通誤差而言, m井上=±16mm, m井下=±16mm, m聯系=±10mm。

2.1 平面橫向貫通誤差及精度分析

在地鐵工程中,縱向貫通誤差與隧道的長度緊密相連,這對于地鐵的質量問題影響不大,橫向貫通誤差是我們需要著重考慮的因素。在進行測量時,鉛垂儀與陀螺儀聯合定向、聯系三角形定向、導線定向是常用的三種方法,而誤差的產生更多的是由于儀器本身、儀器對中或者目標照準等環節。地面和地下控制測量主要采用導線法,進行井上、井下聯系測量時,根據不同的規范要求可以采用不同的方法進行。導線法在三種方法中精度最高,可以優先考慮。在測量角度和距離的數據傳遞過程中,橫向誤差主要由角度誤差產生,對于地下控制測量而言,當導線的長度超過1千米時需要利用陀螺儀重新定位,減小角度誤差,同時為了減小儀器對中和目標照準誤差,利用強制歸心法,實現對測量過程誤差的分配。

2.2 高程貫通誤差及精度分析

高程誤差也同樣來自于地面、井上井下聯系測量、地下測量三個階段,在豎井聯系測量過程中,通常采用的方法是在端頭井的位置安裝鋼尺,然后地上和地下兩臺水準儀同時讀數并進行數據傳遞,對于這個過程,誤差的來源主要是儀器和鋼尺的精度,人的讀數誤差。總結國內外有關高程誤差的行業經驗,一般將其誤差合理分配為:地面控制中心誤差m=±16mm,上下傳遞誤差m=±10mm,地下控制中心誤差m=±16mm。

3 施工測量誤差優化方法

3.1 地面控制測量

地鐵的走向控制是地面控制測量的內容之一,一般在地鐵工程中采用GPS網實現對工程線路走向的監測和控制。在利用空中衛星對地面線路進行定位時,為了保證信號的完整接收,要求在接收點上方高度角10°范圍內不能有遮擋物。針對此,為了提高測量精度,需要將接收的GPS點埋設在高層建筑的屋頂,同時,在此基礎上鋪設地面導線網,方便地鐵車站和豎井的測量工作的進行。

3.2 豎井聯系測量方式分析

導線法、聯系三角形法、鉆孔投點法、垂準儀和陀螺全站儀聯合法是豎井聯系測量中最關鍵的幾種方法。

導線定向是利用導線測量,通過豎井、已建車站等,進行井上和井下的數據傳遞,它的精度可以控制在20mm以內,但由于受到地鐵埋藏深度大(大多在10米以上)、豎井斷面小等現實條件的制約,應用范圍受限。聯系三角形定向是采用在地面和井下構造三角形,利用三角形的幾何關系實現數據傳遞的方法,該方法抗外界干擾能力差,操作復雜且耗時長,因此不長采用,但由于其成本低,對于深度不超過50米的隧道定向而言十分可行。鉆孔投點法是通過地面鉆孔,地下投點,利用垂準儀將數據傳遞到井下,相鄰兩孔之間的距離要控制在150米以上。垂準儀和陀螺全站儀聯合法則是利用垂準儀投點,陀螺全站儀測定陀螺方位角,計算得到地面導線邊的方位角,實現對方位數據的傳遞。該方法測量所需時間短,精度高,操作簡單,但是儀器價格昂貴。

3.3 區間隧道施工控制測量

隧道施工控制測量主要針對暗挖區間而言,包括控制導線和施工導線的測量。在施工初期,挖掘工作進行在150米以內時,通過上述聯系測量傳遞的數據,用施工導線進行接收,根據這些數據把握隧道線路方位,進行到150米左右,進行第二次方位校正,鋪設兩條交叉導線作為控制導線,保證施工線路的方位,減少測量誤差。考慮到隧道環境的不穩定性,控制點因此會受到影響,為了減少這種狀況,每次延伸施工控制導線之前,需要對前三個控制點進行檢測,選擇其中穩定的控制點進行導線測量。

4 施工測量減小誤差的措施

為了保證施工測量的精度,在此提出了以下減小誤差的措施:

(1)導線點、水準點、軸線點要鋪設在外部環境穩定的地點,加強對測量控制點的保護,防止移動和損壞導線點;(2)做好測定儀器的檢定和校正;(3)保護原始測量值和記錄日志,確保數據的完整性,做好現場核對工作;(4)測量過程中要消除外界的干擾因素,遇到受環境的影響較大時需重新測量。

5 結語

測量工作是地鐵工程各項工作開展的基礎,測量數據的好壞直接影響到地鐵建設的質量問題,平面坐標和高程數據作為其中最關鍵的兩項內容,它的重要性尤為突出。施工測量是貫穿于整個地鐵工程建設的關鍵性項目,需要測量技術員根據現場實際情況謹慎選擇測量方案,嚴格把控井上、井下以及上下數據傳遞這三個環節的測量精度,進行科學合理的作業。

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武艷軍(1984—),男,河南省輝縣人,碩士,助工,研究方向:主要從事地鐵測量及變形監測工作。