地鐵控制測量檢測技術方法探討

段淑清

摘要：地鐵具有諸如節能環保、快速準時等優點，是解決大中型城市交通擁堵問題的最佳途徑，地鐵網絡的完善與否，能夠直接反映出一座城市的經濟實力和現代化水平。建設地鐵工程時，各段之間的銜接工作十分重要，必須做到準確無誤，因此，施工單位應當提升和優化地鐵控制測量檢測技術，保障施工精度。

Abstract： The subway has advantages such as energy saving， environmental protection， and fast punctuality. It is the best way to solve the problem of traffic congestion in large and medium-sized cities. Whether the subway network is perfect or not can directly reflect the economic strength and modernization level of a city. When constructing a subway project， the connection between the various sections is very important and must be accurate. Therefore， the construction unit should improve and optimize the subway control measurement and detection technology to ensure the construction accuracy.

關鍵詞：地鐵控制;測量檢測;技術方法

Key words： subway control;measurement and detection;technical methods

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0156-03

0? 引言

隨著我國經濟水平的提升，私家車數量逐漸增多，城市地面交通開始頻繁發生擁堵，地鐵的建設能夠緩解地面交通的壓力，促進城市軌道交通線路的發展。其在地下貫穿城市，向每一個方向和角落延伸、輻射，速度較快、不會出現堵車等問題，能夠大大縮短居民的出行時間，為其提供諸多便利，因此，修建地鐵已經成為我國許多大中城市的必然選擇。地鐵工程中，想要順利完成貫通、保障工程質量，就必須注重地鐵控制測量檢測技術的使用，提高測量精度。

1? 地鐵控制的重要性

地鐵屬于軌道交通的一種，分為地上線路和地下線路，前者一般位于市中心，后者則在中心城區外，二者共同構成全封閉線路，保證地鐵路權的專有性和無平交，從而確保地鐵運行的速度，節省居民的出行時間，緩解地面交通的壓力。絕大多數地鐵都被用于運載乘客，在不少城市中，地鐵已經成為最主要的乘客運輸交通工具，國外莫斯科的市客運總量有半數左右為地鐵承擔，而在我國，諸如北京、上海、廣州等城市的地鐵也發揮著無與倫比的重要作用。除此之外，地鐵還可用于貨運，但在我國使用并不普遍;最后，地下線路能夠避免地上的風雨侵蝕、高溫和嚴寒的影響，起到保護列車及相關設備的作用，節省維護運營地鐵所需的成本。地鐵所在的城市，一般都是地面建筑物密集程度高、車流量大、地下管網較為龐大和復雜，在這樣的環境中建設地鐵工程，需要消耗大量資金，并且對技術、施工工藝的要求也很高，一條地鐵線路的建設通常需要花費4-5年的時間，為了提高施工效率，一般會將不同標段分別派送給不同的承包商，保證能夠同時開工，但具體的開工時間、所選擇的施工工藝、地鐵的細節結構等都不盡相同，在對工程進行控制管理時，除了需要對承包商高標準嚴要求、確保他們的測量隊能夠按照施工的司機要求獲取相關數據、提高精度、減小誤差，還要重點考慮不同路段之間的銜接問題，因此，地鐵控制測量檢測技術方法的重要性不容忽視。

2? 地鐵測量檢測工作的主要內容與相關標準

2.1 檢測工作的主要內容

不同城市的自然環境和氣候條件、地質情況等都會存在差異，因此在進行檢測工作時也有著一定的差別，采用不同施工工藝也會影響檢測工作的項目，但在整體上，地鐵的檢測主要包括：

2.1.1 地面首級控制測量與加密施工控制測量檢測

其中首級控制測量乃是根據工程的測量要求，并結合被測區域等的自然條件、氣候特征、地理環境等因素，綜合考慮地上建筑和交通網絡，得出最優的布網方案，為后續施工提供指導和依據。

2.1.2 延伸檢測

結合上述測量結果向地下延伸，跟蹤到合適深度，對地下部分的精密導線、管道網絡等進行檢測，在規劃建設方案時盡量避開地下管網的密集之處，從而減少地鐵建設施工過程對周圍居民生活的影響，并合理節省建設資金。

2.1.3 貫通測量檢測

貫通測量檢測也就是坑道施工過程中以及貫通后進行的測量檢測，獲取較為準確的貫通誤差值，判斷其是否在可接受范圍內，并據此調整后續施工中線，獲得一條最為合理的隧道中線，根據中線位置來開展實施諸如擴大斷面、襯砌和鐵軌鋪設等工作，保障地鐵施工的質量。

2.1.4 中線調整測量檢測、鋪軌控制基標檢測

在完成中線檢測之后，應當立刻實施中線調整測量，這是由于施工單位在實際工作過程中，所給出的中線放樣可能會存在一定程度的偏差，導致放樣中線點不一定和設計位置完全重合，因此需要進行中線調整檢測測量，根據中線檢測所得出的結果，對中線點位進行調整，使之符合設計位置要求，并將中線點夾角、邊長等參數控制在設計允許的誤差范圍內，從而為鋪軌控制基標檢測奠定良好的基礎。而鋪軌控制基標檢測則是為了控制基標而進行的測設工作，是利用調整到合適位置之后的中線控制點、以此為依據測設控制基標，分為初測、串線測量和調線測量三部分。初步測設指的是根據鋪軌基標的相應位置坐標，使用全站儀坐標放樣法測設到地面，并對其進行初步的固定，避免位置移動。串線測量是將控制基標埋設在恰當的位置后，對測設單位控制基標進行的測量，其主要工作是對控制基標之間的角度、邊長、高差等參數進行測量，判斷其是否滿足施工規范要求，并在出現較大偏差、幾何關系不符合設計要求時進行調線測量。調線測量之前，首先需要根據串線測量的結果來判定實際控制基標的夾角、邊長等參數與理想值的差異，并根據角度的差值來計算改正值，也就是控制基標在垂直于線路方向上的橫向偏移量，并對該數據偏差較大、不符合施工要求的進行調整，也就是歸化改正。規劃改正時需要考慮到相鄰基標改正值之間的相互作用，盡量選用最簡便的方案，將改正點的數量控制到最低。

2.1.5 凈空斷面和結構橫斷面測量檢測

地鐵的凈空是指地鐵隧道內輪廓線包圍的空間，包含了諸如通風等功能、地鐵隧道建筑界限等所需要的斷面積，凈空斷面包含通風、照明、監控等工作的相關設備，例如照明燈具、通風機和相應的管道，還有地鐵運行所需的管理設備，以及為地鐵行進供電的電纜溝、橋架，避免發生安全事故的設備等，還有施工方案的富余量和允許誤差。因此在設計凈空斷面的形狀、各個位置具體參數時，需要根據施工要求和已有隧道進行設計，優化方案，得到最經濟的建設規劃，這就需要有凈空斷面測量檢測和結構橫斷面測量檢測所獲得的數據進行支撐。

2.1.6 設備安裝與施工測量檢測

在建設地鐵隧道時，需要安裝諸如供電設備、安全設備、通風照明設備等，要保證各個部分之間能夠進行有機結合，成為一個整體，對精度要求很高，并且不同設備的安裝方法和精度要求存在差異，這種差異會貫穿始終，在工程建設的整個過程中都必須充分考慮。此外，施工工藝的選擇和相關參數的確定，也需要根據控制、放樣等工作的測量結果來進行選擇，需要通過詳盡的測量，按照設計施工圖紙將所需的設備和建筑位置、形狀、大小、高程等參數在隧道中做好標注，為后續施工提供指導，方便施工人員根據標定的點線完成工作。

2.1.7 竣工測量檢測

在地鐵工程竣工驗收時，為了確保工程各個細節滿足施工要求，應當對各部分建筑和構筑物以及管網等的平面位置、高程、夾角等相關參數進行測量，據此繪制竣工總平面圖，反映竣工時地鐵隧道的地形現狀、地上與地下各部分建筑和各種管線的關系等，它是對施工實際情況的全面細致反映，是工程驗收的重要依據和標準，同樣也是在日后進行工程改建、擴建、設備檢查、維護修理的重要依據，是必須進行保存的資料。竣工測量檢測主要包括：控制網檢測與控制點恢復測量、軌道竣工測量、線路建筑結構竣工測量、線路設備竣工測量和地下管線竣工測量。竣工測量成果精度及資料必須符合國家城市軌道交通工程竣工測量與驗收的要求。

2.1.8 控制點成果管理

測量控制點成果乃是地鐵工程中的一項重要資料，應對其進行較為完善的管理和記錄，便于后續工程改建工作和地鐵運行、保養和維護工作的進行。

2.1.9 全線統一測量標準的制定

地鐵工程一般會分段指派給不同的承包商，他們所采用的測量檢測技術方法可能存在一定差異，給出的結果表現形式、圖紙類型和數據圖表等都不盡相同，在對整個工程進行匯總時，這些形態各異的資料會為全局統籌工作帶來不便，增加工作量，因此應當針對地鐵全線路制訂統一的測量標準，這也有助于提高測量精度。

2.2 相關標準

地鐵控制測量的最終要求是保證所有貫通面上，貫通誤差必須滿足：橫向 100mm、縱向 L/5000（L 為開挖洞口之間的距離）、豎向 50mm，總貫通中誤差的允許值取極限誤差的一半，保證隧道襯砌和地鐵車站當中的相關建筑物不會入侵周圍的建筑限界，完全處于施工方案中所劃定的范圍，并且其附屬的設備、管線和其它構建也不會入侵限界，測量結果必須符合國家相關規定、并滿足設計方案和業主的要求，所有數據必須有準確來源和依據，不能憑空捏造，不能出現較大誤差。

3? 地鐵控制測量檢測技術方法

3.1 精密水準測量技術

對于地鐵工程建設當中的大部分高程測量，例如地面水準網、地下控制高程、貫通測量等，都可采用精密水準測量技術，在我國，精密水準測量分為一、二等水準測量，其中地面水準網中有部分需要根據一等水準測量要求來檢測，其它測量工作都可以執行二等水準測量。在使用該方法進行測量時，需要按照一定的步驟和相關規定來進行：①在測量前半小時左右時間，需要將測量所用儀器放置在露天位置的陰影處，使其溫度與外界溫度保持一致，在地面進行觀測時，要使用遮陽傘避免陽光干擾，遷移設備時應當覆蓋白色的儀器罩;②測量儀器與前后視水準標尺的距離要保持一致，兩者之間差值保持在限定值以內，執行二等水準測量相關規定時，要保證一測站前后視距差控制在1m以內，積累差小于3m，從而減弱乃至消除各種誤差對于最終測量結果的影響，保證測量工作的精度，有效防范i角誤差、地球曲率和垂直折光等的影響;③應當根據不同的儀器調整測量方法，例如氣泡式水準儀，應在開始觀測之前判定傾斜螺旋的置平零點并進行記錄，當外界氣溫發生變化時，要對置平零點的位置進行合理調整，減小誤差，而自動安平水準儀的圓水準器，則需要保證其在測量工作進行時都能夠處于水平，不存在傾斜;④在不改變測站的情況下，調焦只能進行一次，轉動儀器上的螺旋時，要保證最后的操作為旋進，避免隙動差影響觀測結果的準確性;⑤在相鄰的兩個測站進行協同測量時，需要按照先奇數后偶數測站的順序完成測量，在相鄰測站交替進行測量，往測時，奇數測站使用“后前前后”順序，偶數測站則使用“前后后前”順序，返測反之，采用合理的觀測方法，也能夠減小乃至避免誤差的產生，避免儀器垂直位移和i角變化等因素對于測量結果的影響，提高結果精度;⑥對所有路段都應當分別進行往測和返測，消除某些誤差的影響，同一個測段的往返測應當分別在一天的不同時段或者不同外界環境因素下進行，例如將其安排在早晚、上下午等;⑦在進行水準測量的工作間隙，不能隨意放置測量儀器，而是應當在固定水準點中止測量，或者選取兩個穩定、可靠、方便放置水準標尺的固定點來作為間歇點，作出較為明顯的標記;重新開工時，應當檢測兩間歇點高差，其在允許范圍內時才可從間歇點繼續工作，在二等水準測量中，該高差應控制在1mm之內。若無法尋找兩個間歇點，選擇采用單一固定點作為間歇點，則應當在繼續觀測前確定該固定點不存在位移，才可繼續由間歇點開始測量。

3.2 GPS-PPK技術

在完成地面首級控制網檢測時，一般使用GPS技術，如今廣大技術人員在原有基礎上對技術進行了改良與優化，因此新興的PPK技術更適用于地鐵工程中的檢測工作。歷經數十年發展后，起源于上世紀的GPS技術已經廣為人知，在定位、導航與測繪領域得到了普及，它是一種全球范圍的定位技術，能夠以發射到太空中的衛星為基礎，利用無線電傳遞信息，從而實現高精度無線全球定位，由于其使用便捷、操作難度低，在最近幾年，也被逐漸應用到建筑領域。PPK技術則是對GPS技術的改良與優化，是利用載波相位完成事后差分的GPS技術，即動態后處理技術，是過去幾年里剛剛興起的測繪技術，一般作為RTK的補充。RTK技術是載波相位差分技，是在GPS基礎上的革新和重大突破，是一種實時處理兩個測量站之間的載波相位觀測量的差分方法，其測量基站采用GPS技術獲取載波相位的相關數據，并發送到用戶端，接收端對這些數據進行分析計算，獲得待測位置坐標。該技術能夠實時獲得待測點精確位置，能將誤差控制在幾厘米，改變了過去多種測量方法需要經過事后分析才能獲得高精度坐標數據的弊病，但RTK技術本身也存在局限性，即能夠適應的作業距離很短。當超出信號覆蓋，或者在信號較差、基站較少的城郊區域工作時，它不能接收到差分信號，因此無法完成測量工作。它依靠的是差分傳輸的信號傳輸技術，是利用數據鏈來完成數據交換，受到環境因素影響較大，而PPK技術則是為了彌補這一缺憾，而開發的新技術，它不需要用數據通訊，因此作業半徑很大，高達三百公里，足以覆蓋大部分城市的整個范圍，在地鐵測量檢測工作中具有很大的發揮空間在RTK技術不能使用的區域或者超出其限度的測量中，PPK技術也可以順利獲取數據。它的測量系統也是由基準站和流動站構成，但它是事后處理，無需用戶端裝備數據通信鏈，也不用擔心流動站無法接受通訊信號，觀測的難度較低、精度高，十分方便，在城市地鐵工程中使用時，幾乎不受限制。

其作用機理為：首先根據GPS定位原理獲取坐標和載波相位，在GPS技術當中，理想情況下通過三顆衛星對同一用戶端的距離數據反饋就能夠根據相關公式確定用戶端位置坐標信息，在實際使用過程中，為減小誤差、避免偶然因素對結果精度的影響，一般會選擇參考第四顆衛星的數據，獲得精準坐標位置和載波相位，然后利用載波相位進行測量。眾所周知，衛星和地面通過電磁波來完成信息傳輸和數據交換，其使用的電磁波頻率和周期、波形都是固定的，在一個特定時刻，波在循環中所處位置被稱為其相位，根據該時刻衛星上的載波相位和到達接收機時的相位、以及電磁波波長，可得出衛星與接收機的距離，再通過公式計算，能夠得出載波相位測量的線性方程，據此可根據GPS技術傳回的數據得到相關位置信息。

3.3 精密導線測量技術

對于精密導線網和各種導線點成果、施工控制網等進行測量時，可應用精密導線測量技術，地鐵地面控制測量中的導線測量按照《城市軌道交通測量規范》中對精密導線測量的要求進行，精密導線測量是在城市軌道交通的布設施工中常用的測量技術，尤其是在地鐵工程中，在完成首級平面控制的GPS網之后，建立的精密導線能夠為后續地鐵施工控制測量提供精確的依據，對于保證各個部分的位置，確保實際施工結果與設計圖能夠保持一致，具有重要意義。在開展精密導線測量時，首先要依據GPS-PPK技術來確定和獲知地面上每個點的經緯度坐標數據，方便在實際坐標軸中準確取點，并獲取周邊地質地貌信息，判斷地面情況，之后采用先進的測量設備來完成導線網的測量，最終繪制出復合導線網、多邊形閉合導線網和節點網，指導地鐵線路的分析與布置工作，并在多種方案當中擇優選擇，得到最優路徑規劃。此外，它還能夠為新舊線路的交叉結合處理工作提供依據，在新建地鐵時，必然要考慮原有的線路，選擇合適點與之連接，并構建換乘車站，方便居民出行，可根據精密導線測量技術的結果選擇合適交叉點，保證其周邊位置平坦、沒有太多障礙物干擾，并且能夠順利進行各項施工，容納大型機械設備，若是在新的地鐵西安路附近存在可以利用的舊線路，也可加以利用，從而避免資源浪費，減少地鐵工程造價，貫徹落實我國的可持續發展觀念。

4 結束語

在我國城鎮化進程推進的過程中，地鐵線路的建設是重點項目，而地鐵控制測量檢測成果的精度，對于地鐵工程的最終質量起到了決定性作用，將會直接影響實際工程結果是否符合設計規劃、誤差是否在可允許范圍內、整條線路是否能夠準確貫通等，先進的測量技術能夠帶來高精度的結果，為地鐵線路的建設提供有力依據，從根本上保障其質量，并合理減少建設成本，推動我國城市軌道交通的發展。

參考文獻：

[1]方門福.地鐵控制測量檢測技術方法探討[J].城市勘測，2014（04）：123-126.

[2]張慧慧.地鐵盾構隧道施工控制測量的集中管理模式探討[J].甘肅科技縱橫，2014，43（02）：63-65.

[3]聶愛梅.地鐵控制測量檢測主要技術方法[J].工程與建設，2008（01）：45-47.