地鐵施工測量安全的影響因素及技術應用研究

卞 成

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司， 北京 100040）

0 引言

近些年,由于我國市場經濟的快速發展和城市化建設進程的加快,人們生活的水平在逐年的提高和完善,運輸方式在變化,我們出行的交通問題越來越嚴重。為了有效應對與解決突出的問題和城市交通擁擠的狀況,滿足現代人們逐漸增長的交通出行的需要,城市的地鐵基礎工程的建設得到了蓬勃發展。城市地鐵的施工設計和測量的工作一直是城市地鐵基礎工程建設的重要環節，測量技術的應用研究是地鐵工程施工與運行安全的重要保證。

1 地鐵施工測量安全的現狀

隨著當前我國的城市一體化和地鐵隧道貫通建設的現代化的迅猛發展,地鐵施工隧道貫通測量安全的問題也越來越多地受到了關注,地鐵施工隧道的貫通施工聯系測量隧道技術的誤差累計研究主要內容就是對某一隧道貫通測量技術環節的誤差進行研討,地鐵貫通施工隧道聯系貫通測量隧道技術采用單支導線激光投點儀,地下隧道導線測量采用雙支陀螺儀導線,相比于陀螺儀邊方位,導線邊方位的誤差缺乏深度分析和對導線橫向方位角誤差的研究。我國地鐵隧道施工連接測量隧道貫通測量技術研究,數據的邊方位和誤差累計源自于傳統的地面隧道交通控制系統測量、豎井隧道施工聯系貫通測量和地下導線測量的數據誤差累計,同時，在這些測量方面我們需要更多地考慮數據誤差，但是在地鐵施工的隧道貫入測量中，很少結合這些測量環節的數據誤差進行深入的分析和討論。

地鐵施工中測量的安全性主要取決于地鐵施工中的滲透測量技術和測量管理水平。地鐵施工貫入測量技術是指利用地面控制測量、豎井連接測量和隧道分段施工來控制測量方向的測量技術。測量方案的規范和測量結果的準確是其重要依據。從地鐵測量管理模式來看，為了提高地鐵施工測量的安全效果,會對現場工程進行多次復測，例如地鐵施工要求項目部測量隊和第三方監測人員對地面控制測量、豎井聯系測量和井下導線都需要進行復測,結果反復確認查驗才能使用 ，這一過程復雜耗時，需投入大批的資金和人力，同時鑒于施工進度問題容易出現遺漏,對地鐵施工的安全性造成威脅。

2 地鐵施工測量安全的影響因素

我國城市地鐵隧道的建設主要包括城市地鐵站和地鐵線路建設段的隧道建設兩部分。我國城市車站和地鐵的施工安全包括基本意義的兩個主要方面。一方面，根據隧道施工設計的要求，是否可以在指定的隧道施工地點成功穿入城市地鐵站和隧道工程；一方面，由于在隧道施工過程中進行地下開挖，可能會擾亂巖土的變形，引起巖土的變形，但也可能影響地鐵和地下的主體結構。隧道施工以及建筑物周圍的地面，重要的管道，地面道路和其他巖土體會引起垂直或水平方向的移動和沉降，從而影響隧道施工周圍環境的安全。

地鐵隧道施工貫通控制測量安全的控制技術主要是指地鐵隧道的安全貫通控制測量的技術,安全的貫通控制技術保證了地鐵工程中隧道施工控制測量的安全。通過地面控制測量、豎井聯系測量和區間地鐵隧道的施工這三個控制點的測量直接影響隧道施工測量的精度和誤差,它限制了地鐵隧道安全穿透的測量精度，這是影響地鐵隧道建設的三個主要因素。

地面施工控制點的測量工作主要是運用于隧道和城市地鐵工程的車站和明挖區間的隧道施工,通過對地面的控制點可以實現對地鐵車站內每個隧道施工關鍵點的監測和放樣,同時把控制了區間隧道控制中線的放置,測量的方位角和精確度誤差問題由暗挖區間地面施工控制點的測量誤差共同決定。地鐵工程暗挖區間的測量在施工中最重要的一項工作就是要通過統一確定地面和地下的暗挖高程坐標、方位角和暗挖高程,確保整個地鐵施工暗挖區間地面和地下兩部分之間實現標準的測量信息鏈接和管理信息統一。針對此,通?？梢岳冒低谪Q井、盾構井以及目前新建好的隧道和地鐵車站,將與地面上暗挖區間有關的坐標、方位、高程的方位角和測量管理信息統一傳遞到施工區地下,實現兩者暗挖高程坐標系的管理信息統一[1]。

由此得知,對地鐵工程暗挖區間的施工來說,測量的方位角和精度誤差問題由暗挖區間地面施工控制點、井上和井下互相聯系的測量點以及暗挖區間隧道和井下施工控制點三方面的測量誤差共同監測和決定。不管到底是上述哪一方面的問題,都直接對整個地鐵暗挖工程的測量和管理效果產生重要的影響,甚至會直接讓整個暗挖區間施工的測量過程失去了控制。因此，對地鐵項目在工程施工設計和測量工作中可能存在的一些問題如何進行有效控制,同時也是對于地鐵建設工程項目的全過程施工質量進行有效控制和管理的重要一環[2]。

3 地鐵施工測量技術的應用研究

3.1 地鐵施工地面控制測量技術的應用

地鐵線路施工時,應根據城市軌道交通的線路與實際工程設計的要求和現場的情況合理確定城市軌道平面導線控制網的大小、形狀和點位分布,可以直接依據城市軌道交通的實際規劃線路設置隧道全面網,同時也可以根據城市軌道交通的實際線路形狀設置單獨的導線控制網。當前,城市隧道和地鐵線路施工的隧道地面導線控制基本采用了GPS衛星定位控制網技術, 地鐵工程隧道施工前為進行地面導線控制網的測量所需要布設的控制網通?？梢员环Q作三網,包括精密導線GPS網、精密導線水準點網、精密導線水準網。

在修建地鐵隧道之前，要建立三網，并建立測量和維護地鐵隧道三網的建設基準。接著在地鐵的建設過程中，隧道的建設將對其周圍環境產生影響，這就有破壞三網布設的精密導線GPS點、導線點和精密水準控制點的可能性。為了有效地保證其精確性，有必要對三網的基期數據資料展開定期以及全面的保護以及重新測驗。將測驗結果與網絡平臺建立結果展開比較。假如數據資料的變化能迎合地鐵隧道建設的要求，則可以連續使用；假使三網合理布局的基準控制點原始數據的變化大大小于了地鐵隧道建設的要求，亦三網絡平臺應該及時采用其余保護及觀測保護措施[3]。

3.2 地鐵施工豎井聯系測量技術的應用

豎井鋼絲聯系測量將地面的坐標系通過鋼絲傳遞到地下，,讓地上及地下通過鋼絲傳遞具有相同的坐標子系統。在軌道交通車站興建的過程中,當車站預留盾構口施工時,應將地面的坐標方位角傳送到車站的盾構始發井下，再把中心線數據資料輸入盾構系統,以便于指導始發井盾構施工。另一方面傳送到井下的方位角及輸入的中線資料來指導始發井盾構隧道施工的一個重要起算數據資料傳遞成果的真實性、準確度的高低直接關系到始發井隧道的施工頂進速度以及方向,關系著隧道施工的安全[4]。

豎井鋼絲聯系測量是在聯接地上與地下的前提條件下,以地面導線附合在近井點的坐標方為主要測量依據,井下近井控制點以地面導線附和在近井點運用合理的測量方法將豎井地面點的坐標方位傳送到地下去。井上近井點的坐標方位角的偏差將致使地下近井導線各邊的坐標方位角偏差不會偏向同一個誤差值,由此直接引起地下近井導線各個點的坐標點位偏差將隨地下近井導線的延長而是逐步增加[5]。所以,怎么樣控制或是有效地減輕此坐標點位偏差的發生以及傳播,直接的影響關系到了施工豎井緊密聯系測量的安全。

3.3 地鐵施工區間隧道施工控制測量技術的應用

在我國地鐵盾構隧道建設的挖掘過程中,當明挖車站預留口作為盾構始發井完工后,需將車站地面的坐標方位與高程通過傳遞到車站地下,為盾構隧道施工的掘進方向提供了依據。因此地鐵建設工程挖掘豎井之下的平面與高程的始發井數據要與盾構施工最初的始發井數據不能同時出現較大的偏差,此方面始發井數據的準確性是否完全達到了標準、結果的精確程度等等都會對盾構隧道的挖掘進行方向產生較大的影響,與地鐵建設工程的質量和安全性之間存在重大的關聯,也與地鐵建設工程的實際施工進度及質量存在重要的聯系。

由于井下隧道前提的特殊限制,隧道內的導線始終只能在隧道內布設一條成支導線或是雙導線,隧道內地面的角度測量誤差、聯系測量控制誤差、井下跟蹤導線延伸的測量誤差均將始終積聚在整個隧道內井下導線的最弱邊上,而地下導線的最弱邊應是指向盾構導線控制系統的一個起始方位,所以井下方位角的測量準確度直接地關系著地鐵盾構的精確性以及貫通安全,也是現今軌道交通工程盾構測量安全技術手段管理工作的重要技術手段核心內容以及難點所在[5]。

3.4 測量機器人技術的應用

測量的機器人,一種智能型的電子地鐵安全站儀,能夠有效的代替了機器人進行對地鐵測量和施工路線圖測量的工作,它可以自動進行搜索、跟蹤和自動識別,還甚至可以對所需要服務目標的影像進行準確的照射,以快速的取得所需要的角度、距離、三維坐標和地平線影像等的信息和材料,通過把地鐵進行測量和繪制的機器人在地鐵的工程中廣泛進行了使用,有效的提升了地鐵工程測量的準確性和工作效率，測量數據進行了有機融合[6]。通過測量的機器人在對地鐵的施工過程中的廣泛運用,可以有效的提高了測量過程中數據采集和處理的效率和能力,確保了測量過程中數據的完整和準確性,提升了地鐵的施工測量和放樣的數據處理效率和測量精準度,降低了數據誤差。

4 結論

地鐵軌道工程的測量技術工作管理是一種貫穿于整個城市交通工程始終,系統復雜的測量工作流程及其性質并對于工程質量安全提供了強有力的技術保障。本文主要通過對當前地鐵施工中測量安全的技術發展現狀和其影響這些因素的調查與分析,根據當前地鐵工程測量技術施工的實際特點,對于地鐵軌道工程測量管理技術的有效應用與發展進行簡要的技術研究與理論探索。隨著我國城市化的進程和地鐵工程科研現代化水平的進一步提升,需要在充分保證地鐵工程質量的基本情況下,改進對地鐵工程測量技術的管理和服務工作,加強對于地鐵工程測量管理技術的有效應用研究工作,積極推廣應用地鐵工程測量新設備與技術,保證了測量各個環節的技術質量與安全水平,確保測量工程的順利開展并最終取得良好的社會綜合經濟效益,為推動我國城市交通安全有序的持續健康發展奠定良好的理論基礎。