地鐵工程測量技術及應用探討

孫寶艮

摘 要：測量技術是保證工程建設質量的關鍵，施工單位要熟練掌握施工技術要點，加強測量誤差值的管控。地鐵工程施工環境多樣，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及應用進行了分析，以期為地鐵工程測量作業提供參考意見。

關鍵詞：地鐵工程；測量技術；應用探討

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

0 引言

工程測量環節作為基礎施工環節之一，是地鐵工程設計、施工的關鍵工序。地鐵工程的建設大多選擇在人群密集、建筑物稠密的區域，沿線會經過不同的區域，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應用的復雜度和難度。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，為后續地鐵施工活動提供參考和指導，保證施工的精準度。

1 地鐵工程測量技術應用原則

地鐵測量工作的成果會影響地鐵施工結構的空間位置規劃，在工程建設中屬于關鍵部分，是工程建設人員所重點關注的內容。常規測量技術要求測量人員利用儀器前往施工現場進行數據收集，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，也容易出現測量誤差。

地鐵工程測量技術應遵循科學性和自動化原則，在遵循相關作業規范的基礎上進行多次復測，盡可能減小測量誤差。

具體測量技術應用應當遵循如下原則：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，為放樣活動的開展提供基礎保障，避免影響測量數據的獲取。②先整體后局部原則。測量技術應用時要先對地鐵工程整體施工區域實施測量，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進行管理。這是因為地鐵工程測量數據以及范圍較大，無法一次完成，如果只測量一次會影響測量數據準確度。測量人員需要按照從高到低的順序進行逐級測量控制。④遵循全線測量系統一致性原則。地鐵線路測量技術要選擇一致的測量系統，如果在某段線路進行測量時使用了不同的系統，容易引起測量誤差，加大測量作業管控難度。⑤遵循測量復核原則。對接線、換乘站測量進行復核檢查，分析測量過程中存在的數據差異，盡可能縮小誤差。

2 地鐵工程測量技術及應用

2.1 地面控制網測量

2.1.1 地面平面控制網復測

地面平面控制網測量工作通常在盾構施工作業前進行，分為兩級進行布設，以確保地下施工擁有更加準確的平面基準。

2.1.1.1 首級GPS控制網

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

2.1.1.2 精密導線控制網

根據地鐵工程的地形走向選擇的位置，布設精密導線點，可以將城市已經擁有的埋設永久標志作為點位。車站區域導線點要求其位置在施工區域內，具備穩定性和可靠性，并且和附近GPS點保持通視。在測量作業中，如果點位只包括兩個方向，應當選擇左右角觀測。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。在精密導線兩側GPS點上進行觀測時，應當做到聯測兩個高級方向，如果在測量作業時只能對其中一個方向實施觀測要增加測繪次數。精密導線測量平均邊長的導線總長度分別為350 m、3～5 km，測距相對中誤差為1/60 000。

2.1.2 高程控制網復測

高程控制網測量主要對地面點高程進行測定，根據地鐵工程線路進行點位布設，每個地鐵車站附近需要有2個或者以上水準點。在進行每一區域測量時，應當在上午實施往測，下午實施返測。精密水準測量視距要在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。測量作業中每千米高差種數的偶然和全中誤差分別為2 mm、4 mm，對已知點進行聯測時要做到往返分別測量1次。

2.2 聯系測量

聯系測量是指將地面坐標系統檢測傳遞到地下空間，確保井上以及井下的坐標系統處于統一狀態，以為盾構施工活動的開展提供精準的數據指導，保證盾構掘進施工質量。聯系測量通常是在完成始發井施工后開展，在通過復測后對測量結果進行審核。

2.2.1 聯系三角形定向測量

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的質量，將鋼絲放入到廢機油內進行穩定處理。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，可以明確鋼絲坐標和方位角數值。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，因此鋼絲坐標數據、方位角與地面上相同。經過計算可以明確地下導線起算點的具體坐標以及方位角，搭建地上及地下之間的導線聯系。

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，以形成兩個聯系三角形，方便對測量數據進行校對和核驗。如果在測量作業時，發現施工區域面積有限，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中。但注意該種方式應當應用在環境安靜的區域，原因在于陀螺儀精密度較高，在實際應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致方向中誤差，保障地下導線的精準度。在該種測量技術應用時，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線起算方位角，因此該測量技術的實質是針對無定向導線進行測量。

在地下隧道測量活動中，可以采取聯測技術。對布設地下導線和豎井鋼絲實施聯測，能夠在地面坐標系中所標出的坐標點位、方位信息傳給地下，通過計算便可獲得地下測量數據。在施工布設時，可以選擇在車站地板預埋導線組成無定向導線。其不會給施工活動造成過多干擾，但是導線邊長較多，只能在車站主體結構竣工后才可對其進行邊長拉大。如果不在車站內部設置導線點，可以選擇在洞內管片之上設置地下起算邊，顯著提升了無定向導線精度水平，通過在中間設置插點能夠對兩根鋼絲進行觀察。對地下導線實施測量時，通過自由設置測站的方式即可進行測量，無需對中具體點位，完成整平作業即可[2]。

2.2.3 高程聯系測量

在對近井水準點進行測量時，高程線路需要附合于和地面上與之相鄰近的精密水準點上方，并在豎井內懸掛鋼尺，以此來完成高程傳遞。于地上、地下分別設置一臺水準儀，在高程傳遞的過程中讀取數據，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調整，要求地上以及地下水準點高度差異控制在3 mm以內，同時要求與鋼尺上懸掛和其質量相同的重錘。

2.3 盾構測量

2.3.1 始發前準備工作

在進行基座放樣和反力架放樣前，要針對洞門鋼環進行復測，分別于鋼環上中下3個區域設定6個測量作業點位，對鋼環中心坐標以及設計坐標實施對比分析，得出在橫向中存在的鋼環偏差數值。

使用水準儀對鋼環底部以及頂部高程數據進行測量，與設計高程進行對比，確定鋼環空間實際位置。獲取鋼環實際偏移位置數據，根據施工設計中的中心線便可完成盾構始發基座中心線放樣。

反力架在地鐵工程建設中發揮著后背墻的功能，同時也兼具導向作用，要求其端面以及始發基座軸線保持垂直關系。在計算反力架里程數據時，要先得出隧道兩端井接頭長度數據，分析負環管片數量，最后得出反力架里程計算結果。在輸入管片左邊數據后，對平面以及高程線性進行檢查，要求其保持為連續狀態，并開啟盾構測量系統對數據進行調試。將測站點坐標數據輸入到系統中，對與后視控制點距離以及盾構姿態實施測量，將自動和人工兩種方式下的測量數據實施對比，在確認無誤后進行盾構機試掘進作業。

2.3.2 盾構掘進過程測量

2.3.2.1 地下平面測量

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

地下導線應當選擇4～6邊的標準設置雙閉合導線環，以有效提升測量精度，方便檢查和核對。在測量控制點位設置過程中，應當選擇隧道管片頂部以及側邊位置進行布設，避免點位受到施工活動以及其他車輛的干擾。為確保地下導線點的精度水平，應當控制支導線點數量，延長兩個導線點之間的間距，最好是布設近乎直線的導線。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觀測。為了避免儀器出現偏心誤差問題，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

地下施工環境相對較為狹小，會受到運輸車輛的影響，為此洞內在布設水準點時應當每間隔200 m設置一個，可以根據實際情況適當增加曲線段數量。在盾構開挖到1/3隧道、2/3隧道以及貫通前50～100 m進行復測，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當以施工導線為基礎，完成隧道中線放樣，明確中線標高。用激光斷面儀對其內凈空數據進行測量，和設計斷面數據實施對比分析，利用計算機軟件可以精準計算地鐵施工后管片具體形狀。在管片里程測量過程中，盾構隧道井接頭長度通常在40～80 cm，根據反力架里程的計算方式進行計算，以確保始發洞口井接頭長度的準確度。

在進行施工設計時，隧道管片排版存在理想化的問題，在實際掘進作業中盾構姿態進行不斷地調整，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計里程數據。為確保盾構在進洞時井接頭長度適宜，每150環對管片里程進行復測，根據測量所得的里程數據對盾構姿態實施調整。

2.4 測量機器人

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

測量機器人的出現有效提升了測量作業質量和效率，減少了人力成本投入。測量機器人也能夠完成施工監測活動，在地鐵工程建設中設置多臺測量機器人便能夠完成自動監測任務。為確保測量機器人所獲取數據的一致性和可靠性，需要先完成基準網聯測，即把兩側基準點以及工作基點進行聯系。由于測量機器人的自動監測功能，難以使用以往的人工導線測量技術實施基準網聯測，需要以公共點連接的自由設站法連續傳遞附合到基準點完成測量要求，針對相鄰測站觀測公共點將兩端基準點、連接點、測站點連接在一起，形成測量控制網。

測量機器人利用自動化系統能夠隨時進行平差解算，從而獲得更為準確的三維坐標信息，之后可通過所獲取的坐標數據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網聯測作業，保證平差的統一性，強化整體坐標系控制效果，在提升監測結果準確度的同時對地鐵隧道進行完全監控，進一步提升測量作業質量，優化測量作業流程。

3 結束語

工程測量在地鐵施工建設中貫穿全程，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，以此來保證施工活動的有序開展，提升地鐵工程施工質量。在施工時需要明確不同環節的具體測量要求，合理規劃測量誤差范圍，細化測量技術應用要點，落實相關作業規范要求，從而提升地鐵工程測量技術應用的專業化和規范化水平。要重視對測量技術、測量儀器以及數據分析系統進行創新處理，選擇更為先進的手段實施測量作業，提升測量效率，保障測量成果的精準度，形成自動化測量作業模式。

參考文獻

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

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

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