地铁工程施工测量及误差探讨

陈恺明

摘要：地铁测量是地铁建设工程的一个重要组成部分，全国20多个城市酝酿的地铁建设会在不久的将来成为现实，作为地铁施工中不可缺少的地铁测量工作也将会有进一步的发展。本文主要介绍了地铁测量中一些常用的测量方法以及误差分析。

关键词：地铁工程；测量；误差

1.引言

随着我国大城市的交通堵塞和拥挤问题历来都是令城市管理者和老百姓头痛的问题，解决这一问题的惟一出路就是发展地铁，它以运量大、速度快、时间准、能耗低、污染少和安全舒适的特点赢得了世界各大城市的青睐。地铁施工中得进行工程测量，得以顺利施工。地下工程测量是指建设和运营地表下面工程建筑物需要进行的测量工作，包括地下工程勘察设计、施工和运营各个阶段的测量工作。地下工程测量的任务是保证线状工程在规定误差范围内正确贯通，保证面状工程按设计要求竣工。地面控制测量、联系测量及区间隧道施工控制测量是地铁施工测量的三个关键因素，也是直接影响地铁贯通精度的关键控制点。

2.地铁测量工作的特点

地铁工程建设期长，投资大，测量工作贯穿始终；地铁工程有严格限界规定，为降低于程成本，施工误差量已很小，设计采用三维坐标解析法，所以对施工测量精度有较高的要求；地铁联系测量是质量控制过程中的关键环节；地铁隧道内轨道结构采用整体道床，铺轨基标测量精度要求高；隧道及车站内的控制点数量多、使用频繁，应做好标志，加强维护，为地铁不同阶段施工及后期测量工作提供基础点位及资料。

3.地铁测量工作的内容

地铁测量包括规划设计、施工设计、施工、竣工和运营阶段全部测绘工作。地铁测量工作除了提供各种比例尺地形图与地形数字资料满足规划、设计需要外，还要按设计要求标定地铁线路位置、指导施工、保证所有建、构筑物位置正确并不侵入限界，以及在施工和运营期间对线路、建筑结构、周围环境的稳定状况进行变形监测等。地铁测量的主要工作如下：（1）地面、地下平面控制测量和高程控制测量；（2）地铁线路带状地形测量和管线调查；（3）地铁线路地面定线测量；（4）地铁车辆段测量；（5）地面、地下联系测量（6）隧道和高架线路施工测量（7）铺轨测量（8）设备安装测量（9）竣工测量（10）环境、线路、结构变形测量。

4.地铁测量误差的控制策略

4.1提升地面控制点的精确度

我国地铁工程在GPS网的布置上最低会采用B级来实现首级控制，确保地铁线路走向上的整体性。在精确度控制上，GPS技术的实现需利用卫星进行信号数据的接收与发射，且在信号发送过程中会受到一些遮挡物的影响，降低其准确性。因此在测量前，应确保测量点位向上10°的高度角范围中没有大型遮挡物。换言之，地铁地面控制点的精度测量首级卫星定位点位需埋设在高度较高建筑物的顶部。

要想保障竖井以及各地铁站施工测量的准确性，除了对GPS点位的合理设置外，还应注意地面导线布置的控制，尤其是首级网，应将控制点设置为两个级别。在竖井测量中，地面控制点的精确度控制可同时研究施工口部位的3个以上导线点，利用相对点位误差以及最弱点位误差将实际测量误差计算出来。

4.2联系测量的精度控制

联系测量在目前地铁施工测量中使用的精度控制方式较多，施工人员以及测量人员会根据实际地铁线路走向以及周围环境特点设置合理的测量措施。我国目前使用的控制方法主要有以下几点：

4.2.1三角形定向控制法

三角形定向控制利用了三角形的稳定性原理，在地铁井下、井上部分形成存在关联关系的三角形，将坐标到地铁地下以及地面控制点高程数据信息传递给测量人员。在使用这一方法时，投点的操作无论是选择激光垂准仪还是悬吊重锤法，都能够将误差控制在2mm以内。同时使用过程中还应注意所构建的三角形是否真实存在，也就是边长之间关系的基本要求；并保障两个投点之间距离在5m以上。

另外，当井下部分定向边检核条件并不充分时，应实施三次关联三角形定向操作（独立完成），将这三次的测量结果取平均值，最终得出定向结果。在操作上，三角形定向控制法较复杂，需花费的时间较长；加上由于需要进行距离控制以及平均值计算，相对而言错误出现几率更高，因此操作中需仔细核算，保障数据的准确性。

4.2.2导线定向控制法

导线定向是利用现有设施，例如已经建好或是规划好的地铁车站、斜井或是竖井，对地铁隧道在地面的部分测量其控制点的高程以及坐标。测量需利用到导线，测量完成后再传给地下。若在测量上要求的精度较高，在使用精密导线测量时可达到20mm精度以内。就我国地铁规划以及地理条件而言，地铁设计通常在地面10米以下，因此在测量上可采用竖井来完成暗挖区间之间的联系测定。但由于竖井断面较小，施工受限制较大，因此利用率并不高。

4.2.3钻孔定向控制法

这种方式利用垂准仪确定投设点位，在地面钻孔将设定在地面的坐标指引到地下部分。在操作方面，需开设至少2个投点钻孔，将这2个投点的坐标作为地下导线起算的信息数据。由于地下导线的设置有边长要求，因此钻孔之间的距离需控制在150m以上。受到施工条件的影响，在钻孔投点过程中可能出现点位在地下不会通视或是点位在地下互通视两种结果。因此在垂准仪与陀螺仪结合定向时应利用垂准仪投点，再进行方位角的测定（使用陀螺仪）。

4.3地铁站之间隧道测量的精度控制

各个地铁站之间的隧道施工属于暗挖区域，包含了地下导线控制以及地下导线测量两个方面。以北京地铁施工为例，计算数据位通过联系测量从地面传递到地下的定向边以及近井点。在隧道开始挖掘时，当开挖长度离竖井口50m时可将方向控制交给施工导线来决定隧道的掘进（导线长度控制在30m左右）。当开挖长度离竖井口150m时应二次测量，并开始地下施工控制导线的布设。此阶段导线需形成交叉状，控制导线边保持在150m并在测设要求上采用精密导线要求，将第二次定向边作为起算边。无论是控制导线还是施工导线，都应随着地铁隧道的掘进不断延伸。由于地铁工程需要在地下开挖较大型空间，因此隧道相对属于不稳定载体，控制点的设置影响较大。所以在延伸施工之前都应仔细检测前几个导线点。若发现检测结果存在异常应根据已经处于稳定状态的控制导线来完成延伸测量。当暗挖区间的长度在2000m以上时，在离贯通面还有200m的地方需使用加测陀螺仪或是钻孔投点定向方式来提升测量准确性。换言之，地铁站之间隧道测量的精度控制重点在于地下控制导线在实际测量上的误差，需按照精密导线程度来完成测设。

5.结束语

在城市发展过程中，交通拥堵问题已经成为了重点制约因素。城市轨道交通中地铁建设可利用地下空间，在良好的网线布置下实现交通压力的缓解。根据本文研究内容，不难看出对地铁工程的测量精度控制主要在于地下、地面的控制测量以及竖井的联系测量这三方面。相关人员应综合各方面因素，尽可能减小误差，保障控制导线布设有效性。

参考文献：

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