地铁施工阶段测量控制要点与新技术引用

郑　件

摘要:简要介绍了地铁施工测量精度要求与施工测量工作特点,提出了施工过程测量控制要点,同时也提出了一些新的施工测量技术,供相关人员参考,从而在测量重要环节进行有效的控制,确保工程质量。

关键词:地铁施工 精度要求 测量要点 新技术

1 地铁施工测量精度要求

地下铁道测量工程的测量精度设计是根据工程的特征、施工方法、施工精度、设备安装精度和贯通距离等诸多因素确定的,它不仅要保证隧道和线路贯通,而且要满足线路定线和放样的精度要求。地下铁道测量的首要任务是保证隧道贯通,因此在地下铁道工程测量精度设计中,合理地规定隧道贯通误差及其允许值,是地下铁道测量的一项重要研究任务。目前在地下铁道测量中使用的测量贯通误差要求,大都来自铁道部《新建铁路工程测量规范》,它是根据山岭隧道贯通误差测量的实际统计资料计算出来的。该指标应用在主要采用盾构和喷锚构筑法进行隧道施工的地下铁道中,广泛应用于城市地铁,是否科学值得商榷。

一般认为地下铁道贯通测量误差应根据设计所给定的限界裕量(安全空隙)和隧道结构联结处的允许偏差两个主要因素来确定,当然还要考虑测量仪器设备的精度状况。如设计一般给定的隧道结构限界裕量每侧为100mm,则这100mm的限界裕量中应主要包括施工误差、测量误差、变形误差等。

2 地铁施工测量工作特点

①地铁工程建设期长,投资大,测量工作贯穿始终。②地铁工程有严格限界规定,为降低工程成本,施工误差裕量已很小 ,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。③地铁联系测量是质量控制过程中的关键环节。④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。⑤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 地铁施工阶段测量控制要点

3.1 竖井联系测量

3.1.1 竖井联系测量方法与步骤 ①铅锤仪、陀螺仪经纬联合定向法。适用于各种平面联系测量,具有定向精度高、占用竖井时间少、劳动量和强度小,是一种先进的方法,应用广泛。②联系三角形定向法。该法对竖井的大小有要求,作业时占用竖井时间长,劳动量和劳动强度大。③导线定向测量法。采用全站仪进行导线测量的方法进行定向,垂直角不大于30°。对使用的仪器、设备等均有较高的要求,因盾构井较大,比较适用于盾构法施工的隧道。④两井定向钻孔投点法:具有定向精度高,操作简便,占用井口时间少、劳动量和强度小的特点,非常适合矿山法施工的隧道。但需要在地面钻孔,审批手续繁杂,钻孔成本较高。

3.1.2 竖井联系测量建议 ①在趋近导线测量中,尽量使用高等级控制点起算,有条件时宜采用多条起算边,布设的导线点应组成闭合或附合导线形式。尽量减少地面控制测量对横向贯通误差的影响。②作业前需对使用的设备仪器进行一次严格的常规检查,作业过程中最好采用三联脚架、增加测回数、测量时停工等方法提高测角精度。③严格按照规范要求进行竖井联系测量,隧道施工中,贯通面一侧的隧道长度约1000m时联系测量应做3次,一般应在隧道掘进50 m、100～150m、距贯通面150～200m时分别进行一次,取三次的加权平均值指导隧道施工。贯通面一侧的隧道长度大于1000m时可以采取在距离贯通面1/2处通过钻孔投点或加测陀螺方位角的方法来提高定向精度。

3.2 地下平面控制网平差

3.2.1 以两站一区间为单位进行原则上以区间两端车站的施工控制导线点为依据,通过区间施工控制中线点或导线点组成附合导线,即车站控制边一区间控制中线点或导线点一车站控制边。当区间很长,有条件可分段进行。区间控制点间的距离在满足通视的条件下应尽量长,直线段如条件允许可达200m,曲线段导线点间距不宜小于60m。平差的新成果将作为断面测量、调整中线、测设铺轨基标及进行变形监测的起始数据。

3.2.2 导线联测时超限处理 ①首先对导线重新测量,导线联测不宜出现短边,直线段导线点间距约150m,曲线地段宜大于60m。确认导线联测无误后闭合差超限。②可以合理改变起算点坐标,即起算边的方位,使导线闭合差满足规范要求。基本思路是通过比较由此引起区间内导线点坐标值和施工期间坐标差值,以差值尽量小为原则。

4 地铁施工测量中新技术的应用

4.1 定向测量 在地铁中,采用全站仪、垂准仪和陀螺经纬仅组成的联合作业方法进行竖井定向,该方法摆脱了传统悬吊钢丝的联系三角形法,不仅克服了受城市地铁施工场地狭窄制约,图形强度不易提高,占用井筒时间过长等缺点,而且采用双投点,双定向的方法,大大增加了测量检核条件,又提高了定向精度。在地铁复八线测量中所使用的GAK-1陀螺经纬仪标称精度为一次定向中误差为20mm”,实际作业时定向边的陀螺方位角和其改正数的测定误差,则定向边陀螺方位角误差可达到8”。在实际工作中我们又引进GAOS自动陀螺经纬仪定向系统,不仅操作方便,定向成果可靠,提高了定向精度。当隧道埋深较浅时,则采用导线测量方法和向地下传统坐标和方向,同样布设双导线加强检核和提高精度。当隧道贯通距离较长时,还可采用在隧道上钻孔,通过钻孔投测坐标或测定投测点陀螺方位角的方法提高定向精度。

4.2 地下铁道GPS控制网测量 早在1990年5月北京地铁复八线就采用GPS:行首级控制测量,控制网由10个点组成,布设成单三角锁形式,该网采用两台WH100单频接收机观测,异环闭合差为1.7 3ppm~2.89ppm,边长中误差为2.1mm,点位中误差为3.5mm。1994年由于城市建设的影响,原有GPS控制点有的被破坏,有的发生变形,需要对原控制网进行扩充,并对原控制点的稳定性进行评价。为此,在原GPS控制网的基础上进行扩充,新网共选设了13个点,其中3个点为一等点,7个点为旧点,新增6个点。考虑到地铁测量误差分配到GPS测量的误差精度要求(相邻点位中误差小于10mm),为加强控制网整体强度,1994年采用一次布设,两级观测、整体平差的原则设计和布设GPS网。一级网由两个重叠的大地四边形组成,二级网为一级网下加密的三角锁。

4.3 断面测量 在地铁隧道中断面形式多样(包括矩形、直墙拱形、椭圆形、传统形、圆形、变截面6种),一般要求直线段每12米,曲线段每6米测量一个断面,并根据隧道不同的断面形状,在断面上选择与行车密切相关的位置测定其与线路中线的距离。过去很多单位采用人工直接丈量的方法,精度低,速度慢,工作非常繁重。随着测量仪器和测量技术的发展,断面测量仪面世后,断面测量工作有了新的突破,但该仪器不能实行一站多断面测量,而且价格昂贵,很多单位无经济能力问津。通过几年来的实践和应用,采用全站仪、数据采集器、计算机和觇牌组成断面测量系统进行断面测量,利用该系统进行断面测量的方法有二种,一种是将全站仪和觇牌安置在隧道中线点上,首先测量置镜点至欲测断面中线点的水平距离和高程,并将水平角置零,然后就可连续依次测量多个断面测量点水平角和垂直角信息,并自动传输到数据采集器之中,并通过计算机经运算既可求出待测点与中线距离。