昆明地铁工程测量技术分析及测绘新技术应用

龚振文 龙晓敏 胡朝英

(云南农业大学水利水电与建筑学院，云南昆明 650201)

0 引言

昆明是云南省政治、经济、交通、文化中心，省会所在地，随着昆明经济的飞速发展，外来人口大量进入中心城市，造成交通拥堵，交通秩序混乱，市民出行困难。各种车辆互相干扰，汽车时速20 km/h，交通事故每天发生，带来城市空气环境污染、汽油紧缺。地铁交通是最有效解决交通拥堵的措施。其特点是运输量大，速度快:地铁的速度是公共汽车速度的2倍～4倍。占地省、耗能少:地铁几乎不占用地面土地。轨道交通每千米能耗为道路交通的15%～40%。昆明地铁建设可解决交通拥堵，让春城市民能快速、准时、安全、舒适到达城市任何一个地方，大大加快昆明人民生活节奏，提高全市社会劳动生产效率，改善昆明交通出行方式，改善市容市貌，成为西南边陲的大都市和面向东南亚开放的桥头堡。

我国城镇化过快，各城市交通拥堵问题突出，急需建地铁交通解堵，而测量工作与地铁工程密切相关，从规划设计到完工运行，都需测量人员测图，施工放线，变形监测，测量工作能保证地铁工程质量，指导施工顺利进行，运行安全。由于昆明地域狭小、城市房屋密度大、地下管网太多，而地铁工程测量精度要求高，而且技术密集、造价昂贵，地下工作空间狭窄、施工干扰大，通视条件差。施测对象灰暗，一般无自然光，光照不理想，允许耗时短，有时需要现场提交成果。不同于地面，不能很好布置测量网型，成果的检查条件少，施工会带来地表建筑物的沉陷，要进行实时的变形观测。传统测绘技术已不适应地铁测量要求，急需引入现代测绘技术达到高效，实时，精准的信息化测绘的地铁工程建设模式。

1 工程概况

本工程为2号线，是昆明主城内南北方向的骨干线。线路起点位于主城北部汽车北站，沿7204公路、北京路延长线、北京路经昆明站转至官南大道，终点位于主城南部苏王村站。线路全长22.4 km，其中地下线长约13.8 km，地上线长约8.6 km(见图1～图3)。2号线线路起于主城北部银河片区，纵向穿越中心城区到达主城南部滇池北岸，是解决主城南北客运主流向出行需求的南北主轴线。

2 测绘新技术在昆明地铁工程测量中的应用

2.1 在地铁2号线工程勘测阶段的应用

由三维GIS收集的测绘资料以各种小比例尺地形图、航测照片、卫星影像为依据进行线路比选、技术经济指标的确定。可用测量机器人进行线路初步设计定线，将初步设计所确定的线路放样于实地。调查沿线重要建筑物是为了彻底摸清沿线对线路设计有制约作用的重要建筑物。无人机航测具有便捷、高效、低耗、实时性强、易操作、易维护等优点，它能优质、快速地为地铁工程提供所需线路沿线1∶500及1∶1 000带状地形图测量。车载移动测量系统已经成为地理空间数据快速采集和更新的最好解决方案(见图4)。利用其获取的点云数据编制大比例尺地形图能很好地满足地铁工程总体规划、详细规划、工程设计的需求，也可测沿线纵断面与横断面。可量测实景影像DMI的空间信息系统、可进行空间信息自动化、智能化、实时化服务，在系统中进行地铁沿线地下管线调查与测绘，查清拟建线路范围内沿线重要建筑物位置及地下管线的详细情况，为地铁线路设计及管线迁改工作提供依据。

图1 地铁车站

图2 地铁隧洞

2.2 地铁施工图设计阶段的应用

GPS应用地铁控制网测量。昆明地铁采用地铁专项坐标、高程系统。采用昆明城市二等GNSS控制网作为首级控制网，是全市统一的、高精度的轨道交通GPS及水准框架网，并提供与现有城市坐标、高程系统相一致的测量成果，以满足昆明地铁线网规划阶段、工程设计阶段、施工阶段及运营阶段的规划审批、施工测量和变形监测工作的需要。GPS控制点绝大部分位于主要道路的十字路口，有一些点之间相互不通视，必须加点联测。因施工占用道路，所以有的GPS控制点由于改道而被破坏或者即将破坏，所以必须用新加密的控制点替代原有的GPS控制点的作用，2 km的标段范围内，原有水准点稀少，不能满足施工需要，增加临时水准点十分必要。其中由业主提供的GPS点4个，北京路东侧的2个点定向，施工单位加密点6个共同组成附和导线后进行平面控制测量，平面控制点测量，测距往返4次取平均数，测角度盘左、盘右2测回取平均数，经平差后，导线全长1 907.8 m，闭合差1/2 307，评估精度高于一级导线要求的1/15 000，误差均小于城市轨道交通工程测量规范中规定的平差后最弱点横向中误差20 mm的取值，所以可以用于施工使用。高程测量控制由昆明北站站～人民路站沿线15个点组成，其中原有水准点4个，临时水准点9个，线路全长2 663 m，测站39个。全线高差闭合差8.5 mm，平均2.1 mm/km，精度达到二等水准测量要求，软件用到地铁施工控制网测量系统，适用于地铁设计以及施工中的控制网布测，复测，高效机载程序，方便实用，多种数据格式，兼容国内通用平差软件，高精度，高稳定测量仪器，屏幕照明，激光对中，ATR自动照准。

2.3 测量机器人在地铁施工测量阶段的应用

1)测量机器人:测量机器人是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、识别和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，具有高精度、智能自动化、马达驱动、自动照准、锁定跟踪、遥控测量、操作系统无棱镜模式、导向光、自动调焦的特点，测量机器人的出现，极大地提高了地铁施工测量工作效率和可靠性，实现测绘内外业一体化，测量机器人具有实时处理数据的功能，以便于可以实时检查测量的质量，提高测量效率;全站仪的集成化有利于各种仪器进行数据的采集并进行交换和共享，以提高施工放线工作的效率和进度。测量机器人可以在线处理测量数据，使施工放线质量和效率大大提高，考虑各因素，地铁安装误差为100 mm(见图5)。

图3 地铁施工现场

图4 车载移动测量系统

图5 测量机器人

2)定向测量:传统是利用全站仪、垂准仪和陀螺经纬仪联合进行竖井定向，并且采用双投点，双定向的方法，不仅增加了测量检核条件，又提高了定向精度。而采用隧道盾构自动引导测量系统进行隧道开挖，实时显示隧道轴线的点偏移值，保证顺利贯通，高程贯通测量误差确定为25 mm。采用地下顶管施工自动引导测量系统、顶管自动引导测量系统解决了传统顶管施工过程中人工测量作业费时、费力、占用工时的问题，系统由计算机远程控制测量机器人来自动完成作业。

3)断面测量:地铁建设中采用全站仪，数据采集器，计算机和觇牌组成的断面测量系统进行断面测量。隧道测量系统能应用于隧道施工的各个阶段:开挖断面轮廓线放样，全自动断面测量及分析，隧道超欠挖实时检测及激光标示，喷锚层厚度的测定，隧道中边桩放样，围岩变形测量，工程方量计算，腰线及轴线放样，钢架安装净空、路基坡面、路面放样与检测，开坡线、坡脚线放样，桥墩台中心、四角特征点放样，系统可以有效地指导隧道的开挖、衬砌，避免过量的超欠挖，从而节约大量的人力物力;系统可以有效地提高作业速度，放样精度达到毫米，为工程质量和工期提供有力保障。全自动、无反射棱镜三维断面测量，自动、快速采集断面数据，一次设站可以测量多个断面，5 min可采集100个断面点，精确、高效、简单操作。

4)无棱镜测量机器人在地铁施工中的应用。免棱镜全站仪通过辐射测量极坐标的方式，能够准确、快速地完成地铁施工隧道掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等主要施工测量工作，全部测量内业利用计算机自动处理，为隧道施工测量带来技术革命，为整个工程节约时间、减少投资，瞄哪测哪，测量速度快，使用方便。在200 m以内都可以测量，特别适合地铁测量，测距精度为3 mm+2 ppm，可把设计图上的地铁各种建筑物大小位置放样在实地。作为施工依据，遥控测量时一人就可以在镜站上轻松自如的实现对全站仪所有功能的遥控，更快地进行放样，提高放样精度，特别适合用在地铁施工测量中。应用由测量机器人为主的地铁施工基坑监测系统对周边环境变形监测及基坑围护体系监测，集数据管理，数据分析，数据查询，报表生成，警戒值报警等功能于一体，非常适用于地铁基坑监测项目。

5)测量机器人应用于地铁施工铺设。测量机器人通过无线传输技术将测量数据持续传输到机载计算机，计算出轨道铺设的实际位置和方向并与设计数据进行比较。通过控制器将调整结果发送到液压系统进行精确的铺设和方向控制。通过持续比较放样数据和设计数据，地铁铺设较高的精度，节约测量成本，不需要安装和维护任何控制放样线，提高安全、生产质量和铺设性能，生产力提高30%，铺设高程精度2 mm，铺设位置精确到8 mm，能按照轨道铺设要求进行安装测量工作。用测量机器人进行安装测量工作，可提高轨道铺设质量，降低成本，完成高精度的轨道铺设任务。地面沉降监测精确度为1 cm，对现浇梁中心线精确为5 mm，高程精确为5 mm。测量机器人应用于施工路面扫描系统:监测的目标可选择圆棱镜，无棱镜和反射贴片三种类型，且可混合使用;可采用无线或有线的方式远程控制仪器进行测量;可实时显示变化趋势图和三维图形;可以以方便灵活的方式输出各种图形报表。

6)地铁工程竣工测量。竣工测量是对地铁结构的平面位置、埋深，线路的平面位置、高程，沿线设备的位置，地铁施工时迁改的管线的平面位置、埋深等进行实测，其结果作为竣工验收的重要依据，并作为城市的基础测绘档案长期保存。可用测量机器人对各建筑物及附属结构净空测量、尺寸测量、线路及高程测量等。为了保证本工程各结构、轨道道岔、轨道测量的精度与出入线段平面导线点及水准控制点及水准点的联测，利用联测成果对建筑物进行测量放样。

2.4 地铁的运营期应用

地铁的运营是长期的，车站、隧道结构以及轨道等的位移沉降直接影响到行车安全，造成地铁周边建筑变形，地面沉降问题，昆明地区地基土软弱，特别需要长时间进行位移沉降监测，全面掌握地铁结构的变形规律，为设计方和运营方提供数据以便优化设计及安全运营。由倾斜仪、GPS、全站仪、裂缝仪等多种传感器采集数据，基坑现场由多种传感器数据采集监测数据网络化，可实现多个项目远程数据管理，项目信息可视化，超限自动报警，数据库管理统一化，自动生成各项监测报表，采用徕卡高精度测量设备，用于地铁施工以及营运过程中沿线高层楼宇监测，移动式TPS监测沿线建筑监测，使用徕卡高精度全站仪，数据自动分析处理，掌控直观的变化趋势，测量目标建筑特征点的三维坐标，直观高效，不间断高频监测，获取建筑物的变化趋势，也适用于地铁施工过程中沿线路面监测，可直接对路面进行扫描测量，无线远程遥控，可以同时控制多台仪器监测不同区域，单台仪器可监测多个区域，超限自动报警，操作简单，易学易用，全自动化的变形监测系统通过对安置在地铁隧道内部的目标棱镜的连续不间断测量，从而达到实时掌握隧道变形情况的目的。可进行车站及隧道结构的沉降监测和水平位移监测;高架线路桥墩沉降监测;高架线路水平位移监测;高架线路桥梁挠度监测;也可对沿线各种建筑全面和重点部位安全监测。

3 结语

测量机器人具有实时处理数据的功能，能实时检查测量放样的质量，提高测量效率;同时保障了地下测量人员的安全。测量机器人激光指向仪为地铁掘进提供了基准线。陀螺全站仪将在地下工程定向中取代传统的定向方法。GPS定位技术、车载式三维空间移动测量技术、激光准直和扫平仪、地铁工程变形观测系统，测绘信息网络化管理等在地铁测量中得到应用，使地铁测量工作精确、高效、简单操作，为地铁测量工作带来全新的技术革命。

［1］秦长利.浅谈地下铁道工程测量工作的现状和展望［J］.铁路航测，1998(4):62-63.

［2］GB 50308-1999，地下铁道、轻轨交通工程测量规范［S］.