地铁工程测量技术及应用探讨

孙宝艮

摘 要：测量技术是保证工程建设质量的关键，施工单位要熟练掌握施工技术要点，加强测量误差值的管控。地铁工程施工环境多样，施工时会遇到各种各样的测量难题，增加了测量难度。基于此，对地铁工程测量技术及应用进行了分析，以期为地铁工程测量作业提供参考意见。

关键词：地铁工程；测量技术；应用探讨

中图分类号：TU984                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2024）05-0091-03

0 引言

工程测量环节作为基础施工环节之一，是地铁工程设计、施工的关键工序。地铁工程的建设大多选择在人群密集、建筑物稠密的区域，沿线会经过不同的区域，整体里程长，一般由多个施工单位同时进行施工，由此增加了测量技术应用的复杂度和难度。对地铁工程要坚持先整体后局部、先控制后放样的原则进行测量作业，为后续地铁施工活动提供参考和指导，保证施工的精准度。

1 地铁工程测量技术应用原则

地铁测量工作的成果会影响地铁施工结构的空间位置规划，在工程建设中属于关键部分，是工程建设人员所重点关注的内容。常规测量技术要求测量人员利用仪器前往施工现场进行数据收集，或者通过放样施工控制点线的方式获取信息。该方式影响了施工进度的正常推进，也容易出现测量误差。

地铁工程测量技术应遵循科学性和自动化原则，在遵循相关作业规范的基础上进行多次复测，尽可能减小测量误差。

具体测量技术应用应当遵循如下原则：①先控制、后放样。在测量时要先完成控制工作之后再进行放样作业，为放样活动的开展提供基础保障，避免影响测量数据的获取。②先整体后局部原则。测量技术应用时要先对地铁工程整体施工区域实施测量，随后对不同的分段施工范围测量。③遵循从高到低的原则。采取逐级控制的方法对测量作业进行管理。这是因为地铁工程测量数据以及范围较大，无法一次完成，如果只测量一次会影响测量数据准确度。测量人员需要按照从高到低的顺序进行逐级测量控制。④遵循全线测量系统一致性原则。地铁线路测量技术要选择一致的测量系统，如果在某段线路进行测量时使用了不同的系统，容易引起测量误差，加大测量作业管控难度。⑤遵循测量复核原则。对接线、换乘站测量进行复核检查，分析测量过程中存在的数据差异，尽可能缩小误差。

2 地铁工程测量技术及应用

2.1 地面控制网测量

2.1.1 地面平面控制网复测

地面平面控制网测量工作通常在盾构施工作业前进行，分为两级进行布设，以确保地下施工拥有更加准确的平面基准。

2.1.1.1 首级GPS控制网

GPS网将二等三角点作为测量基础，沿着地铁工程的线路走向设置GPS控制点位，要求每个地铁车站至少设置两个控制点，并且点位与其他邻近点位要求保持直接通视状态，方便使用常规方法进行检测。在GPS网测量中，最弱点点位误差应当控制在12 mm以内，相邻点的相对点位中误差最大为10 mm[1]。

2.1.1.2 精密导线控制网

根据地铁工程的地形走向选择的位置，布设精密导线点，可以将城市已经拥有的埋设永久标志作为点位。车站区域导线点要求其位置在施工区域内，具备稳定性和可靠性，并且和附近GPS点保持通视。在测量作业中，如果点位只包括两个方向，应当选择左右角观测。在水平角观测时，如果需要针对长边短边进行调焦，需要按照左长边、右长边、右短边、左短边的顺序进行观测。在精密导线两侧GPS点上进行观测时，应当做到联测两个高级方向，如果在测量作业时只能对其中一个方向实施观测要增加测绘次数。精密导线测量平均边长的导线总长度分别为350 m、3～5 km，测距相对中误差为1/60 000。

2.1.2 高程控制网复测

高程控制网测量主要对地面点高程进行测定，根据地铁工程线路进行点位布设，每个地铁车站附近需要有2个或者以上水准点。在进行每一区域测量时，应当在上午实施往测，下午实施返测。精密水准测量视距要在60 m以下，前视距和后视距累计差在3 m以下，视线长度在20 m以上、以下时视线高度分别为0.5 m、0.3 m。测量作业中每千米高差种数的偶然和全中误差分别为2 mm、4 mm，对已知点进行联测时要做到往返分别测量1次。

2.2 联系测量

联系测量是指将地面坐标系统检测传递到地下空间，确保井上以及井下的坐标系统处于统一状态，以为盾构施工活动的开展提供精准的数据指导，保证盾构掘进施工质量。联系测量通常是在完成始发井施工后开展，在通过复测后对测量结果进行审核。

2.2.1 联系三角形定向测量

该种测量方法同时也被称作为一井定向测量，在进行测量时会于副井内悬挂钢丝，选用直径为0.5 mm钢丝。钢丝下方需要配置10 kg的质量，将钢丝放入到废机油内进行稳定处理。地面近井点以及钢丝会形成一个三角形，对两者间距以及角度进行测量后，可以明确钢丝坐标和方位角数值。井下也是利用该种方法进行测量，因井下钢丝处于自由悬挂模式，因此钢丝坐标数据、方位角与地面上相同。经过计算可以明确地下导线起算点的具体坐标以及方位角，搭建地上及地下之间的导线联系。

在测量时，要求钢丝间距最少为5 m，通常情况下地铁工程测量作业要求超过8 m。每次进行测量时需要悬挂3根钢丝，以形成两个联系三角形，方便对测量数据进行校对和核验。如果在测量作业时，发现施工区域面积有限，三角形强度稍弱，可以使用铅垂仪、陀螺仪以及全站仪的组合方式进行测量，以能够有效提升测量精度水平，工作强度较小，不需要过多人员参与到测量作业中。但注意该种方式应当应用在环境安静的区域，原因在于陀螺仪精密度较高，在实际应用中要尽可能避开强度干扰。

2.2.2 两井定向测量

两井定向测量与一井定向测量之间的差异，在于要求于两个施工竖井内均进行钢丝悬挂，使钢丝间距有所延长。这样可以避免由于投点误差而导致方向中误差，保障地下导线的精准度。在该种测量技术应用时，由于两根钢丝处缺少连接角，在实际测量中无法获取地下导线起算方位角，因此该测量技术的实质是针对无定向导线进行测量。

在地下隧道测量活动中，可以采取联测技术。对布设地下导线和竖井钢丝实施联测，能够在地面坐标系中所标出的坐标点位、方位信息传给地下，通过计算便可获得地下测量数据。在施工布设时，可以选择在车站地板预埋导线组成无定向导线。其不会给施工活动造成过多干扰，但是导线边长较多，只能在车站主体结构竣工后才可对其进行边长拉大。如果不在车站内部设置导线点，可以选择在洞内管片之上设置地下起算边，显著提升了无定向导线精度水平，通过在中间设置插点能够对两根钢丝进行观察。对地下导线实施测量时，通过自由设置测站的方式即可进行测量，无需对中具体点位，完成整平作业即可[2]。

2.2.3 高程联系测量

在对近井水准点进行测量时，高程线路需要附合于和地面上与之相邻近的精密水准点上方，并在竖井内悬挂钢尺，以此来完成高程传递。于地上、地下分别设置一台水准仪，在高程传递的过程中读取数据，每次测量要求独立观测3测回。每一次进行测量时均需要对仪器高度进行适当调整，要求地上以及地下水准点高度差异控制在3 mm以内，同时要求与钢尺上悬挂和其质量相同的重锤。

2.3 盾构测量

2.3.1 始发前准备工作

在进行基座放样和反力架放样前，要针对洞门钢环进行复测，分别于钢环上中下3个区域设定6个测量作业点位，对钢环中心坐标以及设计坐标实施对比分析，得出在横向中存在的钢环偏差数值。

使用水准仪对钢环底部以及顶部高程数据进行测量，与设计高程进行对比，确定钢环空间实际位置。获取钢环实际偏移位置数据，根据施工设计中的中心线便可完成盾构始发基座中心线放样。

反力架在地铁工程建设中发挥着后背墙的功能，同时也兼具导向作用，要求其端面以及始发基座轴线保持垂直关系。在计算反力架里程数据时，要先得出隧道两端井接头长度数据，分析负环管片数量，最后得出反力架里程计算结果。在输入管片左边数据后，对平面以及高程线性进行检查，要求其保持为连续状态，并开启盾构测量系统对数据进行调试。将测站点坐标数据输入到系统中，对与后视控制点距离以及盾构姿态实施测量，将自动和人工两种方式下的测量数据实施对比，在确认无误后进行盾构机试掘进作业。

2.3.2 盾构掘进过程测量

2.3.2.1 地下平面测量

地铁隧道地下控制导线属于支导线，在盾构机不断向前推进的同时导线也会随之延伸。地下控制网是对掘进作业进行指导的重要基础，在掘进作业中要定期对导线进行复测，尽可能避免长度、线型以及贯通存在误差。如果测量区间长度在1 km以上，可以按照施工导线以及基本导线进行两极布设。如果是处于长区间内，为了保证导线测量精准度，可以选择在掘进到约70%区间长度时，对陀螺方位边进行额外测量。

地下导线应当选择4～6边的标准设置双闭合导线环，以有效提升测量精度，方便检查和核对。在测量控制点位设置过程中，应当选择隧道管片顶部以及侧边位置进行布设，避免点位受到施工活动以及其他车辆的干扰。为确保地下导线点的精度水平，应当控制支导线点数量，延长两个导线点之间的间距，最好是布设近乎直线的导线。在测量时前视点以及后视点，均通过强制对中对点的方式进行测量，利用全站仪进行反复观测。为了避免仪器出现偏心误差问题，需要每3测回更改180°方向进行再次测量。在地下隧道向前掘进150 m、1/2隧道、 3/4隧道以及与贯通面相距150 m时，分别实施全面检测。

2.3.2.2 地下高程测量

地下施工环境相对较为狭小，会受到运输车辆的影响，为此洞内在布设水准点时应当每间隔200 m设置一个，可以根据实际情况适当增加曲线段数量。在盾构开挖到1/3隧道、2/3隧道以及贯通前50～100 m进行复测，以提升高程贯通精度水平。

2.3.2.3 管片测量

对椭圆度进行测量时应当以施工导线为基础，完成隧道中线放样，明确中线标高。用激光断面仪对其内净空数据进行测量，和设计断面数据实施对比分析，利用计算机软件可以精准计算地铁施工后管片具体形状。在管片里程测量过程中，盾构隧道井接头长度通常在40～80 cm，根据反力架里程的计算方式进行计算，以确保始发洞口井接头长度的准确度。

在进行施工设计时，隧道管片排版存在理想化的问题，在实际掘进作业中盾构姿态进行不断地调整，需要通过管片加贴的方式对楔子进行纠正，因此实际里程要超过设计里程数据。为确保盾构在进洞时井接头长度适宜，每150环对管片里程进行复测，根据测量所得的里程数据对盾构姿态实施调整。

2.4 测量机器人

测量机器人是一种新的测量技术，可以代替人工完成测量作业，能够自动对测量对象进行搜索、跟踪，识别后进行精确分析，获取测量目标的角度、距离、坐标和影像数据，是一种全新的智能型电子全站仪[3]。

测量机器人的出现有效提升了测量作业质量和效率，减少了人力成本投入。测量机器人也能够完成施工监测活动，在地铁工程建设中设置多台测量机器人便能够完成自动监测任务。为确保测量机器人所获取数据的一致性和可靠性，需要先完成基准网联测，即把两侧基准点以及工作基点进行联系。由于测量机器人的自动监测功能，难以使用以往的人工导线测量技术实施基准网联测，需要以公共点连接的自由设站法连续传递附合到基准点完成测量要求，针对相邻测站观测公共点将两端基准点、连接点、测站点连接在一起，形成测量控制网。

测量机器人利用自动化系统能够随时进行平差解算，从而获得更为准确的三维坐标信息，之后可通过所获取的坐标数据自动定位观测点所在位置。通过该种方式能够利用公共点完成基准网联测作业，保证平差的统一性，强化整体坐标系控制效果，在提升监测结果准确度的同时对地铁隧道进行完全监控，进一步提升测量作业质量，优化测量作业流程。

3 结束语

工程测量在地铁施工建设中贯穿全程，在测量时需要由不同人员使用不同仪器、不同方法进行测量作业，以此来保证施工活动的有序开展，提升地铁工程施工质量。在施工时需要明确不同环节的具体测量要求，合理规划测量误差范围，细化测量技术应用要点，落实相关作业规范要求，从而提升地铁工程测量技术应用的专业化和规范化水平。要重视对测量技术、测量仪器以及数据分析系统进行创新处理，选择更为先进的手段实施测量作业，提升测量效率，保障测量成果的精准度，形成自动化测量作业模式。

参考文献

[1] 李振兴.地铁施工中精密工程的控制测量复测技术[J].设备管理与维修，2022（6）：145-147.

[2] 许俊伟.三维激光扫描技术在地铁工程测量中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2022（1）：142-144.

[3] 张林星.地铁区间隧道盾构法施工过程测量技术[J].工程机械与维修，2021（6）：208-209.