[精密,交通工程,軌道]淺析城市軌道交通工程精密施工測量技術的應用與研究

1、淺析城市軌道交通工程精密施工測量技術的應用與研究一、引言近年來北京、上海、廣州、重慶等大城市軌道交通線路的相繼建成通車，不僅標志著建 設者施工技術的創(chuàng)新和進步，而且從眾多側而和角度充分展示出精密施工測量技術在保障施 工精度和速度方面發(fā)揮了重要的作用。城市軌逍交通是城市公共交通的一種形式，是包括地下、地面和髙架三種方式的軌逍工 程體系。由于其在建筑物、構筑物稠密和地下管網繁多的城市環(huán)境中建設，不僅工程測疑精 度要求高、技術密集，而且在工程測量方而有英特殊方法和要求。這就對測量工作提岀了較 髙的要求。為使測量技術更好地為城市軌道交通工程建設服務，本文以北京、廣州、天津等 地鐵工程建設的實際測量作業(yè)

2、為背景，通過分析、研究與總結，從城市軌適交通工程測疑精 度設汁的主要原則和要求、地而控制測量技術方法、豎井聯(lián)系測量技術方法、隧道施工控制 測量及貫通測量技術方法四個部分進行分析和闡述。二、城市軌道交通工程測量精度設計的主要原則和要求城市軌逍交通工程的測量精度設訃是根據英線路的特征、施工方法、施工精度、設備安 裝精度和貫通距離等諸多因素確立的，它不僅要保證隧道和線路貫通，而且要滿足線路怎線 和放樣，軌道鋪設及設備安裝的精度要求。城市軌逍交通工程測量的一項主要任務是保證其隧道貫通，其貫通誤差的大小將直接影 響到工程鐵建設質量和工程造價。因此，在城市軌道交通工程測量精度設汁中，合理地規(guī)立 隧道貫通誤

3、差及其允許值，是城市軌道交通工程測量的一項重要研究任務。目前在城市軌 道交通工程測量規(guī)范(GB503082008)中規(guī)泄隧道橫向貫通中誤差在50mm之內，高程貫通中 誤差在25mm之內，該指標主要應用在采用盾構和噴錨構筑法進行的隧道施工中。1.城市軌道交通工程平而貫通測量誤差精度指標的確左城市軌逍交通工程平面貫通測量誤差是根據設汁所給左的限界裕量(安全空隙)和隧道結 構聯(lián)結處的允許偏差兩個主要因素以及測量儀器設備的精度狀況來確左的。設計中一般給龍 的隧道結構限界裕量每側為100mm(式(1)中用M表示)，這100mm的限界裕量中主要包括施工 誤差、測量誤差、變形誤差等。地下鐵道工程施工及驗收規(guī)

4、范(GB502991999)規(guī)圮采用噴 錨暗挖施工時，初期支護鋼筋格柵安裝允許渓差為30mm(式(1)中用表示)，噴射混凝土平 整度允許隧道橫向偏差為30mm(式(1)中用M2表示)，變形允許誤差為20mm(式(1)用M3表 示)，則由式計算出采用該施工方法時貫通測量誤差的允許值M4二88. 3mm。M24=M2-M21-M22-M23(1)該值為極限誤差， 如以極限誤差為2倍中誤差M4來汁算， 則橫向貫通測量中誤差M4=44. 2mm。根據上述貫通誤差制定的原則，并考慮各測量環(huán)巧實際容易達到的精度情況，參照軌道 交通貫通測量實踐采用不等精度分配方法，將貫通誤差配賦到軌道交通平面測量的主要環(huán)節(jié)

5、。 其中，地而控制測量中誤差為25mm;豎井聯(lián)系測量中誤差為20mm;地下控制導線測量中誤差 為30mm3則隧道橫向貫通中誤差為43. 8mm44. 2mm。2.城市軌道交通工程高程貫通測量誤差精度指標的確左城市軌逍交通工程設計所給怎的的高程安全裕量比較大，一般為70lOOmin.因此根據 目前測量儀器和設備狀況以及隧道結構的豎向允許偏差，上建施工比較容易滿足貫通誤差設 計要求。但考慮到城市軌道交通工程采用整體道床鋪軌對髙程精度的要求，地鐵髙程貫通測 量誤差確左為25mm.同樣采用不等精度分配方法，將髙程貫通測量誤差分配到髙程測量的各 個環(huán)譏 其中，地而高程控制測量中誤差為16mm;髙程傳遞測

6、量中誤差為10mm;地下高程測量 中誤差為16mmo則高程貫通測量中誤差Mh=24. 7mm25mm。上述確定的城市軌道交通工程貫通測雖:誤差要求經我國北京、上海及廣州等城市各條軌 道交通線路貫通測量的實踐驗證是比較切合實際的。三、城市軌道交通工程地而控制測量技術方法1.城市軌道交通工程首級GPS控制網測量技術方法隨著城市經濟建設的發(fā)展，城市軌道交通必然逐步形成縱橫交錯的地上、地下網絡系統(tǒng)。原來各城市建造的地而三角控制網，由于城市建設的迅猛發(fā)展，三角點大部分已破壞，現(xiàn)存 的個別點也不能通視，給地鐵建設的測量工作帶來困難。而GPS技術則為城市軌道交通工程 控制網測量提供了更好的選擇。1990年在

7、北京地鐵復八線地面控制網測量中首次應用了GPS技術。該控制網由10個GPS控制點組成，布網選點時要求各個控制點不僅要滿足地鐵復八線工程設計和施工要求，還要 盡疑與原有北京市I等三角網的髙級控制點相聯(lián)系，以便檢核并評龍1965年I等三角網點 的穩(wěn)泄情況。外業(yè)觀測采用町01接收機，觀測前利用GPS軟件算出測區(qū)上空衛(wèi)星的可見性、髙度、方 位角、PDOP值。為了削弱電離層的影響，選擇PD0P5的最佳觀測窗。每時段觀測2h,以確保 數(shù)據篩選后仍有60min的有效數(shù)據可用于計算。內業(yè)數(shù)據采用P0PS202版軟件進行處理。在計算中采用自動篩選和人工篩選相結合的辦 法消除有周跳的觀測數(shù)據，經平差計后異步環(huán)閉合

8、差為（1.732. 89）10-6,邊長中誤差為2. 1mm,點位中誤差為3. 5mm。1991年由于城市建設的影響，原有GPS控制點有的被破壞，有的發(fā)生變形，需要對原控 制網進行擴充，并對原控制點的穩(wěn)泄性進行評價。為此在原GPS控制網的基礎上新網共選設 了13個點，7個點為舊點，新增6個點，其中3個點為一等點?？紤]到地鐵測量誤差分配到GPS測量的誤差精度要求（相鄰點位中誤差小于10mm）,為加 強控制網整體強度，采用一次布設、兩級觀測、整體平差的原則設計和布設GPS網。一級網 由兩個重疊的大地四邊形組成，二級網為一級網下加密的三角鎖。GPS網采用TrimblelOOOSSE雙頻接收機進行觀測

9、，一級網共觀測5個時段，二級加密網 共觀測11個時段，每時段觀測60mino重復測站數(shù)R=3.7,網的可靠性指標二0.625。外業(yè)觀 測結果：同步環(huán)16個，平均閉合差為0.4410-6,最大閉合差為1.2610-6,最小閉合差為0. 0710-6,絕大部分均小于0. 510-6o異步環(huán)36個,最大閉合差為2.8310-6,最小閉合差為0. 0610-6,大部分均小于110-6。全網共計31條邊,其中復測邊占45%,平均互差值為4.伽。內業(yè)平差時選泄以2個已知點為固左點，以一級網下加密三角鎖的網型方案進行平差，平差后點位中誤差為3.2唄，方位角中誤差為0.23,邊長中誤差為2. 3mm.同時通過

10、對不同 網型方案的平差方法的分析， 發(fā)現(xiàn)在一級網下加密導線的方案以較小的工作量同樣可以得到 較髙的測量精度。北京地鐵復八線GPS控制網測屋的成功經驗，為以后的城市軌道交通工程GPS控制網測 量奠泄了基礎。此后北京、廣州、青島、天津等城市的軌道交通工程控制網測量均采用了GPS測量技術。當今伴隨著電子和通信技術的迅猛發(fā)展，GPS測量技術也在不斷地創(chuàng)新和完善， 不僅觀測成果精度高，而且投入也少，大大地提髙了生產效率，取得了良好的效果。2.城幣軌道交通工程精密導線網測量技術方法城市軌道交通工程精密導線網是為苴工程線路區(qū)間隧道設汁、施工而建立的平而控制導 線。它附合在GPS控制網中，導線一般沿軌道交通線

11、路布設成直伸形，附合長度在34km,平均邊長控制在350m左右。該段精密導線點的設置除按一般選點條件考慮外，為提髙角度和邊長的傳算精度，采用 了增加導線輔點的方法增強圖形強度。 導線點標石為人工混凝上結構， 標石底部埋設在凍上 層以下 （即1.2m以下），標石中心為鑲有直徑1mm銅芯的不銹鋼標志。標石埋設后穩(wěn)左一個 月才進行觀測。導線采用TCA2003全站儀施測，水平角觀測四測回（分左、右角觀測），邊長往返觀測四 測回，每測回三次讀數(shù)。為提髙觀測精度，照準目標選用髙精度專用覘牌，觀測中覘牌和儀 器兩次對中；水平角觀測遇到長、短邊需要調焦時，采用盤左長邊調焦，盤右長邊不調焦，盤 右短邊調焦，盤左

12、短邊不調焦的觀測順序進行觀測，消除了多次調焦對觀測的影響;測前對使 用的儀器和設備進行全而檢核。由于采用上述描施，盡管導線較長、測站較多，仍取得測角 中誤差M二0.9,導線全長相對誤差為1/14萬的髙精度成果，為下一步豎井聯(lián)系測量和地下控 制導線測量工作奠左了良好的基礎。3.城帀軌道交通工程精密水準網測量技術方法由于受城市軌道交通工程施工中降水和施工等因素影響，易造成水準點變化，精密水準 點一般選在軌道交通工程線路中線兩側40m以外，遠離地表變形區(qū)，水準點以墻上標志為主， 埋設在年代較長的永久建筑物上。該段精密水準路線起算于I京良2、I京良3和I京西2三個北京市I等水準點，由9個 水準點組成，

13、水準路線全長4.6km。水準測量采用NA2+GPM3自動安平水準儀和因鋼水準尺, 按II等水準測量的方法和水準路線閉合差小于8櫟Lmm（L為水準路線長，以km II）的精度要 求進行施測。其往返閉合差3mm,平差后每km高程偶然中誤差1mm。滿足了城市軌道交通工 程地而高程控制測疑的精度要求。四、城市軌道交通工程豎井聯(lián)系測量技術方法由于城市軌道交通工程車站和隧道大多采用暗挖法施工，為了保證地下隧道各工作而按 設計位置正確施工，必須把地而控制點的坐標和高程經由豎井傳到地下。通過這一豎井聯(lián)系 測量工作使地下建立起與地而統(tǒng)一的坐標和髙程系統(tǒng)，指導地下隧逍施工作業(yè)。1.豎井定向測量方法常規(guī)左向工作大多

14、采用懸吊鋼線的聯(lián)系三角形法，不僅對三角形圖形幾何條件要求高、工作時間長、勞動強度大，而且由于豎井風流等外界因素影響，泄向精度很難達到。為提髙左向測量精度，縮短立向時間，在城市軌適交通工程測量實踐中經分析和研究后，決左采用全站儀+投點儀+陀螺經緯儀組成的立向測量系統(tǒng)來完成豎井聯(lián)系測量工作。該泄向測量系統(tǒng)具體工作方法如下：1）將兩臺NL1/20萬自動安平投點儀分別安置在豎井井架a、b兩點上， 并分別精確和井 下a、b兩點對中。2）在地而將全站儀TCA2003安置在近井點Q點上，通過觀測角度1、2和邊長SI、S2分 別測上a、b兩點坐標。由于a和a, b和b分別位于同一鉛垂線上，因此它們的兩組坐標一

15、 致，亦即將a、b坐標傳到井下a、b上。3）在井下將GAK1陀螺經緯儀安置在四2點上，采用逆轉點法三個測回分別單獨測泄陀 螺方位l（a西2）、2（b四2）,然后取下GAK1陀螺經緯儀,再在西2點上安程全站儀TCA2003,觀測、以及SI、S2,從而確左四2點的坐標和西2西3邊方位角，定向工作完畢。此外為提高泄向精度和成果的可靠性，在泄向工作的前、后都在緊靠豎井的精密導線邊 上進行陀螺常數(shù)測左;在一個測回陀螺左向的前、后都進行陀螺經緯儀零位測左。在豎井左向測疑中，由全站儀+投點儀+陀螺經緯儀組成的聯(lián)介作業(yè)方法擺脫了傳統(tǒng)懸吊 鋼絲的聯(lián)系三角形法，不僅克服了受現(xiàn)場施工場地條件制約圖形強度不易提髙、測

16、量工作占 用豎井時間長等缺點，而且采用雙投點、雙立向的方法，增加了測量檢核條件，有效地提高 了測量定向精度。2.高程傳遞測量技術方法通過豎井傳遞高程，是將豎井附近的近井水準點的高程，通過豎井傳遞到井下高程測量 起始點上。在地面建立一懸掛鋼尺尺架，將檢宦過的鋼尺懸掛其上，下放到井下，并掛上10kg重的 工作垂球。井上、井下安置兩臺水準儀，同時觀測近井水準點BM上、BM下的水準尺和鋼尺 并讀數(shù)，通過鋼尺將地而近井水準點BM上的標高傳到井下水準點BM下。水準測疑時井上、井下同時測泄溫度。為防止出現(xiàn)粗差和提高觀測精度，三次變更儀器 髙進行觀測，測定井上、井下水準點高差的不符值（髙差的不符值3mm）。在

17、水準測量數(shù)據處理時，對觀測值進行溫度、拉力、鋼尺自重等項改正，取三次觀測成 果平均值，得到高精度井下水準點（BM下）的高程成果。五、隧逍施工控制測量及貫通測量的技術方法城市軌逍交通工程測量最主要的任務在于確保地下隧道在預定誤差范囤內的正確貫通。隧逍施工控制測量是在隧道內建立起一套平而和髙程測量控制網，英用途在于放樣隧道的中 線位置，指示隧道掘進的方向，以及放樣施工中務設施的位置等。1.隧道平而施工控制測量技術方法1）以豎井泄向測設的基線邊的坐標和方位角為起算依據，觀測采用I級全站儀進行測量,測角四測回（左、右角各兩測回，左、右角平均值之和與360的較差應小于4測邊往返觀測各 兩測回。施工控制網

18、最遠點相對于起始點的橫向中誤差小于25mm。2）隧道內控制點設置有多種形式。 根拯施工方法和隧道結構形狀確立， 可埋設在隧道底 板的線路中線上，采用鋼板在上而鉆2mm小孔鑲銅線作為點的標志;也可埋設在線路中線一 側結構邊墻上，安裝放置儀器的強制對中支架。由于在隧道貫通前的地下控制是一條支導線，這條導線起著指示隧道掘進方向的作用，所以它必須是十分準確的。為提高地下控制測量精度，常采用布設交叉導線和雙導線的形式， 在每設置一個新的導線點時，均由兩條導線測得英坐標，當檢核無誤后，取英平均值作為新 點的測量數(shù)據。 另外由于地下施工場地為一個不穩(wěn)左的載體， 測量控制點埋設在上面英穩(wěn)立 性必然受到影響，為保證測量成果的可靠，隨著導線的延伸必須進行重復測量。2.