工程測(cè)量技術(shù)、方法在地鐵施工中的應(yīng)用 (3)

1、工程測(cè)量技術(shù)、方法在地鐵施工中的應(yīng)用摘要：文章介紹了當(dāng)前地鐵工程測(cè)量的現(xiàn)狀和一些工程測(cè)量新技術(shù)、新方法。并從地下鐵道工程測(cè)量精度設(shè)計(jì)的原則和要求、定向測(cè)量GPS控制網(wǎng)測(cè)量、鋪軌基標(biāo)測(cè)量等方面，論證了提高地鐵施工精度和施工質(zhì)量的新途徑。 工程測(cè)量是各項(xiàng)建筑工程設(shè)計(jì)、施工及設(shè)備安裝的必要工序。隨著我國(guó)地鐵、軌道交通 事業(yè)的發(fā)展，工程測(cè)量也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，城市地鐵由于其在建筑物、構(gòu)筑物稠密地區(qū)修建，精度要求較高，施工線路長(zhǎng)、施工單位多，又給工程測(cè)量增加了工作難度，因此，新的測(cè)量?jī)x器及新的測(cè)量方法均在地鐵施工中得到了應(yīng)用。本文就當(dāng)前地鐵工程測(cè)量的現(xiàn)狀和主要技術(shù)方法，由生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)際要求出發(fā)，作一些介紹

2、和論述。 一、地下鐵道工程測(cè)量精度設(shè)計(jì)的原則和要求 地下鐵道測(cè)量工程的測(cè)量精度設(shè)計(jì)是根據(jù)工程的特征、施工方法、施工精度、設(shè)備安裝精度和貫通距離等諸多因素確定的，它不僅要保證隧道和線路貫通，而且要滿足線路定線和放樣的精度要求。 地下鐵道測(cè)量的首要任務(wù)是保證隧道貫通，因此在地下鐵道工程測(cè)量精度設(shè)計(jì)中，合理地規(guī)定隧道貫通誤差及其允許值，是地下鐵道測(cè)量的一項(xiàng)重要研究任務(wù)。目前在地下鐵道測(cè) 量中使用的測(cè)量貫通誤差要求，大都來(lái)自鐵道部新建鐵路工程測(cè)量規(guī)范，它是根據(jù)山嶺 隧道貫通誤差測(cè)量的實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算出來(lái)的。該指標(biāo)應(yīng)用在主要采用盾構(gòu)和噴錨構(gòu)筑法進(jìn) 行隧道施工的地下鐵道中，廣泛應(yīng)用于城市地鐵，是否科學(xué)值得

3、商榷。一般認(rèn)為地下鐵道貫通測(cè)量誤差應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)所給定的限界裕量（安全空隙）和隧道結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)處的允許偏差兩個(gè)主要因素來(lái)確定，當(dāng)然還要考慮測(cè)量?jī)x器設(shè)備的精度狀況。如設(shè)計(jì)一般給定的隧道結(jié)構(gòu)限界裕量每側(cè)為100mm，則這100mm的限界裕量中應(yīng)主要包括施工誤差、測(cè)量誤差、變形誤差等。 地鐵給定的高程安全裕量比較大，一般為70100mm，因此根據(jù)目前測(cè)量?jī)x器和設(shè)備狀況以及隧道結(jié)構(gòu)的豎向允許偏差，很容易滿足貫通誤差設(shè)計(jì)要求，但考慮到地下鐵道整體道床鋪軌對(duì)高程精度的要求，高程貫通測(cè)量誤差確定為±25mm.同樣采用不等精度分配方法，將高程貫通測(cè)量誤差分配到高程測(cè)量的各個(gè)環(huán)節(jié)： 其中：地面高程控制測(cè)量中誤

4、差 ±12mm 高程傳遞測(cè)量中誤差 ±8mm 地下高程測(cè)量中誤差 ±12mm 則高程貫通測(cè)量中誤差mh為： mh=±18.8mm±25mm 二、定向測(cè)量 在地鐵中，采用全站儀、垂準(zhǔn)儀和陀螺經(jīng)緯儀組成的聯(lián)合作業(yè)方法進(jìn)行豎井定向，該方法擺脫了傳統(tǒng)懸吊鋼絲的聯(lián)系三角形法，不僅克服了受城市地鐵施工場(chǎng)地狹窄制約，圖形強(qiáng)度不易提高，占用井筒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，而且采用雙投點(diǎn)，雙定向的方法，大大增加了測(cè)量 檢核條件，又提高了定向精度。在地鐵復(fù)八線測(cè)量中所使用的GAK1陀螺經(jīng)緯儀標(biāo)稱精度為一次定向中誤差為±20mm，實(shí)際作業(yè)時(shí)定向邊的陀螺方位角和其改正數(shù)

5、的測(cè)定誤差，則定向邊陀螺方位角誤差可達(dá)到±8。在實(shí)際工作中我們又引進(jìn)GAOS自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀定向系統(tǒng)，不僅操作方便，定向成果可靠，提高了定向精度。當(dāng)隧道埋深較淺時(shí)，則采用導(dǎo)線測(cè)量方法和向地下傳統(tǒng)坐標(biāo)和方向，同樣布設(shè)雙導(dǎo)線加 強(qiáng)檢核和提高精度。當(dāng)隧道貫通距離較長(zhǎng)時(shí)，還可采用在隧道上鉆孔，通過(guò)鉆孔投測(cè)坐標(biāo)或測(cè)定投測(cè)點(diǎn)陀螺方位角的方法提高定向精度。 三、地下鐵道GPS控制網(wǎng)測(cè)量 采用GPS進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量，控制網(wǎng)由10個(gè)點(diǎn)組成，布設(shè)成單三角鎖形式，采用兩臺(tái)WM100單頻接收機(jī)觀測(cè)，異環(huán)閉合差為1.73ppm2.89ppm， 邊長(zhǎng)中誤差為±2.1mm，點(diǎn)位中誤差為±3.5m

6、m. 由于城市建設(shè)的影響，原有GPS控制點(diǎn)有的被破壞，有的發(fā)生變形，需要對(duì)原控 制網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)充，并對(duì)原控制點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。為此，在原GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充 ，新網(wǎng)共選設(shè)了13個(gè)點(diǎn)，其中3個(gè)點(diǎn)為一等點(diǎn)，7個(gè)點(diǎn)為舊點(diǎn)，新增6個(gè)點(diǎn)。考慮到地鐵測(cè)量誤差分配到GPS測(cè)量的誤差精度要求（相鄰點(diǎn)位中誤差小于±10mm），為加強(qiáng)控制網(wǎng)整體強(qiáng)度，1994年采用一次布設(shè)，兩級(jí)觀測(cè)、整體平差的原則設(shè)計(jì)和布設(shè)GPS網(wǎng) .一級(jí)網(wǎng)由兩個(gè)重疊的大地四邊形組成，二級(jí)網(wǎng)為一級(jí)網(wǎng)下加密的三角鎖。 四、斷面測(cè)量 在地鐵隧道中斷面形式多樣（包括矩形、直墻拱形、橢圓形、傳統(tǒng)形、圓形、變截面6種 ），一般要求直線段每1

7、2米，曲線段每6米測(cè)量一個(gè)斷面，并根據(jù)隧道不同的斷面形狀，在斷 面上選擇與行車(chē)密切相關(guān)的位置測(cè)定其與線路中線的距離。過(guò)去很多單位采用人工直接丈量 的方法，精度低，速度慢，工作非常繁重。隨著測(cè)量?jī)x器和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，斷面測(cè)量?jī)x面 世后，斷面測(cè)量工作有了新的突破，但該儀器不能實(shí)行一站多斷面測(cè)量，而且價(jià)格昂貴，很多單位無(wú)經(jīng)濟(jì)能力問(wèn)津。通過(guò)幾年來(lái)的實(shí)踐和應(yīng)用，采用全站儀、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和覘牌組成斷面測(cè)量系統(tǒng) 進(jìn)行斷面測(cè)量，利用該系統(tǒng)進(jìn)行斷面測(cè)量的方法有二種，一種是將全站儀和覘牌安置在隧道中線點(diǎn)上，首先測(cè)量置鏡點(diǎn)至欲測(cè)斷面中線點(diǎn)的水平距離和高程，并將水平角置零，然后就可連續(xù)依次測(cè)量多個(gè)斷面測(cè)量點(diǎn)水平

8、角和垂直角信息，并自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器之中，并通 過(guò)計(jì)算機(jī)經(jīng)運(yùn)算既可求出待測(cè)點(diǎn)與中線距離。最終以數(shù)據(jù)表格和斷面圖形式輸出觀測(cè)成果。另外，為保證測(cè)量的斷面垂直于中線，在覘牌上安置有簡(jiǎn)單照準(zhǔn)裝置和水平度盤(pán)裝置，不管是直線、圓曲線還是緩和曲線段，都可以根據(jù)事先計(jì)算好的覘牌至儀器方向與斷面夾角值標(biāo) 定出斷面方向。另一種方法是將全站儀或覘牌安置在隧道內(nèi)任意位置，即測(cè)量?jī)x器或覘牌在 非線路中心進(jìn)行斷面測(cè)量。該方法利用任意安置儀器或覘牌的點(diǎn)與線路關(guān)系，通過(guò)計(jì)算機(jī)確 定斷面里程和議程，從而進(jìn)行斷面測(cè)量。上述兩種斷面測(cè)量方法速度快，使用方便，而且可 以充分利用本單位現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器設(shè)備，具有非常可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)

9、效益。 五、鋪軌基標(biāo)測(cè)量 鋪軌基標(biāo)是高標(biāo)準(zhǔn)軌道混凝土整體道床的軌道鋪設(shè)控制點(diǎn)，精確地測(cè)設(shè)鋪軌基標(biāo)是保證 軌道施工質(zhì)量的關(guān)鍵。即將頒布實(shí)施的地鐵施工驗(yàn)收規(guī)范中地鐵軌道驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求：平面上軌道中心線與基標(biāo)中心線允許偏差為2mm，軌道方向在直線上要遠(yuǎn)視直順，用10m弦量允 許偏差1mm，在曲線上遠(yuǎn)視圓順，用20m弦量正矢，根據(jù)曲線半徑圓曲線，允許偏差為13mm ，緩和曲線允許偏差為25mm，高程上軌頂標(biāo)高允許偏差2mm左、右股鋼軌頂面水平允許偏差為1mm，在延長(zhǎng)18m的距離范圍內(nèi)，無(wú)大于1mm的三角坑，軌頂高低差目視平順，用10m弦 量不大于2mm；道岔精度除滿足上述要求外，還要滿足里程位置允許偏差

10、2mm，導(dǎo)線及附帶曲 線允許偏差1mm，附帶曲線用10m弦量，連續(xù)正矢允許偏差為1mm，軌頂標(biāo)高允許偏差為2mm，全長(zhǎng)范圍高低不大于3mm. 從上述地鐵軌道驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不難看出，由于為節(jié)省工程造價(jià)，地鐵限界預(yù)留的安全裕量比 較小，線路在隧道中調(diào)整空間受到很大制約，因此，地鐵軌道驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)鋪軌基標(biāo)中線與指導(dǎo)隧道施工的線路中線或結(jié)構(gòu)中線的偏差作出規(guī)定。同時(shí)，為使線路圓順，對(duì)單位長(zhǎng)度 相鄰鋪軌基標(biāo)間的相對(duì)精度也提出了要求。根據(jù)軌道驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，我們總結(jié)制定了鋪軌基標(biāo)測(cè)設(shè)精度要求和基本方法。 1.鋪軌基標(biāo)測(cè)設(shè)精度要求 為保證線路圓順和基標(biāo)相對(duì)精度，對(duì)控制基標(biāo)和加密基標(biāo)的測(cè)設(shè)精度制定如下要求： （1）控制基

11、標(biāo)測(cè)設(shè)精度要求 兩控制基標(biāo)相鄰邊長(zhǎng)間夾角平差后的值，對(duì)設(shè)計(jì)值而言誤差不得超過(guò)6，基標(biāo)測(cè)設(shè)的角度測(cè)量中誤差±3；基標(biāo)高程測(cè)量的水準(zhǔn)路線閉合差小于8 L mm；距離測(cè)量誤差直線 段小于1*/5000；曲線段小于1*/1000. （2）加密基標(biāo)測(cè)設(shè)精度要求 直線段縱向誤差每6m小于6mm，曲線段每5m小于5mm，偏離中線小于±1mm；相鄰基標(biāo)高差小于±2mm. （3）道岔基標(biāo)測(cè)設(shè)精度要求 道岔鋪軌基標(biāo)位置橫向誤差不大于±2mm，主線、側(cè)線交角較差不大于±10，高程誤差同加密基標(biāo)。 2.鋪軌基標(biāo)測(cè)設(shè)基本方法 由于地鐵施工時(shí)車(chē)站控制點(diǎn)一般從地面直接投測(cè)，

12、精度比較高，加之車(chē)站線路一般為直線，線路與站臺(tái)間距限差要求很?chē)?yán)，不易在車(chē)站進(jìn)行線路調(diào)整。 （1）中線調(diào)整測(cè)量和精密水準(zhǔn)測(cè)量 以“鋪軌單位”兩個(gè)車(chē)站中的中線控制點(diǎn)為起算控制點(diǎn)，與在區(qū)間隧道內(nèi)的原有施工中線控制點(diǎn)布設(shè)通過(guò)左、右線的附合導(dǎo)線。如左、右隧道之間有聯(lián)絡(luò)線，則應(yīng)布設(shè)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。平差后導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)和原來(lái)坐標(biāo)比較，當(dāng)其較差不影響隧道限界時(shí)，即可用這些中線控制點(diǎn)進(jìn)行下一步控制基標(biāo)測(cè)量工作。如果影響隧道限界時(shí)，則應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)等有關(guān)人員改移或調(diào)整中線至允許誤差內(nèi)的合適位置上。在“鋪軌單位”中布設(shè)一條通過(guò)左右線的精密附合水準(zhǔn)網(wǎng)，在區(qū)間埋設(shè)精密水準(zhǔn)控制點(diǎn)（盡量利用施工水準(zhǔn)點(diǎn)），水準(zhǔn)點(diǎn)間距為100200m，精密水

13、準(zhǔn)網(wǎng)按二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求 施測(cè)，水準(zhǔn)網(wǎng)閉合差小于8 Lmm（L為水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，以千米計(jì)）。 （2）鋪軌基標(biāo)測(cè)量 a、控制基標(biāo)的測(cè)設(shè)。利用調(diào)整后的中線控制點(diǎn)測(cè)設(shè)控制基標(biāo)，控制基標(biāo)分為初測(cè)、串線測(cè)量和調(diào)線測(cè)量三個(gè)步驟。初測(cè)：根據(jù)事先計(jì)算的控制基標(biāo)測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)法測(cè)至地面，并精確測(cè)定其位置。串線測(cè)量：對(duì)“鋪軌單位”中的控制基標(biāo)進(jìn)行串線測(cè)量，檢測(cè)控制基標(biāo)間角度、邊長(zhǎng)等幾何關(guān)系是否滿足設(shè)計(jì)精度要求。當(dāng)控制基標(biāo)間幾何關(guān)系超限，并與線路存在較大偏差時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)線工作。 調(diào)線測(cè)量：調(diào)線前，先在室內(nèi)計(jì)算控制基標(biāo)間夾角實(shí)測(cè)值與理論值較差，值超 過(guò)6時(shí)，可根據(jù)和控制基標(biāo)間距計(jì)算出控制基標(biāo)在垂直于線路方向的改正值

14、，然后 在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)超過(guò)6時(shí)所涉及的控制基標(biāo)進(jìn)行歸化改正。歸化改正時(shí)要照顧到相鄰基標(biāo)改 正值的相互影響，往往僅改正一個(gè)點(diǎn)就可使相鄰點(diǎn)幾何關(guān)系滿足要求?？刂苹鶚?biāo)的高程則利用上述精密水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定，其觀測(cè)方法和限差同精密水準(zhǔn)測(cè)量?？刂苹鶚?biāo)測(cè)設(shè)往往進(jìn)行多次，控制基標(biāo)高程和其之間的角度與邊長(zhǎng)不能滿足限差要求時(shí)，則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)線測(cè)量，直至滿足要求為止。 b、加密基標(biāo)的測(cè)設(shè)。在曲線段依據(jù)控制基標(biāo)間的方向，按加密基標(biāo)的間距，在控制基標(biāo)間埋設(shè)加密基標(biāo)。直線段埋設(shè)時(shí)全站儀定向、測(cè)距用穿線法確定各加密基標(biāo)的位置。在曲線段將儀器安置在控制基標(biāo)或曲線元素點(diǎn)上用偏角量距等方法設(shè)置加密基標(biāo)，加密基標(biāo)高程依控制基標(biāo)高程測(cè)量方法測(cè)定。 c、道岔鋪軌基標(biāo)的測(cè)設(shè)。地鐵線路道岔有單開(kāi)道岔、交分道岔、交叉渡線