城市地鐵工程定向測量及變形監(jiān)測技術(shù)研究

唐振興

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司， 北京 100176

0 引言

隨著我國城市化水平的不斷提高，城市道路交通擁堵現(xiàn)象日益嚴重，限制了城市的發(fā)展，影響了城市居民的生活質(zhì)量的提升。地鐵工程不僅高效、安全、可靠、準時、方便、舒適，而且地面空間的利用少，對環(huán)境的影響小，是目前城市公共交通的首選方式，并成為衡量城市現(xiàn)代化的重要標志。為保證地鐵施工和后期起運行維護安全，必須提高地鐵工程施工測量精度同時采取變形監(jiān)測技術(shù)，以提升地鐵工程的建設質(zhì)量，保證安全高效運行。

1 城市地鐵定向測量技術(shù)特點及內(nèi)容

1.1 城市地鐵工程定向測量特點

近年來，隨著城市地下工程規(guī)模的擴大和新設備、新技術(shù)的應用，地鐵工程的施工難度加大，地下施工環(huán)境，地質(zhì)條件復雜，對豎井定向精度的要求也更高，同時城市地下隧道長度也在不斷增加，對精密導向測量技術(shù)的精度持續(xù)提升，使得地鐵施工測量表現(xiàn)出新的技術(shù)特點：

1） 地鐵工程施工復雜、投資規(guī)模大、工期長，一般建設過程都是以線帶面方式，分期建設，這就要求測量工作在考慮近期施工精度同時還要顧及全局規(guī)劃，在規(guī)劃線路交叉點預留一定量的控制點重合，以保證各相關線路準確銜接；2） 受地鐵工程線路長度，工期要求等限制，地鐵建設一般由不同的承包商施工。各施工段在保證本段測量任務的同時還要顧及與鄰接工程的銜接；3） 地鐵工程施工測量的內(nèi)容多，涵蓋從地質(zhì)勘測到施工到運維的各個階段，從地面到地下，包括施工放樣、貫通測量變形監(jiān)測等多項測量工作；5） 地鐵工程測量環(huán)境差、對精度的影響因素多。

1.2 城市地鐵工程施工測量主要內(nèi)容

城市地鐵工程施工測量主要包括三個方面的內(nèi)容：地面控制網(wǎng)測量、地鐵施工測量以及變形監(jiān)測。

地面控制網(wǎng)測量主要是沿地鐵線路采用全站儀數(shù)字測量方法或是GPS 靜態(tài)控制測量方法建立二等首級平面控制網(wǎng)（GPS網(wǎng)），同時采用導線測量的方式對首級網(wǎng)進行加密，控制網(wǎng)精度要求城市三、四等。

地鐵施工測量主要包括施工控制測量、細部放樣測量、竣工測量、環(huán)境監(jiān)測等。施工控制測量中的地面控制測量包括維護施工期間地面的平整、高程主控制網(wǎng)完整，維護其可靠、可用，為施工方便加密地面控制點并維持其可靠、可用，通過豎井投點、定向，高程傳遞等方式實現(xiàn)地上、地面的聯(lián)系測量，最后是進行地下控制測量，控制地下主導線，地下主水準網(wǎng)，確保各區(qū)間隧道貫通，保證軌道安裝質(zhì)量。

地鐵工程變形監(jiān)測是保障地下鐵道工程建設的質(zhì)量、沿線建筑環(huán)境保護以及車輛運營安全的重要手段。監(jiān)測的項目主要包括支護、結(jié)構(gòu)變形測量、沿線地下管線變形測量；沿線地表沉降觀測；圍巖變形及壓力量以及地下隧道變形測量等工作。

2 城市地鐵工程定向測量的主要方法

在地鐵工程施工中，為了控制隧道施工的貫通誤差，需要根據(jù)施工現(xiàn)場條件采用適當?shù)氖┕ご胧?，同時設計和采用合理的測量方法，以保證隧道按照設計精度和要求貫通。

2.1 聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法主要是通過在地鐵隧道施工豎井處懸掛兩根鋼絲，由井上近井點測定到懸掛鋼絲的距離和角度，算出鋼絲的坐標及與鋼絲間方位角，同時在井下測量作業(yè)時，認為鋼絲坐標和方位角已知，通過坐標傳遞和數(shù)值計算等方式得出地下導線起始邊的坐標和方位角的測量方法。豎井三角形聯(lián)系測量主要優(yōu)點是運用普遍,精確度高,缺點是對鋼絲穩(wěn)定度要求高,觀測繁瑣,時間長,計算量大,對測量環(huán)境的要求較為嚴格。

2.2 豎直導線定向法

豎直導線定向是豎井聯(lián)系測量的一類，該測量方法的原來是將地面控制點的坐標、方向通過豎井傳遞到井下，并使地上和地下同處于同一坐標系統(tǒng)。豎直導線定向法對地鐵工程的定向測量尤為適用，城市地鐵工程一般深度較淺，處于地面20米范圍以內(nèi)，采用豎直導線定向法原理更簡單，且易于操，布網(wǎng)靈活，利于優(yōu)化設計，測量精度較高，能滿足施工精度要求。同時采用豎直導線定向法測量對施工測量現(xiàn)場的場地要求低，對施工的干擾較小。

2.3 水準陀螺儀聯(lián)合定向法

水準陀螺儀聯(lián)合定向方法原理就是利用垂準儀投出地上、地下在同一鉛垂線上的點位，根據(jù)地上、地下陀螺定向成果算出投點在空間的平面夾角，使地上、地下的導線連成一體，把地上導線坐標、方位角傳遞到地下導線。在地鐵工程施工，聯(lián)合定向法相比其它定向測量方法而言，作業(yè)效率更高，同時不受井筒孔徑大小限制，作業(yè)精度也能夠滿足要求，應用相對廣泛。

3 城市地鐵工程變形監(jiān)測研究

近年來，許多地鐵項目前期試驗、調(diào)研工作不充分，建設規(guī)模大，線路長，專業(yè)多，要求精度高，且工期偏緊，工期壓力導致安全機制變形；同時，由于地鐵工程受空間發(fā)展的限制，基坑深、隧道深，技術(shù)復雜，地鐵建設工程監(jiān)測和預警機制不完善，地鐵建設的風險管理制度還處于摸索階段，因此，開展地鐵工程變形監(jiān)測是很有必要的。

地鐵工程變形監(jiān)測工作要遵循規(guī)范標準、設計要求。監(jiān)測方案要經(jīng)過評審，施工變形監(jiān)測頻率最低為每天一次，第三方監(jiān)測為每三天一次，變形監(jiān)測的核心是設置基準點，基準點應選設在遠離地鐵基坑或隧道施工影響區(qū)的穩(wěn)固位置，沉降、位移等各項監(jiān)測均要設置基準點，并滿足規(guī)范要求。變形監(jiān)測的初值要在施工影響前測定，至少兩次獨立觀測合格結(jié)果取均值，監(jiān)測數(shù)據(jù)必須真實、準確，保留有效的原始記錄，監(jiān)測儀器需要保持正常，按規(guī)定進行檢定，并經(jīng)常比對測試結(jié)果。

4 結(jié)論

隨著近年來城市地鐵建設規(guī)模的不斷擴大以及人們對地鐵出行依賴程度的提升，地鐵的安全施工和運維成為關系民生的大事。而測量工作為地鐵安全提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和保障。本文在分析地鐵施工定向測量方法、特點、影響因素等問題的基礎上，對變形監(jiān)測技術(shù)進行了分析，其結(jié)果對指導地鐵施工測量，保證地鐵安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

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