地鐵施工測(cè)量安全的影響因素及技術(shù)應(yīng)用研究

卞 成

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司， 北京 100040）

0 引言

近些年,由于我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的加快,人們生活的水平在逐年的提高和完善,運(yùn)輸方式在變化,我們出行的交通問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。為了有效應(yīng)對(duì)與解決突出的問(wèn)題和城市交通擁擠的狀況,滿足現(xiàn)代人們逐漸增長(zhǎng)的交通出行的需要,城市的地鐵基礎(chǔ)工程的建設(shè)得到了蓬勃發(fā)展。城市地鐵的施工設(shè)計(jì)和測(cè)量的工作一直是城市地鐵基礎(chǔ)工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究是地鐵工程施工與運(yùn)行安全的重要保證。

1 地鐵施工測(cè)量安全的現(xiàn)狀

隨著當(dāng)前我國(guó)的城市一體化和地鐵隧道貫通建設(shè)的現(xiàn)代化的迅猛發(fā)展,地鐵施工隧道貫通測(cè)量安全的問(wèn)題也越來(lái)越多地受到了關(guān)注,地鐵施工隧道的貫通施工聯(lián)系測(cè)量隧道技術(shù)的誤差累計(jì)研究主要內(nèi)容就是對(duì)某一隧道貫通測(cè)量技術(shù)環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行研討,地鐵貫通施工隧道聯(lián)系貫通測(cè)量隧道技術(shù)采用單支導(dǎo)線激光投點(diǎn)儀,地下隧道導(dǎo)線測(cè)量采用雙支陀螺儀導(dǎo)線,相比于陀螺儀邊方位,導(dǎo)線邊方位的誤差缺乏深度分析和對(duì)導(dǎo)線橫向方位角誤差的研究。我國(guó)地鐵隧道施工連接測(cè)量隧道貫通測(cè)量技術(shù)研究,數(shù)據(jù)的邊方位和誤差累計(jì)源自于傳統(tǒng)的地面隧道交通控制系統(tǒng)測(cè)量、豎井隧道施工聯(lián)系貫通測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差累計(jì),同時(shí)，在這些測(cè)量方面我們需要更多地考慮數(shù)據(jù)誤差，但是在地鐵施工的隧道貫入測(cè)量中，很少結(jié)合這些測(cè)量環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行深入的分析和討論。

地鐵施工中測(cè)量的安全性主要取決于地鐵施工中的滲透測(cè)量技術(shù)和測(cè)量管理水平。地鐵施工貫入測(cè)量技術(shù)是指利用地面控制測(cè)量、豎井連接測(cè)量和隧道分段施工來(lái)控制測(cè)量方向的測(cè)量技術(shù)。測(cè)量方案的規(guī)范和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確是其重要依據(jù)。從地鐵測(cè)量管理模式來(lái)看，為了提高地鐵施工測(cè)量的安全效果,會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)行多次復(fù)測(cè)，例如地鐵施工要求項(xiàng)目部測(cè)量隊(duì)和第三方監(jiān)測(cè)人員對(duì)地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和井下導(dǎo)線都需要進(jìn)行復(fù)測(cè),結(jié)果反復(fù)確認(rèn)查驗(yàn)才能使用 ，這一過(guò)程復(fù)雜耗時(shí)，需投入大批的資金和人力，同時(shí)鑒于施工進(jìn)度問(wèn)題容易出現(xiàn)遺漏,對(duì)地鐵施工的安全性造成威脅。

2 地鐵施工測(cè)量安全的影響因素

我國(guó)城市地鐵隧道的建設(shè)主要包括城市地鐵站和地鐵線路建設(shè)段的隧道建設(shè)兩部分。我國(guó)城市車站和地鐵的施工安全包括基本意義的兩個(gè)主要方面。一方面，根據(jù)隧道施工設(shè)計(jì)的要求，是否可以在指定的隧道施工地點(diǎn)成功穿入城市地鐵站和隧道工程；一方面，由于在隧道施工過(guò)程中進(jìn)行地下開挖，可能會(huì)擾亂巖土的變形，引起巖土的變形，但也可能影響地鐵和地下的主體結(jié)構(gòu)。隧道施工以及建筑物周圍的地面，重要的管道，地面道路和其他巖土體會(huì)引起垂直或水平方向的移動(dòng)和沉降，從而影響隧道施工周圍環(huán)境的安全。

地鐵隧道施工貫通控制測(cè)量安全的控制技術(shù)主要是指地鐵隧道的安全貫通控制測(cè)量的技術(shù),安全的貫通控制技術(shù)保證了地鐵工程中隧道施工控制測(cè)量的安全。通過(guò)地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和區(qū)間地鐵隧道的施工這三個(gè)控制點(diǎn)的測(cè)量直接影響隧道施工測(cè)量的精度和誤差,它限制了地鐵隧道安全穿透的測(cè)量精度，這是影響地鐵隧道建設(shè)的三個(gè)主要因素。

地面施工控制點(diǎn)的測(cè)量工作主要是運(yùn)用于隧道和城市地鐵工程的車站和明挖區(qū)間的隧道施工,通過(guò)對(duì)地面的控制點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車站內(nèi)每個(gè)隧道施工關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)和放樣,同時(shí)把控制了區(qū)間隧道控制中線的放置,測(cè)量的方位角和精確度誤差問(wèn)題由暗挖區(qū)間地面施工控制點(diǎn)的測(cè)量誤差共同決定。地鐵工程暗挖區(qū)間的測(cè)量在施工中最重要的一項(xiàng)工作就是要通過(guò)統(tǒng)一確定地面和地下的暗挖高程坐標(biāo)、方位角和暗挖高程,確保整個(gè)地鐵施工暗挖區(qū)間地面和地下兩部分之間實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量信息鏈接和管理信息統(tǒng)一。針對(duì)此,通?？梢岳冒低谪Q井、盾構(gòu)井以及目前新建好的隧道和地鐵車站,將與地面上暗挖區(qū)間有關(guān)的坐標(biāo)、方位、高程的方位角和測(cè)量管理信息統(tǒng)一傳遞到施工區(qū)地下,實(shí)現(xiàn)兩者暗挖高程坐標(biāo)系的管理信息統(tǒng)一[1]。

由此得知,對(duì)地鐵工程暗挖區(qū)間的施工來(lái)說(shuō),測(cè)量的方位角和精度誤差問(wèn)題由暗挖區(qū)間地面施工控制點(diǎn)、井上和井下互相聯(lián)系的測(cè)量點(diǎn)以及暗挖區(qū)間隧道和井下施工控制點(diǎn)三方面的測(cè)量誤差共同監(jiān)測(cè)和決定。不管到底是上述哪一方面的問(wèn)題,都直接對(duì)整個(gè)地鐵暗挖工程的測(cè)量和管理效果產(chǎn)生重要的影響,甚至?xí)苯幼屨麄€(gè)暗挖區(qū)間施工的測(cè)量過(guò)程失去了控制。因此，對(duì)地鐵項(xiàng)目在工程施工設(shè)計(jì)和測(cè)量工作中可能存在的一些問(wèn)題如何進(jìn)行有效控制,同時(shí)也是對(duì)于地鐵建設(shè)工程項(xiàng)目的全過(guò)程施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制和管理的重要一環(huán)[2]。

3 地鐵施工測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 地鐵施工地面控制測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

地鐵線路施工時(shí),應(yīng)根據(jù)城市軌道交通的線路與實(shí)際工程設(shè)計(jì)的要求和現(xiàn)場(chǎng)的情況合理確定城市軌道平面導(dǎo)線控制網(wǎng)的大小、形狀和點(diǎn)位分布,可以直接依據(jù)城市軌道交通的實(shí)際規(guī)劃線路設(shè)置隧道全面網(wǎng),同時(shí)也可以根據(jù)城市軌道交通的實(shí)際線路形狀設(shè)置單獨(dú)的導(dǎo)線控制網(wǎng)。當(dāng)前,城市隧道和地鐵線路施工的隧道地面導(dǎo)線控制基本采用了GPS衛(wèi)星定位控制網(wǎng)技術(shù), 地鐵工程隧道施工前為進(jìn)行地面導(dǎo)線控制網(wǎng)的測(cè)量所需要布設(shè)的控制網(wǎng)通?？梢员环Q作三網(wǎng),包括精密導(dǎo)線GPS網(wǎng)、精密導(dǎo)線水準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)、精密導(dǎo)線水準(zhǔn)網(wǎng)。

在修建地鐵隧道之前，要建立三網(wǎng)，并建立測(cè)量和維護(hù)地鐵隧道三網(wǎng)的建設(shè)基準(zhǔn)。接著在地鐵的建設(shè)過(guò)程中，隧道的建設(shè)將對(duì)其周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，這就有破壞三網(wǎng)布設(shè)的精密導(dǎo)線GPS點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)和精密水準(zhǔn)控制點(diǎn)的可能性。為了有效地保證其精確性，有必要對(duì)三網(wǎng)的基期數(shù)據(jù)資料展開定期以及全面的保護(hù)以及重新測(cè)驗(yàn)。將測(cè)驗(yàn)結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建立結(jié)果展開比較。假如數(shù)據(jù)資料的變化能迎合地鐵隧道建設(shè)的要求，則可以連續(xù)使用；假使三網(wǎng)合理布局的基準(zhǔn)控制點(diǎn)原始數(shù)據(jù)的變化大大小于了地鐵隧道建設(shè)的要求，亦三網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)應(yīng)該及時(shí)采用其余保護(hù)及觀測(cè)保護(hù)措施[3]。

3.2 地鐵施工豎井聯(lián)系測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

豎井鋼絲聯(lián)系測(cè)量將地面的坐標(biāo)系通過(guò)鋼絲傳遞到地下，,讓地上及地下通過(guò)鋼絲傳遞具有相同的坐標(biāo)子系統(tǒng)。在軌道交通車站興建的過(guò)程中,當(dāng)車站預(yù)留盾構(gòu)口施工時(shí),應(yīng)將地面的坐標(biāo)方位角傳送到車站的盾構(gòu)始發(fā)井下，再把中心線數(shù)據(jù)資料輸入盾構(gòu)系統(tǒng),以便于指導(dǎo)始發(fā)井盾構(gòu)施工。另一方面?zhèn)魉偷骄碌姆轿唤羌拜斎氲闹芯€資料來(lái)指導(dǎo)始發(fā)井盾構(gòu)隧道施工的一個(gè)重要起算數(shù)據(jù)資料傳遞成果的真實(shí)性、準(zhǔn)確度的高低直接關(guān)系到始發(fā)井隧道的施工頂進(jìn)速度以及方向,關(guān)系著隧道施工的安全[4]。

豎井鋼絲聯(lián)系測(cè)量是在聯(lián)接地上與地下的前提條件下,以地面導(dǎo)線附合在近井點(diǎn)的坐標(biāo)方為主要測(cè)量依據(jù),井下近井控制點(diǎn)以地面導(dǎo)線附和在近井點(diǎn)運(yùn)用合理的測(cè)量方法將豎井地面點(diǎn)的坐標(biāo)方位傳送到地下去。井上近井點(diǎn)的坐標(biāo)方位角的偏差將致使地下近井導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角偏差不會(huì)偏向同一個(gè)誤差值,由此直接引起地下近井導(dǎo)線各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)位偏差將隨地下近井導(dǎo)線的延長(zhǎng)而是逐步增加[5]。所以,怎么樣控制或是有效地減輕此坐標(biāo)點(diǎn)位偏差的發(fā)生以及傳播,直接的影響關(guān)系到了施工豎井緊密聯(lián)系測(cè)量的安全。

3.3 地鐵施工區(qū)間隧道施工控制測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

在我國(guó)地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)的挖掘過(guò)程中,當(dāng)明挖車站預(yù)留口作為盾構(gòu)始發(fā)井完工后,需將車站地面的坐標(biāo)方位與高程通過(guò)傳遞到車站地下,為盾構(gòu)隧道施工的掘進(jìn)方向提供了依據(jù)。因此地鐵建設(shè)工程挖掘豎井之下的平面與高程的始發(fā)井?dāng)?shù)據(jù)要與盾構(gòu)施工最初的始發(fā)井?dāng)?shù)據(jù)不能同時(shí)出現(xiàn)較大的偏差,此方面始發(fā)井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是否完全達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果的精確程度等等都會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道的挖掘進(jìn)行方向產(chǎn)生較大的影響,與地鐵建設(shè)工程的質(zhì)量和安全性之間存在重大的關(guān)聯(lián),也與地鐵建設(shè)工程的實(shí)際施工進(jìn)度及質(zhì)量存在重要的聯(lián)系。

由于井下隧道前提的特殊限制,隧道內(nèi)的導(dǎo)線始終只能在隧道內(nèi)布設(shè)一條成支導(dǎo)線或是雙導(dǎo)線,隧道內(nèi)地面的角度測(cè)量誤差、聯(lián)系測(cè)量控制誤差、井下跟蹤導(dǎo)線延伸的測(cè)量誤差均將始終積聚在整個(gè)隧道內(nèi)井下導(dǎo)線的最弱邊上,而地下導(dǎo)線的最弱邊應(yīng)是指向盾構(gòu)導(dǎo)線控制系統(tǒng)的一個(gè)起始方位,所以井下方位角的測(cè)量準(zhǔn)確度直接地關(guān)系著地鐵盾構(gòu)的精確性以及貫通安全,也是現(xiàn)今軌道交通工程盾構(gòu)測(cè)量安全技術(shù)手段管理工作的重要技術(shù)手段核心內(nèi)容以及難點(diǎn)所在[5]。

3.4 測(cè)量機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

測(cè)量的機(jī)器人,一種智能型的電子地鐵安全站儀,能夠有效的代替了機(jī)器人進(jìn)行對(duì)地鐵測(cè)量和施工路線圖測(cè)量的工作,它可以自動(dòng)進(jìn)行搜索、跟蹤和自動(dòng)識(shí)別,還甚至可以對(duì)所需要服務(wù)目標(biāo)的影像進(jìn)行準(zhǔn)確的照射,以快速的取得所需要的角度、距離、三維坐標(biāo)和地平線影像等的信息和材料,通過(guò)把地鐵進(jìn)行測(cè)量和繪制的機(jī)器人在地鐵的工程中廣泛進(jìn)行了使用,有效的提升了地鐵工程測(cè)量的準(zhǔn)確性和工作效率，測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了有機(jī)融合[6]。通過(guò)測(cè)量的機(jī)器人在對(duì)地鐵的施工過(guò)程中的廣泛運(yùn)用,可以有效的提高了測(cè)量過(guò)程中數(shù)據(jù)采集和處理的效率和能力,確保了測(cè)量過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確性,提升了地鐵的施工測(cè)量和放樣的數(shù)據(jù)處理效率和測(cè)量精準(zhǔn)度,降低了數(shù)據(jù)誤差。

4 結(jié)論

地鐵軌道工程的測(cè)量技術(shù)工作管理是一種貫穿于整個(gè)城市交通工程始終,系統(tǒng)復(fù)雜的測(cè)量工作流程及其性質(zhì)并對(duì)于工程質(zhì)量安全提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。本文主要通過(guò)對(duì)當(dāng)前地鐵施工中測(cè)量安全的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和其影響這些因素的調(diào)查與分析,根據(jù)當(dāng)前地鐵工程測(cè)量技術(shù)施工的實(shí)際特點(diǎn),對(duì)于地鐵軌道工程測(cè)量管理技術(shù)的有效應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的技術(shù)研究與理論探索。隨著我國(guó)城市化的進(jìn)程和地鐵工程科研現(xiàn)代化水平的進(jìn)一步提升,需要在充分保證地鐵工程質(zhì)量的基本情況下,改進(jìn)對(duì)地鐵工程測(cè)量技術(shù)的管理和服務(wù)工作,加強(qiáng)對(duì)于地鐵工程測(cè)量管理技術(shù)的有效應(yīng)用研究工作,積極推廣應(yīng)用地鐵工程測(cè)量新設(shè)備與技術(shù),保證了測(cè)量各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)質(zhì)量與安全水平,確保測(cè)量工程的順利開展并最終取得良好的社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益,為推動(dòng)我國(guó)城市交通安全有序的持續(xù)健康發(fā)展奠定良好的理論基礎(chǔ)。