城市地鐵工程定向測量及變形監測技術研究

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象日益嚴重，限制了城市的發展，影響了城市居民的生活質量的提升。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測技術，以提升地鐵工程的建設質量，保證安全高效運行。

1 城市地鐵定向測量技術特點及內容

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模的擴大和新設備、新技術的應用，地鐵工程的施工難度加大，地下施工環境，地質條件復雜，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的精度持續提升，使得地鐵施工測量表現出新的技術特點：

1） 地鐵工程施工復雜、投資規模大、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劃，在規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容多，涵蓋從地質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、貫通測量變形監測等多項測量工作；5） 地鐵工程測量環境差、對精度的影響因素多。

1.2 城市地鐵工程施工測量主要內容

城市地鐵工程施工測量主要包括三個方面的內容：地面控制網測量、地鐵施工測量以及變形監測。

地面控制網測量主要是沿地鐵線路采用全站儀數字測量方法或是GPS 靜態控制測量方法建立二等首級平面控制網（GPS網），同時采用導線測量的方式對首級網進行加密，控制網精度要求城市三、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、環境監測等。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地上、地面的聯系測量，最后是進行地下控制測量，控制地下主導線，地下主水準網，確保各區間隧道貫通，保證軌道安裝質量。

地鐵工程變形監測是保障地下鐵道工程建設的質量、沿線建筑環境保護以及車輛運營安全的重要手段。監測的項目主要包括支護、結構變形測量、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，需要根據施工現場條件采用適當的施工措施，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 聯系三角形法

聯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時，認為鋼絲坐標和方位角已知，通過坐標傳遞和數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。豎井三角形聯系測量主要優點是運用普遍,精確度高,缺點是對鋼絲穩定度要求高,觀測繁瑣,時間長,計算量大,對測量環境的要求較為嚴格。

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。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，采用豎直導線定向法原理更簡單，且易于操，布網靈活，利于優化設計，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場的場地要求低，對施工的干擾較小。

2.3 水準陀螺儀聯合定向法

水準陀螺儀聯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，聯合定向法相比其它定向測量方法而言，作業效率更高，同時不受井筒孔徑大小限制，作業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測研究

近年來，許多地鐵項目前期試驗、調研工作不充分，建設規模大，線路長，專業多，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展的限制，基坑深、隧道深，技術復雜，地鐵建設工程監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測是很有必要的。

地鐵工程變形監測工作要遵循規范標準、設計要求。監測方案要經過評審，施工變形監測頻率最低為每天一次，第三方監測為每三天一次，變形監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的穩固位置，沉降、位移等各項監測均要設置基準點，并滿足規范要求。變形監測的初值要在施工影響前測定，至少兩次獨立觀測合格結果取均值，監測數據必須真實、準確，保留有效的原始記錄，監測儀器需要保持正常，按規定進行檢定，并經常比對測試結果。

4 結論

隨著近年來城市地鐵建設規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據支撐和保障。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，對變形監測技術進行了分析，其結果對指導地鐵施工測量，保證地鐵安全穩定運行具有重要意義。

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[2]李洪志.豎井聯系測量在隧道施工中的應用[J].西部探礦工程，2005(104).

[3]陳志良.豎直導線定向測量理論及工程應用[J].鐵路勘察，2005(1)：51-55.