地鐵工程項目中的施工測量與誤差分析

武艷軍

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司,天津 300133)

地鐵工程項目中的施工測量與誤差分析

武艷軍

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司,天津 300133)

地鐵施工中,定位測量和貫通測量是兩項基礎(chǔ)性的測量工作,同時也關(guān)乎整個工程的安全和質(zhì)量,因此明確施工控制測量中引起誤差主要因素以及控制測量誤差的積累成為地鐵施工的重要環(huán)節(jié)。本文針對地面控制測量、豎井聯(lián)系測量和區(qū)間隧道施工控制測量,進行了簡單的誤差分析和精度優(yōu)化探討。

地鐵工程 測量 誤差 定位

1 地鐵施工測量的影響因素

地鐵施工主要包括地鐵車站和地鐵區(qū)間兩部分,常規(guī)的測量方法主要有地面控制測量、豎井聯(lián)系測量和區(qū)間隧道施工控制測量三種,這三個控制點通過影響測量的誤差,直接制約著地鐵貫通的精度,是地鐵施工中最為關(guān)鍵的三個因素。地鐵車站和明挖區(qū)間的施工主要依靠地面控制測量,通過地面控制點實現(xiàn)對車站內(nèi)各個關(guān)鍵點的放樣,同時把控區(qū)間控制中線的放置,測量的精度問題由地面控制點的測量誤差決定。地鐵暗挖區(qū)間的施工中最為關(guān)鍵的一步是要統(tǒng)一地面和地下的坐標、方位角和高程,保證地鐵工程地面和地下兩部分實現(xiàn)良好的銜接和統(tǒng)一。針對此,通常利用豎井、盾構(gòu)井以及新建好的地鐵車站,將地面上有關(guān)坐標、方位、高程等的測量信息傳遞到地下,實現(xiàn)兩者坐標系的統(tǒng)一。由此可見,對于暗挖區(qū)間施工而言,測量的精度問題由地面控制點、井上和井下聯(lián)系測量點以及區(qū)間隧道施工控制點三方面的誤差共同決定。

2 地鐵施工誤差分析

根據(jù)地鐵施工測量相關(guān)的規(guī)范和標準,暗挖區(qū)間橫向貫通誤差m=±50mm,高程貫通誤差m=±25mm,按照不等精度分配的原則,分別對井上、井下和聯(lián)系三個環(huán)節(jié)進行誤差分配,對于橫向貫通誤差而言, m井上=±25mm, m井下=±30mm, m聯(lián)系=±20mm;對于高程貫通誤差而言, m井上=±16mm, m井下=±16mm, m聯(lián)系=±10mm。

2.1 平面橫向貫通誤差及精度分析

在地鐵工程中,縱向貫通誤差與隧道的長度緊密相連,這對于地鐵的質(zhì)量問題影響不大,橫向貫通誤差是我們需要著重考慮的因素。在進行測量時,鉛垂儀與陀螺儀聯(lián)合定向、聯(lián)系三角形定向、導(dǎo)線定向是常用的三種方法,而誤差的產(chǎn)生更多的是由于儀器本身、儀器對中或者目標照準等環(huán)節(jié)。地面和地下控制測量主要采用導(dǎo)線法,進行井上、井下聯(lián)系測量時,根據(jù)不同的規(guī)范要求可以采用不同的方法進行。導(dǎo)線法在三種方法中精度最高,可以優(yōu)先考慮。在測量角度和距離的數(shù)據(jù)傳遞過程中,橫向誤差主要由角度誤差產(chǎn)生,對于地下控制測量而言,當導(dǎo)線的長度超過1千米時需要利用陀螺儀重新定位,減小角度誤差,同時為了減小儀器對中和目標照準誤差,利用強制歸心法,實現(xiàn)對測量過程誤差的分配。

2.2 高程貫通誤差及精度分析

高程誤差也同樣來自于地面、井上井下聯(lián)系測量、地下測量三個階段,在豎井聯(lián)系測量過程中,通常采用的方法是在端頭井的位置安裝鋼尺,然后地上和地下兩臺水準儀同時讀數(shù)并進行數(shù)據(jù)傳遞,對于這個過程,誤差的來源主要是儀器和鋼尺的精度,人的讀數(shù)誤差。總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)高程誤差的行業(yè)經(jīng)驗,一般將其誤差合理分配為:地面控制中心誤差m=±16mm,上下傳遞誤差m=±10mm,地下控制中心誤差m=±16mm。

3 施工測量誤差優(yōu)化方法

3.1 地面控制測量

地鐵的走向控制是地面控制測量的內(nèi)容之一,一般在地鐵工程中采用GPS網(wǎng)實現(xiàn)對工程線路走向的監(jiān)測和控制。在利用空中衛(wèi)星對地面線路進行定位時,為了保證信號的完整接收,要求在接收點上方高度角10°范圍內(nèi)不能有遮擋物。針對此,為了提高測量精度,需要將接收的GPS點埋設(shè)在高層建筑的屋頂,同時,在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)地面導(dǎo)線網(wǎng),方便地鐵車站和豎井的測量工作的進行。

3.2 豎井聯(lián)系測量方式分析

導(dǎo)線法、聯(lián)系三角形法、鉆孔投點法、垂準儀和陀螺全站儀聯(lián)合法是豎井聯(lián)系測量中最關(guān)鍵的幾種方法。

導(dǎo)線定向是利用導(dǎo)線測量,通過豎井、已建車站等,進行井上和井下的數(shù)據(jù)傳遞,它的精度可以控制在20mm以內(nèi),但由于受到地鐵埋藏深度大(大多在10米以上)、豎井斷面小等現(xiàn)實條件的制約,應(yīng)用范圍受限。聯(lián)系三角形定向是采用在地面和井下構(gòu)造三角形,利用三角形的幾何關(guān)系實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的方法,該方法抗外界干擾能力差,操作復(fù)雜且耗時長,因此不長采用,但由于其成本低,對于深度不超過50米的隧道定向而言十分可行。鉆孔投點法是通過地面鉆孔,地下投點,利用垂準儀將數(shù)據(jù)傳遞到井下,相鄰兩孔之間的距離要控制在150米以上。垂準儀和陀螺全站儀聯(lián)合法則是利用垂準儀投點,陀螺全站儀測定陀螺方位角,計算得到地面導(dǎo)線邊的方位角,實現(xiàn)對方位數(shù)據(jù)的傳遞。該方法測量所需時間短,精度高,操作簡單,但是儀器價格昂貴。

3.3 區(qū)間隧道施工控制測量

隧道施工控制測量主要針對暗挖區(qū)間而言,包括控制導(dǎo)線和施工導(dǎo)線的測量。在施工初期,挖掘工作進行在150米以內(nèi)時,通過上述聯(lián)系測量傳遞的數(shù)據(jù),用施工導(dǎo)線進行接收,根據(jù)這些數(shù)據(jù)把握隧道線路方位,進行到150米左右,進行第二次方位校正,鋪設(shè)兩條交叉導(dǎo)線作為控制導(dǎo)線,保證施工線路的方位,減少測量誤差。考慮到隧道環(huán)境的不穩(wěn)定性,控制點因此會受到影響,為了減少這種狀況,每次延伸施工控制導(dǎo)線之前,需要對前三個控制點進行檢測,選擇其中穩(wěn)定的控制點進行導(dǎo)線測量。

4 施工測量減小誤差的措施

為了保證施工測量的精度,在此提出了以下減小誤差的措施:

(1)導(dǎo)線點、水準點、軸線點要鋪設(shè)在外部環(huán)境穩(wěn)定的地點,加強對測量控制點的保護,防止移動和損壞導(dǎo)線點;(2)做好測定儀器的檢定和校正;(3)保護原始測量值和記錄日志,確保數(shù)據(jù)的完整性,做好現(xiàn)場核對工作;(4)測量過程中要消除外界的干擾因素,遇到受環(huán)境的影響較大時需重新測量。

5 結(jié)語

測量工作是地鐵工程各項工作開展的基礎(chǔ),測量數(shù)據(jù)的好壞直接影響到地鐵建設(shè)的質(zhì)量問題,平面坐標和高程數(shù)據(jù)作為其中最關(guān)鍵的兩項內(nèi)容,它的重要性尤為突出。施工測量是貫穿于整個地鐵工程建設(shè)的關(guān)鍵性項目,需要測量技術(shù)員根據(jù)現(xiàn)場實際情況謹慎選擇測量方案,嚴格把控井上、井下以及上下數(shù)據(jù)傳遞這三個環(huán)節(jié)的測量精度,進行科學(xué)合理的作業(yè)。

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[4]關(guān)繼發(fā).新建地鐵隧道穿越既有地鐵安全風險及其控制技術(shù)的研究[J].西安建筑科技大學(xué),2009(10).

武艷軍(1984—),男,河南省輝縣人,碩士,助工,研究方向:主要從事地鐵測量及變形監(jiān)測工作。