地下工程測量

劉登銀

地下工程測量簡介

地下工程測量是工程測量學的一個分支，主要是研究地下、水下具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用性學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。眾所周知，地下工程在規劃、設計、施工、竣工及經營管理各階段所進行的測量工作，包括鐵路隧道、道路隧道、城市地下鐵道、地下防空建筑群、地下電站、水工隧洞、航運隧道、艦艇掩蔽隧洞、飛機掩蔽隧洞、地下油庫、地下倉庫、地下工廠等的工程測量。地下工程測量的主要特點：環境惡劣、無自然光、進度要求高;、量工作具有連續性和重復性、測量成果要重復測量、檢核工作量大等。

一、地下工程測量的特點

（1）地下工程施工面黑暗潮濕，環境較差，經常需進行點下對中，有時邊長較短，因此測量精度難以提高;

（2）地下工程的坑道往往采用獨頭掘進，洞室之間互不相通，不便組織校核，出現錯誤不能及時發現。隨著坑道的進展，點位誤差的累積越來越大;

（3）地下工程施工面狹窄，并且坑道往往只能前后通視，造成控制測量形式比較單一，僅適合布設導線;

（4）測量工作隨著坑道工程的掘進，而不間斷的進行。一般先以低等級導線指示坑道掘進，而后布設高級導線進行檢核;

（5）由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的測量方法（如為保證地下和地面采用統一的坐標系統，需進行聯系測量）和儀器。

地下工程對測量的要求

二、地下工程測量的關鍵環節

地下工程的測量環節包括：建立地面控制網、地面和地下的聯系測量、地下坑道中的控制、竣工及施工測量。對測量的要求如下：

（1）應嚴格按照先控制后碎部、高級控制低級、對測量成果逐項檢核，測量精度必須滿足規范要求等原則進行。

（2）在隧道工程中，兩個相向開挖的工作面的施工中線往往因測量誤差產生貫通誤差（分為縱向、橫向和高程貫通誤差）。對于隧道而言，縱向誤差不會影響隧道的貫通質量，而橫向誤差和高程誤差將影響隧道的貫通質量。因此應采取措施嚴格控制橫向誤差和高程誤差，以保證工程質量。

（3）為保證地下工程的施工質量，在工程施工前，應進行工程測量誤差預計。預計中應將容許的竣工誤差加以適當分配。一般來說，地面上的測量條件比地下好，故對地面控制測量的精度應要求高一些，而將地下測量的精度要求適當降低。

（4）在地下工程中應盡量采用先進的測量設備。地面控制測量應采用GPS測量技術進行。平面聯系測量應盡量采用陀螺定向。坑道內的導線測量應采用紅外測距儀測距以加大導線邊長，減少導線點數。為限制測角誤差的傳遞，當導線前進一定距離后應使用高精度陀螺經緯儀加測陀螺定向邊。

（5）地下工程控制測量根據其工程范圍（或長度）、工程類型、工程的施工方法可大致分為三類：一類是簡單的小型地下工程（如較短的隧道、較小的且采用明挖法建造的地下商場、倉儲等），該類型工程可不進行控制測量而直接測量（現場標定法）;另一類是大型的隧道工程，其控制測量從網型上看多呈直伸形，且有特殊要求;再一類是地下礦山工程、城市地鐵工程，該類工程涉及范圍大，因此控制網覆蓋面積大，精度要求高。

三、地下工程測量的主要內容

地下工程測量的主要包括：地面控制測量、聯系測量、地下控制測量、貫通測量、地下工程施工測量、地下變形監測以及地下管線探測等，這里著重介紹聯系測量。聯系測量：將地面平面坐標系統和高程系統傳遞到地（井）下的測量，稱為聯系測量。地面平面坐標系統傳遞到地（井）下的測量稱平面聯系測量，簡稱定向。將地面高程系統傳遞到地（井）下的測量稱高程聯系測量，簡稱導入高程。聯系測量的目的是使地面和地（井）下測量控制網采用同一坐標系統。聯系測量的任務：①確定地下導線測量起算邊的坐標方位角;②確定地下導線測量起算點的平面坐標;③確定地下高程測量起算點高程。

（1）聯系測量定向種類

①幾何定向：通過平峒和斜井定向、通過一個豎井定向、通過兩個豎井定向。②物理定向：用磁性儀器定向、用投向儀定向、用陀螺經緯儀定向。一井定向原理：在豎井井筒中懸掛兩根鋼絲垂球線在地面上利用地面控制點測定兩垂球線的平面坐標及其聯線方位角，在井下使用全站儀測角量邊把垂球線與井下起始控制點連接起來，通過計算確定井下起始控制點的坐標和方位角。

（2）聯系測量的誤差和處理措施

由地面向定向水平上投點時，由于井筒內氣流、滴水等影響，致使井下垂球線偏離地面上的位置，該線量偏差e稱為投點誤差，由此而引起的垂球線連線的方向誤差θ叫做投向誤差。減少投點誤差的主要措施：

①盡管增加兩垂球線間的距離，并選擇合理的垂球線位置。例如使兩垂球線連線方向盡量與氣流方向一致。這樣盡管沿氣流方向的垂球線偏斜可能較大，但垂直于兩垂球線連線方向上的傾斜卻不大，因而可以減少投向誤差。②盡量減少馬頭門處氣流對垂球線的影響。定向時最好停止風機運轉，以減少風速。③采用小直徑、高強度的鋼絲，適量加大垂球重量，并將垂球浸入穩定液中。④減少滴水對垂球線及垂球的影響，在淋水大的井筒，必須采用擋水措施，并在大水桶上加擋水蓋。

四、地下工程測量的發展前景

地下工程測量學的發展前景，地下工程測量理論與技術的快速發展與現實的測量儀器、技術和工程有著密切的關系。工程測量技術的自動化、智能化、小型化、無線化和動態測量化是一個總的發展趨勢。我國的地下工程測量在各個方面取得了巨大的發展，為國民經濟建設解決了諸多的關鍵問題。每年一次的全國性的工程測量學術研討會就給國內的測量工作者提供了一次不斷交流、探討、總結和提高的機會。但由于各方面的原因，如測繪市場的不規范、資金和人力的投入不足、追求短期效應等，國內的地下工程測量在先進技術的研究和應用方面比起發達的國家，還存在一定的差距。因此，地下工程測量理論與技術應該在以下幾個方面有更好的發展：（1）針對特殊工程的專用儀器的研制，特別是傳感器的研制;（2）各種傳感器集成、數據處理及自動化實現，如各種移動測量系統的研制;（3）新型測量儀器的檢校設備理論和方法;（4）多類連續變形監測數據的聯合處理與分析的理論與方法;（5）數據處理中數學物理模型的建立、分析和辨識等。