地鐵施工測量安全的影響因素及技術(shù)應(yīng)用研究

卞 成

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司， 北京 100040）

0 引言

近些年,由于我國市場經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化建設(shè)進程的加快,人們生活的水平在逐年的提高和完善,運輸方式在變化,我們出行的交通問題越來越嚴(yán)重。為了有效應(yīng)對與解決突出的問題和城市交通擁擠的狀況,滿足現(xiàn)代人們逐漸增長的交通出行的需要,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)計和測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)，測量技術(shù)的應(yīng)用研究是地鐵工程施工與運行安全的重要保證。

1 地鐵施工測量安全的現(xiàn)狀

隨著當(dāng)前我國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量安全的問題也越來越多地受到了關(guān)注,地鐵施工隧道的貫通施工聯(lián)系測量隧道技術(shù)的誤差累計研究主要內(nèi)容就是對某一隧道貫通測量技術(shù)環(huán)節(jié)的誤差進行研討,地鐵貫通施工隧道聯(lián)系貫通測量隧道技術(shù)采用單支導(dǎo)線激光投點儀,地下隧道導(dǎo)線測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導(dǎo)線橫向方位角誤差的研究。我國地鐵隧道施工連接測量隧道貫通測量技術(shù)研究,數(shù)據(jù)的邊方位和誤差累計源自于傳統(tǒng)的地面隧道交通控制系統(tǒng)測量、豎井隧道施工聯(lián)系貫通測量和地下導(dǎo)線測量的數(shù)據(jù)誤差累計,同時，在這些測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量中，很少結(jié)合這些測量環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)誤差進行深入的分析和討論。

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

2 地鐵施工測量安全的影響因素

我國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。我國城市車站和地鐵的施工安全包括基本意義的兩個主要方面。一方面，根據(jù)隧道施工設(shè)計的要求，是否可以在指定的隧道施工地點成功穿入城市地鐵站和隧道工程；一方面，由于在隧道施工過程中進行地下開挖，可能會擾亂巖土的變形，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引起垂直或水平方向的移動和沉降，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量的安全。通過地面控制測量、豎井聯(lián)系測量和區(qū)間地鐵隧道的施工這三個控制點的測量直接影響隧道施工測量的精度和誤差,它限制了地鐵隧道安全穿透的測量精度，這是影響地鐵隧道建設(shè)的三個主要因素。

地面施工控制點的測量工作主要是運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,通過對地面的控制點可以實現(xiàn)對地鐵車站內(nèi)每個隧道施工關(guān)鍵點的監(jiān)測和放樣,同時把控制了區(qū)間隧道控制中線的放置,測量的方位角和精確度誤差問題由暗挖區(qū)間地面施工控制點的測量誤差共同決定。地鐵工程暗挖區(qū)間的測量在施工中最重要的一項工作就是要通過統(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,確保整個地鐵施工暗挖區(qū)間地面和地下兩部分之間實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的測量信息鏈接和管理信息統(tǒng)一。針對此,通常可以利用暗挖豎井、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、高程的方位角和測量管理信息統(tǒng)一傳遞到施工區(qū)地下,實現(xiàn)兩者暗挖高程坐標(biāo)系的管理信息統(tǒng)一[1]。

由此得知,對地鐵工程暗挖區(qū)間的施工來說,測量的方位角和精度誤差問題由暗挖區(qū)間地面施工控制點、井上和井下互相聯(lián)系的測量點以及暗挖區(qū)間隧道和井下施工控制點三方面的測量誤差共同監(jiān)測和決定。不管到底是上述哪一方面的問題,都直接對整個地鐵暗挖工程的測量和管理效果產(chǎn)生重要的影響,甚至?xí)苯幼屨麄€暗挖區(qū)間施工的測量過程失去了控制。因此，對地鐵項目在工程施工設(shè)計和測量工作中可能存在的一些問題如何進行有效控制,同時也是對于地鐵建設(shè)工程項目的全過程施工質(zhì)量進行有效控制和管理的重要一環(huán)[2]。

3 地鐵施工測量技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 地鐵施工地面控制測量技術(shù)的應(yīng)用

地鐵線路施工時,應(yīng)根據(jù)城市軌道交通的線路與實際工程設(shè)計的要求和現(xiàn)場的情況合理確定城市軌道平面導(dǎo)線控制網(wǎng)的大小、形狀和點位分布,可以直接依據(jù)城市軌道交通的實際規(guī)劃線路設(shè)置隧道全面網(wǎng),同時也可以根據(jù)城市軌道交通的實際線路形狀設(shè)置單獨的導(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行地面導(dǎo)線控制網(wǎng)的測量所需要布設(shè)的控制網(wǎng)通常可以被稱作三網(wǎng),包括精密導(dǎo)線GPS網(wǎng)、精密導(dǎo)線水準(zhǔn)點網(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)，并建立測量和維護地鐵隧道三網(wǎng)的建設(shè)基準(zhǔn)。接著在地鐵的建設(shè)過程中，隧道的建設(shè)將對其周圍環(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、導(dǎo)線點和精密水準(zhǔn)控制點的可能性。為了有效地保證其精確性，有必要對三網(wǎng)的基期數(shù)據(jù)資料展開定期以及全面的保護以及重新測驗。將測驗結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)平臺建立結(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)平臺應(yīng)該及時采用其余保護及觀測保護措施[3]。

3.2 地鐵施工豎井聯(lián)系測量技術(shù)的應(yīng)用

豎井鋼絲聯(lián)系測量將地面的坐標(biāo)系通過鋼絲傳遞到地下，,讓地上及地下通過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程中,當(dāng)車站預(yù)留盾構(gòu)口施工時,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€資料來指導(dǎo)始發(fā)井盾構(gòu)隧道施工的一個重要起算數(shù)據(jù)資料傳遞成果的真實性、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)線附合在近井點的坐標(biāo)方為主要測量依據(jù),井下近井控制點以地面導(dǎo)線附和在近井點運用合理的測量方法將豎井地面點的坐標(biāo)方位傳送到地下去。井上近井點的坐標(biāo)方位角的偏差將致使地下近井導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角偏差不會偏向同一個誤差值,由此直接引起地下近井導(dǎo)線各個點的坐標(biāo)點位偏差將隨地下近井導(dǎo)線的延長而是逐步增加[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)系測量的安全。

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

在我國地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)的挖掘過程中,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)方位與高程通過傳遞到車站地下,為盾構(gòu)隧道施工的掘進方向提供了依據(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)確性是否完全達到了標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果的精確程度等等都會對盾構(gòu)隧道的挖掘進行方向產(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)工程的實際施工進度及質(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)地面的角度測量誤差、聯(lián)系測量控制誤差、井下跟蹤導(dǎo)線延伸的測量誤差均將始終積聚在整個隧道內(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)的一個起始方位,所以井下方位角的測量準(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)容以及難點所在[5]。

3.4 測量機器人技術(shù)的應(yīng)用

測量的機器人,一種智能型的電子地鐵安全站儀,能夠有效的代替了機器人進行對地鐵測量和施工路線圖測量的工作,它可以自動進行搜索、跟蹤和自動識別,還甚至可以對所需要服務(wù)目標(biāo)的影像進行準(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,通過把地鐵進行測量和繪制的機器人在地鐵的工程中廣泛進行了使用,有效的提升了地鐵工程測量的準(zhǔn)確性和工作效率，測量數(shù)據(jù)進行了有機融合[6]。通過測量的機器人在對地鐵的施工過程中的廣泛運用,可以有效的提高了測量過程中數(shù)據(jù)采集和處理的效率和能力,確保了測量過程中數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確性,提升了地鐵的施工測量和放樣的數(shù)據(jù)處理效率和測量精準(zhǔn)度,降低了數(shù)據(jù)誤差。

4 結(jié)論

地鐵軌道工程的測量技術(shù)工作管理是一種貫穿于整個城市交通工程始終,系統(tǒng)復(fù)雜的測量工作流程及其性質(zhì)并對于工程質(zhì)量安全提供了強有力的技術(shù)保障。本文主要通過對當(dāng)前地鐵施工中測量安全的技術(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)前地鐵工程測量技術(shù)施工的實際特點,對于地鐵軌道工程測量管理技術(shù)的有效應(yīng)用與發(fā)展進行簡要的技術(shù)研究與理論探索。隨著我國城市化的進程和地鐵工程科研現(xiàn)代化水平的進一步提升,需要在充分保證地鐵工程質(zhì)量的基本情況下,改進對地鐵工程測量技術(shù)的管理和服務(wù)工作,加強對于地鐵工程測量管理技術(shù)的有效應(yīng)用研究工作,積極推廣應(yīng)用地鐵工程測量新設(shè)備與技術(shù),保證了測量各個環(huán)節(jié)的技術(shù)質(zhì)量與安全水平,確保測量工程的順利開展并最終取得良好的社會綜合經(jīng)濟效益,為推動我國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)。