地铁控制测量检测技术方法探讨

段淑清

摘要：地铁具有诸如节能环保、快速准时等优点，是解决大中型城市交通拥堵问题的最佳途径，地铁网络的完善与否，能够直接反映出一座城市的经济实力和现代化水平。建设地铁工程时，各段之间的衔接工作十分重要，必须做到准确无误，因此，施工单位应当提升和优化地铁控制测量检测技术，保障施工精度。

Abstract： The subway has advantages such as energy saving， environmental protection， and fast punctuality. It is the best way to solve the problem of traffic congestion in large and medium-sized cities. Whether the subway network is perfect or not can directly reflect the economic strength and modernization level of a city. When constructing a subway project， the connection between the various sections is very important and must be accurate. Therefore， the construction unit should improve and optimize the subway control measurement and detection technology to ensure the construction accuracy.

关键词：地铁控制;测量检测;技术方法

Key words： subway control;measurement and detection;technical methods

中图分类号：U455.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）21-0156-03

0  引言

随着我国经济水平的提升，私家车数量逐渐增多，城市地面交通开始频繁发生拥堵，地铁的建设能够缓解地面交通的压力，促进城市轨道交通线路的发展。其在地下贯穿城市，向每一个方向和角落延伸、辐射，速度较快、不会出现堵车等问题，能够大大缩短居民的出行时间，为其提供诸多便利，因此，修建地铁已经成为我国许多大中城市的必然选择。地铁工程中，想要顺利完成贯通、保障工程质量，就必须注重地铁控制测量检测技术的使用，提高测量精度。

1  地铁控制的重要性

地铁属于轨道交通的一种，分为地上线路和地下线路，前者一般位于市中心，后者则在中心城区外，二者共同构成全封闭线路，保证地铁路权的专有性和无平交，从而确保地铁运行的速度，节省居民的出行时间，缓解地面交通的压力。绝大多数地铁都被用于运载乘客，在不少城市中，地铁已经成为最主要的乘客运输交通工具，国外莫斯科的市客运总量有半数左右为地铁承担，而在我国，诸如北京、上海、广州等城市的地铁也发挥着无与伦比的重要作用。除此之外，地铁还可用于货运，但在我国使用并不普遍;最后，地下线路能够避免地上的风雨侵蚀、高温和严寒的影响，起到保护列车及相关设备的作用，节省维护运营地铁所需的成本。地铁所在的城市，一般都是地面建筑物密集程度高、车流量大、地下管网较为庞大和复杂，在这样的环境中建设地铁工程，需要消耗大量资金，并且对技术、施工工艺的要求也很高，一条地鐵线路的建设通常需要花费4-5年的时间，为了提高施工效率，一般会将不同标段分别派送给不同的承包商，保证能够同时开工，但具体的开工时间、所选择的施工工艺、地铁的细节结构等都不尽相同，在对工程进行控制管理时，除了需要对承包商高标准严要求、确保他们的测量队能够按照施工的司机要求获取相关数据、提高精度、减小误差，还要重点考虑不同路段之间的衔接问题，因此，地铁控制测量检测技术方法的重要性不容忽视。

2  地铁测量检测工作的主要内容与相关标准

2.1 检测工作的主要内容

不同城市的自然环境和气候条件、地质情况等都会存在差异，因此在进行检测工作时也有着一定的差别，采用不同施工工艺也会影响检测工作的项目，但在整体上，地铁的检测主要包括：

2.1.1 地面首级控制测量与加密施工控制测量检测

其中首级控制测量乃是根据工程的测量要求，并结合被测区域等的自然条件、气候特征、地理环境等因素，综合考虑地上建筑和交通网络，得出最优的布网方案，为后续施工提供指导和依据。

2.1.2 延伸检测

结合上述测量结果向地下延伸，跟踪到合适深度，对地下部分的精密导线、管道网络等进行检测，在规划建设方案时尽量避开地下管网的密集之处，从而减少地铁建设施工过程对周围居民生活的影响，并合理节省建设资金。

2.1.3 贯通测量检测

贯通测量检测也就是坑道施工过程中以及贯通后进行的测量检测，获取较为准确的贯通误差值，判断其是否在可接受范围内，并据此调整后续施工中线，获得一条最为合理的隧道中线，根据中线位置来开展实施诸如扩大断面、衬砌和铁轨铺设等工作，保障地铁施工的质量。

2.1.4 中线调整测量检测、铺轨控制基标检测

在完成中线检测之后，应当立刻实施中线调整测量，这是由于施工单位在实际工作过程中，所给出的中线放样可能会存在一定程度的偏差，导致放样中线点不一定和设计位置完全重合，因此需要进行中线调整检测测量，根据中线检测所得出的结果，对中线点位进行调整，使之符合设计位置要求，并将中线点夹角、边长等参数控制在设计允许的误差范围内，从而為铺轨控制基标检测奠定良好的基础。而铺轨控制基标检测则是为了控制基标而进行的测设工作，是利用调整到合适位置之后的中线控制点、以此为依据测设控制基标，分为初测、串线测量和调线测量三部分。初步测设指的是根据铺轨基标的相应位置坐标，使用全站仪坐标放样法测设到地面，并对其进行初步的固定，避免位置移动。串线测量是将控制基标埋设在恰当的位置后，对测设单位控制基标进行的测量，其主要工作是对控制基标之间的角度、边长、高差等参数进行测量，判断其是否满足施工规范要求，并在出现较大偏差、几何关系不符合设计要求时进行调线测量。调线测量之前，首先需要根据串线测量的结果来判定实际控制基标的夹角、边长等参数与理想值的差异，并根据角度的差值来计算改正值，也就是控制基标在垂直于线路方向上的横向偏移量，并对该数据偏差较大、不符合施工要求的进行调整，也就是归化改正。规划改正时需要考虑到相邻基标改正值之间的相互作用，尽量选用最简便的方案，将改正点的数量控制到最低。

2.1.5 净空断面和结构横断面测量检测

地铁的净空是指地铁隧道内轮廓线包围的空间，包含了诸如通风等功能、地铁隧道建筑界限等所需要的断面积，净空断面包含通风、照明、监控等工作的相关设备，例如照明灯具、通风机和相应的管道，还有地铁运行所需的管理设备，以及为地铁行进供电的电缆沟、桥架，避免发生安全事故的设备等，还有施工方案的富余量和允许误差。因此在设计净空断面的形状、各个位置具体参数时，需要根据施工要求和已有隧道进行设计，优化方案，得到最经济的建设规划，这就需要有净空断面测量检测和结构横断面测量检测所获得的数据进行支撑。

2.1.6 设备安装与施工测量检测

在建设地铁隧道时，需要安装诸如供电设备、安全设备、通风照明设备等，要保证各个部分之间能够进行有机结合，成为一个整体，对精度要求很高，并且不同设备的安装方法和精度要求存在差异，这种差异会贯穿始终，在工程建设的整个过程中都必须充分考虑。此外，施工工艺的选择和相关参数的确定，也需要根据控制、放样等工作的测量结果来进行选择，需要通过详尽的测量，按照设计施工图纸将所需的设备和建筑位置、形状、大小、高程等参数在隧道中做好标注，为后续施工提供指导，方便施工人员根据标定的点线完成工作。

2.1.7 竣工测量检测

在地铁工程竣工验收时，为了确保工程各个细节满足施工要求，应当对各部分建筑和构筑物以及管网等的平面位置、高程、夹角等相关参数进行测量，据此绘制竣工总平面图，反映竣工时地铁隧道的地形现状、地上与地下各部分建筑和各种管线的关系等，它是对施工实际情况的全面细致反映，是工程验收的重要依据和标准，同样也是在日后进行工程改建、扩建、设备检查、维护修理的重要依据，是必须进行保存的资料。竣工测量检测主要包括：控制网检测与控制点恢复测量、轨道竣工测量、线路建筑结构竣工测量、线路设备竣工测量和地下管线竣工测量。竣工测量成果精度及资料必须符合国家城市轨道交通工程竣工测量与验收的要求。

2.1.8 控制点成果管理

测量控制点成果乃是地铁工程中的一项重要资料，应对其进行较为完善的管理和记录，便于后续工程改建工作和地铁运行、保养和维护工作的进行。

2.1.9 全线统一测量标准的制定

地铁工程一般会分段指派给不同的承包商，他们所采用的测量检测技术方法可能存在一定差异，给出的结果表现形式、图纸类型和数据图表等都不尽相同，在对整个工程进行汇总时，这些形态各异的资料会为全局统筹工作带来不便，增加工作量，因此应当针对地铁全线路制订统一的测量标准，这也有助于提高测量精度。

2.2 相关标准

地铁控制测量的最终要求是保证所有贯通面上，贯通误差必须满足：横向 100mm、纵向 L/5000（L 为开挖洞口之间的距离）、竖向 50mm，总贯通中误差的允许值取极限误差的一半，保证隧道衬砌和地铁车站当中的相关建筑物不会入侵周围的建筑限界，完全处于施工方案中所划定的范围，并且其附属的设备、管线和其它构建也不会入侵限界，测量结果必须符合国家相关规定、并满足设计方案和业主的要求，所有数据必须有准确来源和依据，不能凭空捏造，不能出现较大误差。

3  地铁控制测量检测技术方法

3.1 精密水准测量技术

对于地铁工程建设当中的大部分高程测量，例如地面水准网、地下控制高程、贯通测量等，都可采用精密水准测量技术，在我国，精密水准测量分为一、二等水准测量，其中地面水准网中有部分需要根据一等水准测量要求来检测，其它测量工作都可以执行二等水准测量。在使用该方法进行测量时，需要按照一定的步骤和相关规定来进行：①在测量前半小时左右时间，需要将测量所用仪器放置在露天位置的阴影处，使其温度与外界温度保持一致，在地面进行观测时，要使用遮阳伞避免阳光干扰，迁移设备时应当覆盖白色的仪器罩;②测量仪器与前后视水准标尺的距离要保持一致，两者之间差值保持在限定值以内，执行二等水准测量相关规定时，要保证一测站前后视距差控制在1m以内，积累差小于3m，从而减弱乃至消除各种误差对于最终测量结果的影响，保证测量工作的精度，有效防范i角误差、地球曲率和垂直折光等的影响;③应当根据不同的仪器调整测量方法，例如气泡式水准仪，应在开始观测之前判定倾斜螺旋的置平零点并进行记录，当外界气温发生变化时，要对置平零点的位置进行合理调整，减小误差，而自动安平水准仪的圆水准器，则需要保证其在测量工作进行时都能够处于水平，不存在倾斜;④在不改变测站的情况下，调焦只能进行一次，转动仪器上的螺旋时，要保证最后的操作为旋进，避免隙动差影响观测结果的准确性;⑤在相邻的两个测站进行协同测量时，需要按照先奇数后偶数测站的顺序完成测量，在相邻测站交替进行测量，往测时，奇数测站使用“后前前后”顺序，偶数测站则使用“前后后前”顺序，返测反之，采用合理的观测方法，也能够减小乃至避免误差的产生，避免仪器垂直位移和i角变化等因素对于测量结果的影响，提高结果精度;⑥对所有路段都应当分别进行往测和返测，消除某些误差的影响，同一个测段的往返测应当分别在一天的不同时段或者不同外界环境因素下进行，例如将其安排在早晚、上下午等;⑦在进行水准测量的工作间隙，不能随意放置测量仪器，而是应当在固定水准点中止测量，或者选取两个稳定、可靠、方便放置水准标尺的固定点来作为间歇点，作出较为明显的标记;重新开工时，应当检测两间歇点高差，其在允许范围内时才可从间歇点继续工作，在二等水准测量中，该高差应控制在1mm之内。若无法寻找两个间歇点，选择采用单一固定点作为间歇点，则应当在继续观测前确定该固定点不存在位移，才可继续由间歇点开始测量。

3.2 GPS-PPK技术

在完成地面首级控制网检测时，一般使用GPS技术，如今广大技术人员在原有基础上对技术进行了改良与优化，因此新兴的PPK技术更适用于地铁工程中的检测工作。历经数十年发展后，起源于上世纪的GPS技术已经广为人知，在定位、导航与测绘领域得到了普及，它是一种全球范围的定位技术，能够以发射到太空中的卫星为基础，利用无线电传递信息，从而实现高精度无线全球定位，由于其使用便捷、操作难度低，在最近几年，也被逐渐应用到建筑领域。PPK技术则是对GPS技术的改良与优化，是利用载波相位完成事后差分的GPS技术，即动态后处理技术，是过去几年里刚刚兴起的测绘技术，一般作为RTK的补充。RTK技术是载波相位差分技，是在GPS基础上的革新和重大突破，是一种实时处理两个测量站之间的载波相位观测量的差分方法，其测量基站采用GPS技术获取载波相位的相关数据，并发送到用户端，接收端对这些数据进行分析计算，获得待测位置坐标。该技术能够实时获得待测点精确位置，能将误差控制在几厘米，改变了过去多种测量方法需要经过事后分析才能获得高精度坐标数据的弊病，但RTK技术本身也存在局限性，即能够适应的作业距离很短。当超出信号覆盖，或者在信号较差、基站较少的城郊区域工作时，它不能接收到差分信号，因此無法完成测量工作。它依靠的是差分传输的信号传输技术，是利用数据链来完成数据交换，受到环境因素影响较大，而PPK技术则是为了弥补这一缺憾，而开发的新技术，它不需要用数据通讯，因此作业半径很大，高达三百公里，足以覆盖大部分城市的整个范围，在地铁测量检测工作中具有很大的发挥空间在RTK技术不能使用的区域或者超出其限度的测量中，PPK技术也可以顺利获取数据。它的测量系统也是由基准站和流动站构成，但它是事后处理，无需用户端装备数据通信链，也不用担心流动站无法接受通讯信号，观测的难度较低、精度高，十分方便，在城市地铁工程中使用时，几乎不受限制。

其作用机理为：首先根据GPS定位原理获取坐标和载波相位，在GPS技术当中，理想情况下通过三颗卫星对同一用户端的距离数据反馈就能够根据相关公式确定用户端位置坐标信息，在实际使用过程中，为减小误差、避免偶然因素对结果精度的影响，一般会选择参考第四颗卫星的数据，获得精准坐标位置和载波相位，然后利用载波相位进行测量。众所周知，卫星和地面通过电磁波来完成信息传输和数据交换，其使用的电磁波频率和周期、波形都是固定的，在一个特定时刻，波在循环中所处位置被称为其相位，根据该时刻卫星上的载波相位和到达接收机时的相位、以及电磁波波长，可得出卫星与接收机的距离，再通过公式计算，能够得出载波相位测量的线性方程，据此可根据GPS技术传回的数据得到相关位置信息。

3.3 精密导线测量技术

对于精密导线网和各种导线点成果、施工控制网等进行测量时，可应用精密导线测量技术，地铁地面控制测量中的导线测量按照《城市轨道交通测量规范》中对精密导线测量的要求进行，精密导线测量是在城市轨道交通的布设施工中常用的测量技术，尤其是在地铁工程中，在完成首级平面控制的GPS网之后，建立的精密导线能够为后续地铁施工控制测量提供精确的依据，对于保证各个部分的位置，确保实际施工结果与设计图能够保持一致，具有重要意义。在开展精密导线测量时，首先要依据GPS-PPK技术来确定和获知地面上每个点的经纬度坐标数据，方便在实际坐标轴中准确取点，并获取周边地质地貌信息，判断地面情况，之后采用先进的测量设备来完成导线网的测量，最终绘制出复合导线网、多边形闭合导线网和节点网，指导地铁线路的分析与布置工作，并在多种方案当中择优选择，得到最优路径规划。此外，它还能够为新旧线路的交叉结合处理工作提供依据，在新建地铁时，必然要考虑原有的线路，选择合适点与之连接，并构建换乘车站，方便居民出行，可根据精密导线测量技术的结果选择合适交叉点，保证其周边位置平坦、没有太多障碍物干扰，并且能够顺利进行各项施工，容纳大型机械设备，若是在新的地铁西安路附近存在可以利用的旧线路，也可加以利用，从而避免资源浪费，减少地铁工程造价，贯彻落实我国的可持续发展观念。

4 结束语

在我国城镇化进程推进的过程中，地铁线路的建设是重点项目，而地铁控制测量检测成果的精度，对于地铁工程的最终质量起到了决定性作用，将会直接影响实际工程结果是否符合设计规划、误差是否在可允许范围内、整条线路是否能够准确贯通等，先进的测量技术能够带来高精度的结果，为地铁线路的建设提供有力依据，从根本上保障其质量，并合理减少建设成本，推动我国城市轨道交通的发展。

参考文献：

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