地下工程测量

刘登银

地下工程测量简介

地下工程测量是工程测量学的一个分支，主要是研究地下、水下具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。众所周知，地下工程在规划、设计、施工、竣工及经营管理各阶段所进行的测量工作，包括铁路隧道、道路隧道、城市地下铁道、地下防空建筑群、地下电站、水工隧洞、航运隧道、舰艇掩蔽隧洞、飞机掩蔽隧洞、地下油库、地下仓库、地下工厂等的工程测量。地下工程测量的主要特点：环境恶劣、无自然光、进度要求高;、量工作具有连续性和重复性、测量成果要重复测量、检核工作量大等。

一、地下工程测量的特点

（1）地下工程施工面黑暗潮湿，环境较差，经常需进行点下对中，有时边长较短，因此测量精度难以提高;

（2）地下工程的坑道往往采用独头掘进，洞室之间互不相通，不便组织校核，出现错误不能及时发现。随着坑道的进展，点位误差的累积越来越大;

（3）地下工程施工面狭窄，并且坑道往往只能前后通视，造成控制测量形式比较单一，仅适合布设导线;

（4）测量工作随着坑道工程的掘进，而不间断的进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核;

（5）由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法（如为保证地下和地面采用统一的坐标系统，需进行联系测量）和儀器。

地下工程对测量的要求

二、地下工程测量的关键环节

地下工程的测量环节包括：建立地面控制网、地面和地下的联系测量、地下坑道中的控制、竣工及施工测量。对测量的要求如下：

（1）应严格按照先控制后碎部、高级控制低级、对测量成果逐项检核，测量精度必须满足规范要求等原则进行。

（2）在隧道工程中，两个相向开挖的工作面的施工中线往往因测量误差产生贯通误差（分为纵向、横向和高程贯通误差）。对于隧道而言，纵向误差不会影响隧道的贯通质量，而横向误差和高程误差将影响隧道的贯通质量。因此应采取措施严格控制横向误差和高程误差，以保证工程质量。

（3）为保证地下工程的施工质量，在工程施工前，应进行工程测量误差预计。预计中应将容许的竣工误差加以适当分配。一般来说，地面上的测量条件比地下好，故对地面控制测量的精度应要求高一些，而将地下测量的精度要求适当降低。

（4）在地下工程中应尽量采用先进的测量设备。地面控制测量应采用GPS测量技术进行。平面联系测量应尽量采用陀螺定向。坑道内的导线测量应采用红外测距仪测距以加大导线边长，减少导线点数。为限制测角误差的传递，当导线前进一定距离后应使用高精度陀螺经纬仪加测陀螺定向边。

（5）地下工程控制测量根据其工程范围（或长度）、工程类型、工程的施工方法可大致分为三类：一类是简单的小型地下工程（如较短的隧道、较小的且采用明挖法建造的地下商场、仓储等），该类型工程可不进行控制测量而直接测量（现场标定法）;另一类是大型的隧道工程，其控制测量从网型上看多呈直伸形，且有特殊要求;再一类是地下矿山工程、城市地铁工程，该类工程涉及范围大，因此控制网覆盖面积大，精度要求高。

三、地下工程测量的主要内容

地下工程测量的主要包括：地面控制测量、联系测量、地下控制测量、贯通测量、地下工程施工测量、地下变形监测以及地下管线探测等，这里着重介绍联系测量。联系测量：将地面平面坐标系统和高程系统传递到地（井）下的测量，称为联系测量。地面平面坐标系统传递到地（井）下的测量称平面联系测量，简称定向。将地面高程系统传递到地（井）下的测量称高程联系测量，简称导入高程。联系测量的目的是使地面和地（井）下测量控制网采用同一坐标系统。联系测量的任务：①确定地下导线测量起算边的坐标方位角;②确定地下导线测量起算点的平面坐标;③确定地下高程测量起算点高程。

（1）联系测量定向种类

①几何定向：通过平峒和斜井定向、通过一个竖井定向、通过两个竖井定向。②物理定向：用磁性仪器定向、用投向仪定向、用陀螺经纬仪定向。一井定向原理：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。

（2）联系测量的误差和处理措施

由地面向定向水平上投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，致使井下垂球线偏离地面上的位置，该线量偏差e称为投点误差，由此而引起的垂球线连线的方向误差θ叫做投向误差。减少投点误差的主要措施：

①尽管增加两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置。例如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致。这样尽管沿气流方向的垂球线偏斜可能较大，但垂直于两垂球线连线方向上的倾斜却不大，因而可以减少投向误差。②尽量减少马头门处气流对垂球线的影响。定向时最好停止风机运转，以减少风速。③采用小直径、高强度的钢丝，适量加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中。④减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采用挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。

四、地下工程测量的发展前景

地下工程测量学的发展前景，地下工程测量理论与技术的快速发展与现实的测量仪器、技术和工程有着密切的关系。工程测量技术的自动化、智能化、小型化、无线化和动态测量化是一个总的发展趋势。我国的地下工程测量在各个方面取得了巨大的发展，为国民经济建设解决了诸多的关键问题。每年一次的全国性的工程测量学术研讨会就给国内的测量工作者提供了一次不断交流、探讨、总结和提高的机会。但由于各方面的原因，如测绘市场的不规范、资金和人力的投入不足、追求短期效应等，国内的地下工程测量在先进技术的研究和应用方面比起发达的国家，还存在一定的差距。因此，地下工程测量理论与技术应该在以下几个方面有更好的发展：（1）针对特殊工程的专用仪器的研制，特别是传感器的研制;（2）各种传感器集成、数据处理及自动化实现，如各种移动测量系统的研制;（3）新型测量仪器的检校设备理论和方法;（4）多类连续变形监测数据的联合处理与分析的理论与方法;（5）数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识等。