地铁施工测量安全的影响因素及技术应用研究

卞 成

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司， 北京 100040）

0 引言

近些年,由于我国市场经济的快速发展和城市化建设进程的加快,人们生活的水平在逐年的提高和完善,运输方式在变化,我们出行的交通问题越来越严重。为了有效应对与解决突出的问题和城市交通拥挤的状况,满足现代人们逐渐增长的交通出行的需要,城市的地铁基础工程的建设得到了蓬勃发展。城市地铁的施工设计和测量的工作一直是城市地铁基础工程建设的重要环节，测量技术的应用研究是地铁工程施工与运行安全的重要保证。

1 地铁施工测量安全的现状

随着当前我国的城市一体化和地铁隧道贯通建设的现代化的迅猛发展,地铁施工隧道贯通测量安全的问题也越来越多地受到了关注,地铁施工隧道的贯通施工联系测量隧道技术的误差累计研究主要内容就是对某一隧道贯通测量技术环节的误差进行研讨,地铁贯通施工隧道联系贯通测量隧道技术采用单支导线激光投点仪,地下隧道导线测量采用双支陀螺仪导线,相比于陀螺仪边方位,导线边方位的误差缺乏深度分析和对导线横向方位角误差的研究。我国地铁隧道施工连接测量隧道贯通测量技术研究,数据的边方位和误差累计源自于传统的地面隧道交通控制系统测量、竖井隧道施工联系贯通测量和地下导线测量的数据误差累计,同时，在这些测量方面我们需要更多地考虑数据误差，但是在地铁施工的隧道贯入测量中，很少结合这些测量环节的数据误差进行深入的分析和讨论。

地铁施工中测量的安全性主要取决于地铁施工中的渗透测量技术和测量管理水平。地铁施工贯入测量技术是指利用地面控制测量、竖井连接测量和隧道分段施工来控制测量方向的测量技术。测量方案的规范和测量结果的准确是其重要依据。从地铁测量管理模式来看，为了提高地铁施工测量的安全效果,会对现场工程进行多次复测，例如地铁施工要求项目部测量队和第三方监测人员对地面控制测量、竖井联系测量和井下导线都需要进行复测,结果反复确认查验才能使用 ，这一过程复杂耗时，需投入大批的资金和人力，同时鉴于施工进度问题容易出现遗漏,对地铁施工的安全性造成威胁。

2 地铁施工测量安全的影响因素

我国城市地铁隧道的建设主要包括城市地铁站和地铁线路建设段的隧道建设两部分。我国城市车站和地铁的施工安全包括基本意义的两个主要方面。一方面，根据隧道施工设计的要求，是否可以在指定的隧道施工地点成功穿入城市地铁站和隧道工程；一方面，由于在隧道施工过程中进行地下开挖，可能会扰乱岩土的变形，引起岩土的变形，但也可能影响地铁和地下的主体结构。隧道施工以及建筑物周围的地面，重要的管道，地面道路和其他岩土体会引起垂直或水平方向的移动和沉降，从而影响隧道施工周围环境的安全。

地铁隧道施工贯通控制测量安全的控制技术主要是指地铁隧道的安全贯通控制测量的技术,安全的贯通控制技术保证了地铁工程中隧道施工控制测量的安全。通过地面控制测量、竖井联系测量和区间地铁隧道的施工这三个控制点的测量直接影响隧道施工测量的精度和误差,它限制了地铁隧道安全穿透的测量精度，这是影响地铁隧道建设的三个主要因素。

地面施工控制点的测量工作主要是运用于隧道和城市地铁工程的车站和明挖区间的隧道施工,通过对地面的控制点可以实现对地铁车站内每个隧道施工关键点的监测和放样,同时把控制了区间隧道控制中线的放置,测量的方位角和精确度误差问题由暗挖区间地面施工控制点的测量误差共同决定。地铁工程暗挖区间的测量在施工中最重要的一项工作就是要通过统一确定地面和地下的暗挖高程坐标、方位角和暗挖高程,确保整个地铁施工暗挖区间地面和地下两部分之间实现标准的测量信息链接和管理信息统一。针对此,通常可以利用暗挖竖井、盾构井以及目前新建好的隧道和地铁车站,将与地面上暗挖区间有关的坐标、方位、高程的方位角和测量管理信息统一传递到施工区地下,实现两者暗挖高程坐标系的管理信息统一[1]。

由此得知,对地铁工程暗挖区间的施工来说,测量的方位角和精度误差问题由暗挖区间地面施工控制点、井上和井下互相联系的测量点以及暗挖区间隧道和井下施工控制点三方面的测量误差共同监测和决定。不管到底是上述哪一方面的问题,都直接对整个地铁暗挖工程的测量和管理效果产生重要的影响,甚至会直接让整个暗挖区间施工的测量过程失去了控制。因此，对地铁项目在工程施工设计和测量工作中可能存在的一些问题如何进行有效控制,同时也是对于地铁建设工程项目的全过程施工质量进行有效控制和管理的重要一环[2]。

3 地铁施工测量技术的应用研究

3.1 地铁施工地面控制测量技术的应用

地铁线路施工时,应根据城市轨道交通的线路与实际工程设计的要求和现场的情况合理确定城市轨道平面导线控制网的大小、形状和点位分布,可以直接依据城市轨道交通的实际规划线路设置隧道全面网,同时也可以根据城市轨道交通的实际线路形状设置单独的导线控制网。当前,城市隧道和地铁线路施工的隧道地面导线控制基本采用了GPS卫星定位控制网技术, 地铁工程隧道施工前为进行地面导线控制网的测量所需要布设的控制网通常可以被称作三网,包括精密导线GPS网、精密导线水准点网、精密导线水准网。

在修建地铁隧道之前，要建立三网，并建立测量和维护地铁隧道三网的建设基准。接着在地铁的建设过程中，隧道的建设将对其周围环境产生影响，这就有破坏三网布设的精密导线GPS点、导线点和精密水准控制点的可能性。为了有效地保证其精确性，有必要对三网的基期数据资料展开定期以及全面的保护以及重新测验。将测验结果与网络平台建立结果展开比较。假如数据资料的变化能迎合地铁隧道建设的要求，则可以连续使用；假使三网合理布局的基准控制点原始数据的变化大大小于了地铁隧道建设的要求，亦三网络平台应该及时采用其余保护及观测保护措施[3]。

3.2 地铁施工竖井联系测量技术的应用

竖井钢丝联系测量将地面的坐标系通过钢丝传递到地下，,让地上及地下通过钢丝传递具有相同的坐标子系统。在轨道交通车站兴建的过程中,当车站预留盾构口施工时,应将地面的坐标方位角传送到车站的盾构始发井下，再把中心线数据资料输入盾构系统,以便于指导始发井盾构施工。另一方面传送到井下的方位角及输入的中线资料来指导始发井盾构隧道施工的一个重要起算数据资料传递成果的真实性、准确度的高低直接关系到始发井隧道的施工顶进速度以及方向,关系着隧道施工的安全[4]。

竖井钢丝联系测量是在联接地上与地下的前提条件下,以地面导线附合在近井点的坐标方为主要测量依据,井下近井控制点以地面导线附和在近井点运用合理的测量方法将竖井地面点的坐标方位传送到地下去。井上近井点的坐标方位角的偏差将致使地下近井导线各边的坐标方位角偏差不会偏向同一个误差值,由此直接引起地下近井导线各个点的坐标点位偏差将随地下近井导线的延长而是逐步增加[5]。所以,怎么样控制或是有效地减轻此坐标点位偏差的发生以及传播,直接的影响关系到了施工竖井紧密联系测量的安全。

3.3 地铁施工区间隧道施工控制测量技术的应用

在我国地铁盾构隧道建设的挖掘过程中,当明挖车站预留口作为盾构始发井完工后,需将车站地面的坐标方位与高程通过传递到车站地下,为盾构隧道施工的掘进方向提供了依据。因此地铁建设工程挖掘竖井之下的平面与高程的始发井数据要与盾构施工最初的始发井数据不能同时出现较大的偏差,此方面始发井数据的准确性是否完全达到了标准、结果的精确程度等等都会对盾构隧道的挖掘进行方向产生较大的影响,与地铁建设工程的质量和安全性之间存在重大的关联,也与地铁建设工程的实际施工进度及质量存在重要的联系。

由于井下隧道前提的特殊限制,隧道内的导线始终只能在隧道内布设一条成支导线或是双导线,隧道内地面的角度测量误差、联系测量控制误差、井下跟踪导线延伸的测量误差均将始终积聚在整个隧道内井下导线的最弱边上,而地下导线的最弱边应是指向盾构导线控制系统的一个起始方位,所以井下方位角的测量准确度直接地关系着地铁盾构的精确性以及贯通安全,也是现今轨道交通工程盾构测量安全技术手段管理工作的重要技术手段核心内容以及难点所在[5]。

3.4 测量机器人技术的应用

测量的机器人,一种智能型的电子地铁安全站仪,能够有效的代替了机器人进行对地铁测量和施工路线图测量的工作,它可以自动进行搜索、跟踪和自动识别,还甚至可以对所需要服务目标的影像进行准确的照射,以快速的取得所需要的角度、距离、三维坐标和地平线影像等的信息和材料,通过把地铁进行测量和绘制的机器人在地铁的工程中广泛进行了使用,有效的提升了地铁工程测量的准确性和工作效率，测量数据进行了有机融合[6]。通过测量的机器人在对地铁的施工过程中的广泛运用,可以有效的提高了测量过程中数据采集和处理的效率和能力,确保了测量过程中数据的完整和准确性,提升了地铁的施工测量和放样的数据处理效率和测量精准度,降低了数据误差。

4 结论

地铁轨道工程的测量技术工作管理是一种贯穿于整个城市交通工程始终,系统复杂的测量工作流程及其性质并对于工程质量安全提供了强有力的技术保障。本文主要通过对当前地铁施工中测量安全的技术发展现状和其影响这些因素的调查与分析,根据当前地铁工程测量技术施工的实际特点,对于地铁轨道工程测量管理技术的有效应用与发展进行简要的技术研究与理论探索。随着我国城市化的进程和地铁工程科研现代化水平的进一步提升,需要在充分保证地铁工程质量的基本情况下,改进对地铁工程测量技术的管理和服务工作,加强对于地铁工程测量管理技术的有效应用研究工作,积极推广应用地铁工程测量新设备与技术,保证了测量各个环节的技术质量与安全水平,确保测量工程的顺利开展并最终取得良好的社会综合经济效益,为推动我国城市交通安全有序的持续健康发展奠定良好的理论基础。