趙家星

（四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司 四川成都 611130）

芻議地鐵工程測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用

趙家星

（四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司 四川成都 611130）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口、車輛等不斷增加，交通擁堵已經(jīng)成為非常嚴(yán)重的問題，很多地區(qū)都在大力修建地鐵工程來緩解交通壓力。在地鐵工程修建過程中，測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用是必不可少的部分，對(duì)于地鐵工程修建具有非常重要的作用。本文主要介紹了地鐵工程測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用情況，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

地鐵工程；測(cè)量技術(shù)；應(yīng)用

引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷加快，城市軌道交通成為了重要的基礎(chǔ)設(shè)施?，F(xiàn)階段很多大城市都在進(jìn)行地鐵工程的建設(shè)，地鐵已經(jīng)在城市軌道交通中占有重要地位。地鐵工程相對(duì)比較復(fù)雜，施工中存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以要建立起較為科學(xué)合理的管理體系來確保施工質(zhì)量和安全性，防止出現(xiàn)較大的安全以及經(jīng)濟(jì)方面的損失，地鐵工程測(cè)量技術(shù)的良好應(yīng)用是保證這方面內(nèi)容的關(guān)鍵所在。測(cè)量技術(shù)是地鐵工程施工的基礎(chǔ)，可以對(duì)地鐵工程施工進(jìn)行有效指導(dǎo)，能夠確保地鐵工程質(zhì)量，所以要充分研究地鐵工程測(cè)量技術(shù)以及應(yīng)用的內(nèi)容，這對(duì)提升地鐵工程建設(shè)質(zhì)量和保證安全性具有非常重要的意義。

1 地鐵工程測(cè)量技術(shù)介紹

在確定地鐵工程線路過程中，可參照衛(wèi)星影像、航測(cè)照以及地形圖等方面的信息，采用三維GIS對(duì)測(cè)繪資料內(nèi)容進(jìn)行線路方面的比較，同時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件來確定?？梢酝ㄟ^測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行線路初步的設(shè)計(jì)，明確線路的基本信息，通過對(duì)測(cè)量機(jī)器人設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬來確定觀測(cè)線路的合理性。在地鐵工程測(cè)量技術(shù)當(dāng)中，通過無人機(jī)進(jìn)行地鐵沿線地理情況以及建筑物情況的航測(cè)，可以為地鐵工程建設(shè)提供更為科學(xué)合理的依據(jù)。無人機(jī)測(cè)量具有測(cè)量質(zhì)量高、工作效率高、設(shè)備操作簡(jiǎn)單、能耗低、保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠?qū)Φ罔F工程沿線的地形進(jìn)行快速測(cè)量，是具有非常好效果的測(cè)量技術(shù)。

（1）測(cè)量機(jī)器人。測(cè)量機(jī)器人在進(jìn)行測(cè)量過程中能夠進(jìn)行自動(dòng)化控制，能夠進(jìn)行自動(dòng)遙控測(cè)量，可以獲得準(zhǔn)確度較高的三維坐標(biāo)、影響、距離以及角度等等。在地鐵工程測(cè)量中，機(jī)器人結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理并實(shí)現(xiàn)資源共享，為地鐵工程測(cè)量提供了非常便利的條件。

（2）斷面測(cè)量。斷面測(cè)量系統(tǒng)在進(jìn)行地鐵工程測(cè)量時(shí)能夠?yàn)槭┕ぶ械姆艠?、測(cè)量、檢測(cè)以及計(jì)算提供較為客觀的依據(jù)，提升地鐵工程的質(zhì)量。應(yīng)用斷面測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量具有較快速度，并且測(cè)量精度能夠保證在毫米范圍內(nèi)，很大程度上提升了斷面數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及采集速度。

（3）定向測(cè)量。通過定向測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵挖掘的自動(dòng)化控制。定向測(cè)量系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)挖掘方向的偏差，并進(jìn)行信息的反饋和調(diào)整，提升地鐵開挖的準(zhǔn)確度和效率，降低了開挖工作的難度。

（4）無棱鏡測(cè)量。通過無棱鏡全站儀以極坐標(biāo)的角度進(jìn)行測(cè)量，能夠提升地鐵放樣的準(zhǔn)確性，可以真實(shí)的將施工參照物的實(shí)際情況設(shè)置在實(shí)地當(dāng)中。在測(cè)量過程中能夠幫助施工人員進(jìn)行偏差調(diào)整。

2 地鐵工程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在施工鋪設(shè)方面的應(yīng)用

在進(jìn)行地鐵施工鋪設(shè)過程中，應(yīng)用測(cè)量機(jī)器人能夠?qū)⑿畔?shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上，這樣就能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行有效結(jié)合，可以提升即時(shí)的對(duì)比性，從而提升了地鐵工程鋪設(shè)工作的準(zhǔn)確性。適用測(cè)量機(jī)器人技術(shù)能夠使得地鐵施工鋪設(shè)時(shí)不用設(shè)置控制放樣線，確保施工鋪設(shè)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行，提升了施工鋪設(shè)的質(zhì)量。另外，測(cè)量機(jī)器人能夠通過有線或者無線等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制測(cè)量，這樣可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠形成不同形式的圖形以及報(bào)表，并且能夠進(jìn)行輸出，極大簡(jiǎn)化了地鐵工程鋪設(shè)工作難度，降低了施工成本。

車站完工后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行竣工斷面測(cè)量，主要工作內(nèi)容及控制要點(diǎn)為：

（1）車站結(jié)構(gòu)凈空橫斷面的竣工測(cè)量

①構(gòu)橫斷面及底板縱斷面測(cè)量應(yīng)以貫通平差后的施工平面和高程控制點(diǎn)及調(diào)整后的線路中線點(diǎn)為依據(jù)，按設(shè)計(jì)或工程需要進(jìn)行。直線段每10m、曲線段每5m測(cè)量一個(gè)橫斷面和底板高程點(diǎn)，如果結(jié)構(gòu)橫斷面發(fā)生較大變化或者由于人員問題造成施工偏差較大，那么需要增加測(cè)斷面數(shù)量。

②在對(duì)結(jié)構(gòu)橫斷面進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)為建筑界限控制點(diǎn)或設(shè)計(jì)指定位置的斷面點(diǎn)。

③在對(duì)結(jié)構(gòu)橫斷面進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要使用精度等級(jí)Ⅱ級(jí)以上的斷面儀或者全站儀進(jìn)行。要保證橫斷面里程中誤差范圍為±50mm，要保證斷面點(diǎn)和線路中線法距的測(cè)量中誤差范圍為±10mm，要保證斷面點(diǎn)高程的測(cè)量中誤差范圍為±20mm。

（2）車站結(jié)構(gòu)及附屬建筑竣工測(cè)量

①地下區(qū)間隧道和地下車站及附屬設(shè)施的內(nèi)側(cè)平面位置、高程和結(jié)構(gòu)尺寸，并調(diào)查結(jié)構(gòu)厚度；

吉林省致力于把握北京冬奧會(huì)的有利契機(jī)，充分發(fā)揮全省冰雪資源優(yōu)勢(shì)，以“冬奧在北京、體驗(yàn)在吉林”為主題，重點(diǎn)打造滑雪、冰雪觀光、冰雪溫泉、冰雪民俗等系列產(chǎn)品，推進(jìn)冰雪旅游開發(fā)，重點(diǎn)打造“深度玩冰、厚度玩雪、暖度溫泉、熱度民俗”產(chǎn)品符號(hào)，刺激“白雪經(jīng)濟(jì)”的活力，力爭(zhēng)將吉林省建設(shè)成國(guó)際知名的冰雪旅游目的地。

②車站出入口、通道和區(qū)間風(fēng)道結(jié)構(gòu)的平面位置、高程和結(jié)構(gòu)尺寸。

2.3 在盾構(gòu)機(jī)測(cè)量方面的應(yīng)用

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)前應(yīng)進(jìn)行包括聯(lián)系測(cè)量在內(nèi)的基線及地下水準(zhǔn)測(cè)量，盾構(gòu)在車站始發(fā)的，始發(fā)基線邊必須及時(shí)與車站底板測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，盾體姿態(tài)經(jīng)第三方測(cè)量單位檢測(cè)后方能始發(fā)。

在對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量時(shí)可按如下方式進(jìn)行：在測(cè)量初期，對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量的內(nèi)容包括水平偏航角、俯仰角、扭轉(zhuǎn)角。之所以要進(jìn)行水平偏航角和俯仰角的測(cè)量主要是要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行判斷，確定其在后期的挖掘行進(jìn)中是否位于設(shè)計(jì)中線上，而扭轉(zhuǎn)角主要是確定其所發(fā)生的扭轉(zhuǎn)是否處在許可范圍內(nèi)。在進(jìn)行測(cè)量過程中可以將盾構(gòu)機(jī)看成圓柱體，但是在實(shí)際挖掘過程中很難直接測(cè)量刀盤的中心坐標(biāo)點(diǎn)，所以要通過計(jì)算的方式來得到中心坐標(biāo)，因此就需要在盾構(gòu)機(jī)殼體內(nèi)選擇合適的位置作為觀測(cè)點(diǎn)，這些點(diǎn)不但要方便觀測(cè)，也需要便于保護(hù)，同時(shí)要保證相互之間的距離不能發(fā)生較大改變。

如圖1所示，將O點(diǎn)設(shè)定為盾構(gòu)機(jī)的刀盤中心點(diǎn)，在盾構(gòu)機(jī)螺旋根本位置選擇兩點(diǎn)為A和B，在盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)中間靠下的位置選擇兩個(gè)點(diǎn)為C和D，在盾構(gòu)機(jī)中間前端面的位置選擇中心坐標(biāo)點(diǎn)E，這樣ABCD四點(diǎn)連線就形成了兩個(gè)四面體，同時(shí)要在A、B、C、D四點(diǎn)貼上測(cè)量反射鏡片。首先要測(cè)量出所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后進(jìn)行兩個(gè)四面體6條邊長(zhǎng)度L計(jì)算，這些值都設(shè)定成為后期計(jì)算的初始值，其中L是不變的值，對(duì)ABCD四點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量就能夠通過計(jì)算得到中心點(diǎn)O的坐標(biāo)值。

與上述內(nèi)容相同，能夠得到E點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過聯(lián)合O、E點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及盾構(gòu)機(jī)絞折角就可以得到盾構(gòu)機(jī)刀盤中心的水平偏航以及垂直偏航，這樣通過ABCD四點(diǎn)的坐標(biāo)就可以得到盾構(gòu)機(jī)的扭轉(zhuǎn)角度，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量的目的。

2.4 SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量

進(jìn)行SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量時(shí)所要進(jìn)行的內(nèi)容主要包括：測(cè)量得到地鐵隧道的中線坐標(biāo)、測(cè)量得到TCA托架以及后視托架的坐標(biāo)、進(jìn)行設(shè)置VMT的初始參數(shù)等等。

（1）測(cè)量地鐵隧道的中線坐標(biāo)。主要是通過VMT軟件進(jìn)行中線坐標(biāo)的測(cè)量，測(cè)量過程中要進(jìn)行地鐵隧道曲面以及高程要素的輸入，之后VMT軟件就可以對(duì)每相隔1m的隧道中線坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并且計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖1 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量示意圖

（2）測(cè)量TCA托架以及后視托架的坐標(biāo)。將全站儀設(shè)置在TCA的托架上，將棱鏡設(shè)置在后視托架上。利用人工的方式測(cè)量出TCA托架和后視托架的中心坐標(biāo)，將其當(dāng)成控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的初始測(cè)量數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 測(cè)量示意圖

（3）設(shè)置VMT的初始參數(shù)。將上述測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)輸入到VMT中，TCA就會(huì)進(jìn)行激光標(biāo)靶的定位和坐標(biāo)測(cè)量，能夠確定出激光標(biāo)靶的水平以及豎直位置，并且能夠通過計(jì)算機(jī)模擬出盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際位置以及姿態(tài)。

2.5 地鐵竣工測(cè)量方面的應(yīng)用

在地鐵工程竣工之后可以采用測(cè)量機(jī)器人對(duì)地鐵中的線路、高程、沿線設(shè)施等重要內(nèi)容進(jìn)行測(cè)量，所得到的數(shù)據(jù)可以作為地鐵工程竣工驗(yàn)收的依據(jù)，屬于基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，并且也可以作為城市測(cè)繪數(shù)據(jù)的一部分。

3 結(jié)束語

隨著地鐵在各大城市中逐漸興起，地鐵工程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成為了確保地鐵工程質(zhì)量和安全性的重要技術(shù)被廣泛應(yīng)用，提升了地鐵建設(shè)的效率和準(zhǔn)確性。但是在進(jìn)行地鐵測(cè)量過程中一定要按照工程所在地的實(shí)際情況選擇具有針對(duì)性的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，確保其具有可操作性。

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U231+.1

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1004-7344（2016）29-0184-02

2016-10-1

趙家星（1979-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事工程監(jiān)理工作。