摘要：文章介紹了當(dāng)前地鐵工程測量的現(xiàn)狀和一些工程測量新技術(shù)、新方法。并從地下鐵道工程測量精度設(shè)計的原則和要求、定向測量GPS控制網(wǎng)測量、鋪軌基標(biāo)測量等方面，論證了提高地鐵施工精度和施工質(zhì)量的新途徑。

　　工程測量是各項建筑工程設(shè)計、施工及設(shè)備安裝的必要工序。隨著我國地鐵、軌道交通 事業(yè)的發(fā)展，工程測量也獲得了長足的進(jìn)步，城市地鐵由于其在建筑物、構(gòu)筑物稠密地區(qū)修建，精度要求較高，施工線路長、施工單位多，又給工程測量增加了工作難度，因此，新的測量儀器及新的測量方法均在地鐵施工中得到了應(yīng)用。本文就當(dāng)前地鐵工程測量的現(xiàn)狀和主要技術(shù)方法，由生產(chǎn)實踐實際要求出發(fā)，作一些介紹和論述。

　　一、地下鐵道工程測量精度設(shè)計的原則和要求

　　地下鐵道測量工程的測量精度設(shè)計是根據(jù)工程的特征、施工方法、施工精度、設(shè)備安裝精度和貫通距離等諸多因素確定的，它不僅要保證隧道和線路貫通，而且要滿足線路定線和放樣的精度要求。

　　地下鐵道測量的首要任務(wù)是保證隧道貫通，因此在地下鐵道工程測量精度設(shè)計中，合理地規(guī)定隧道貫通誤差及其允許值，是地下鐵道測量的一項重要研究任務(wù)。目前在地下鐵道測 量中使用的測量貫通誤差要求，大都來自鐵道部《新建鐵路工程測量規(guī)范》，它是根據(jù)山嶺 隧道貫通誤差測量的實際統(tǒng)計資料計算出來的。該指標(biāo)應(yīng)用在主要采用盾構(gòu)和噴錨構(gòu)筑法進(jìn) 行隧道施工的地下鐵道中，廣泛應(yīng)用于城市地鐵，是否科學(xué)值得商榷。一般認(rèn)為地下鐵道貫通測量誤差應(yīng)根據(jù)設(shè)計所給定的限界裕量（安全空隙）和隧道結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)處的允許偏差兩個主要因素來確定，當(dāng)然還要考慮測量儀器設(shè)備的精度狀況。如設(shè)計一般給定的隧道結(jié)構(gòu)限界裕量每側(cè)為100mm，則這100mm的限界裕量中應(yīng)主要包括施工誤差、測量誤差、變形誤差等。

　　地鐵給定的高程安全裕量比較大，一般為70—100mm，因此根據(jù)目前測量儀器和設(shè)備狀況以及隧道結(jié)構(gòu)的豎向允許偏差，很容易滿足貫通誤差設(shè)計要求，但考慮到地下鐵道整體道床鋪軌對高程精度的要求，高程貫通測量誤差確定為±25mm.同樣采用不等精度分配方法，將高程貫通測量誤差分配到高程測量的各個環(huán)節(jié)：

　　其中：地面高程控制測量中誤差 ±12mm

　　高程傳遞測量中誤差 ±8mm

　　地下高程測量中誤差 ±12mm

　　則高程貫通測量中誤差mh為：

　　mh=±18.8mm＜±25mm

　　二、定向測量

　　在地鐵中，采用全站儀、垂準(zhǔn)儀和陀螺經(jīng)緯儀組成的聯(lián)合作業(yè)方法進(jìn)行豎井定向，該方法擺脫了傳統(tǒng)懸吊鋼絲的聯(lián)系三角形法，不僅克服了受城市地鐵施工場地狹窄制約，圖形強(qiáng)度不易提高，占用井筒時間過長等缺點，而且采用雙投點，雙定向的方法，大大增加了測量 檢核條件，又提高了定向精度。在地鐵復(fù)八線測量中所使用的GAK—1陀螺經(jīng)緯儀標(biāo)稱精度為一次定向中誤差為±20mm″，實際作業(yè)時定向邊的陀螺方位角和其改正數(shù)的測定誤差，則定向邊陀螺方位角誤差可達(dá)到±8″。在實際工作中我們又引進(jìn)GAOS自動陀螺經(jīng)緯儀定向系統(tǒng)，不僅操作方便，定向成果可靠，提高了定向精度。

　　當(dāng)隧道埋深較淺時，則采用導(dǎo)線測量方法和向地下傳統(tǒng)坐標(biāo)和方向，同樣布設(shè)雙導(dǎo)線加 強(qiáng)檢核和提高精度。當(dāng)隧道貫通距離較長時，還可采用在隧道上鉆孔，通過鉆孔投測坐標(biāo)或測定投測點陀螺方位角的方法提高定向精度。

　　三、地下鐵道GPS控制網(wǎng)測量

　　早在1990年5月北京地鐵復(fù)八線就采用GPS進(jìn)行首級控制測量，控制網(wǎng)由10個點組成，布 設(shè)成單三角鎖形式，該網(wǎng)采用兩臺WM100單頻接收機(jī)觀測，異環(huán)閉合差為1.73ppm—2.89ppm， 邊長中誤差為±2.1mm，點位中誤差為±3.5mm.

　　1994年由于城市建設(shè)的影響，原有GPS控制點有的被破壞，有的發(fā)生變形，需要對原控 制網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)充，并對原控制點的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。為此，在原GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充 ，新網(wǎng)共選設(shè)了13個點，其中3個點為一等點，7個點為舊點，新增6個點。

　　考慮到地鐵測量誤差分配到GPS測量的誤差精度要求（相鄰點位中誤差小于±10mm），為加強(qiáng)控制網(wǎng)整體強(qiáng)度，1994年采用一次布設(shè)，兩級觀測、整體平差的原則設(shè)計和布設(shè)GPS網(wǎng) .一級網(wǎng)由兩個重疊的大地四邊形組成，二級網(wǎng)為一級網(wǎng)下加密的三角鎖。

　　四、斷面測量

　　在地鐵隧道中斷面形式多樣（包括矩形、直墻拱形、橢圓形、傳統(tǒng)形、圓形、變截面6種 ），一般要求直線段每12米，曲線段每6米測量一個斷面，并根據(jù)隧道不同的斷面形狀，在斷 面上選擇與行車密切相關(guān)的位置測定其與線路中線的距離。過去很多單位采用人工直接丈量 的方法，精度低，速度慢，工作非常繁重。隨著測量儀器和測量技術(shù)的發(fā)展，斷面測量儀面 世后，斷面測量工作有了新的突破，但該儀器不能實行一站多斷面測量，而且價格昂貴，很多單位無經(jīng)濟(jì)能力問津。

　　通過幾年來的實踐和應(yīng)用，采用全站儀、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)和覘牌組成斷面測量系統(tǒng) 進(jìn)行斷面測量，利用該系統(tǒng)進(jìn)行斷面測量的方法有二種，一種是將全站儀和覘牌安置在隧道中線點上，首先測量置鏡點至欲測斷面中線點的水平距離和高程，并將水平角置零，然后就 可連續(xù)依次測量多個斷面測量點水平角和垂直角信息，并自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器之中，并通 過計算機(jī)經(jīng)運算既可求出待測點與中線距離。最終以數(shù)據(jù)表格和斷面圖形式輸出觀測成果。另外，為保證測量的斷面垂直于中線，在覘牌上安置有簡單照準(zhǔn)裝置和水平度盤裝置，不管是直線、圓曲線還是緩和曲線段，都可以根據(jù)事先計算好的覘牌至儀器方向與斷面夾角值標(biāo) 定出斷面方向。另一種方法是將全站儀或覘牌安置在隧道內(nèi)任意位置，即測量儀器或覘牌在 非線路中心進(jìn)行斷面測量。該方法利用任意安置儀器或覘牌的點與線路關(guān)系，通過計算機(jī)確 定斷面里程和議程，從而進(jìn)行斷面測量。上述兩種斷面測量方法速度快，使用方便，而且可 以充分利用本單位現(xiàn)有測量儀器設(shè)備，具有非常可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　五、鋪軌基標(biāo)測量

　　鋪軌基標(biāo)是高標(biāo)準(zhǔn)軌道混凝土整體道床的軌道鋪設(shè)控制點，精確地測設(shè)鋪軌基標(biāo)是保證 軌道施工質(zhì)量的關(guān)鍵。即將頒布實施的《地鐵施工驗收規(guī)范》中地鐵軌道驗收標(biāo)準(zhǔn)要求：平面上軌道中心線與基標(biāo)中心線允許偏差為2mm，軌道方向在直線上要遠(yuǎn)視直順，用10m弦量允 許偏差1mm，在曲線上遠(yuǎn)視圓順，用20m弦量正矢，根據(jù)曲線半徑圓曲線，允許偏差為1—3mm ，緩和曲線允許偏差為2—5mm，高程上軌頂標(biāo)高允許偏差2mm左、右股鋼軌頂面水平允許偏差為1mm，在延長18m的距離范圍內(nèi)，無大于1mm的三角坑，軌頂高低差目視平順，用10m弦 量不大于2mm；道岔精度除滿足上述要求外，還要滿足里程位置允許偏差2mm，導(dǎo)線及附帶曲 線允許偏差1mm，附帶曲線用10m弦量，連續(xù)正矢允許偏差為1mm，軌頂標(biāo)高允許偏差為2mm，全長范圍高低不大于3mm.

　　從上述地鐵軌道驗收標(biāo)準(zhǔn)不難看出，由于為節(jié)省工程造價，地鐵限界預(yù)留的安全裕量比 較小，線路在隧道中調(diào)整空間受到很大制約，因此，地鐵軌道驗收標(biāo)準(zhǔn)主要對鋪軌基標(biāo)中線與指導(dǎo)隧道施工的線路中線或結(jié)構(gòu)中線的偏差作出規(guī)定。同時，為使線路圓順，對單位長度 相鄰鋪軌基標(biāo)間的相對精度也提出了要求。

　　根據(jù)軌道驗收標(biāo)準(zhǔn)，我們總結(jié)制定了鋪軌基標(biāo)測設(shè)精度要求和基本方法。

　　1.鋪軌基標(biāo)測設(shè)精度要求

　　為保證線路圓順和基標(biāo)相對精度，對控制基標(biāo)和加密基標(biāo)的測設(shè)精度制定如下要求：

　�。�1）控制基標(biāo)測設(shè)精度要求

　　兩控制基標(biāo)相鄰邊長間夾角平差后的值，對設(shè)計值而言誤差不得超過6″，基標(biāo)測設(shè)的角度測量中誤差＜±3″；基標(biāo)高程測量的水準(zhǔn)路線閉合差小于8 L mm；距離測量誤差直線 段小于1*/5000；曲線段小于1*/1000.

　�。�2）加密基標(biāo)測設(shè)精度要求

　　直線段縱向誤差每6m小于6mm，曲線段每5m小于5mm，偏離中線小于±1mm；相鄰基標(biāo)高差小于±2mm.

　�。�3）道岔基標(biāo)測設(shè)精度要求

　　道岔鋪軌基標(biāo)位置橫向誤差不大于±2mm，主線、側(cè)線交角較差不大于±10″，高程誤差同加密基標(biāo)。

　　2.鋪軌基標(biāo)測設(shè)基本方法

　　由于地鐵施工時車站控制點一般從地面直接投測，精度比較高，加之車站線路一般為直線，線路與站臺間距限差要求很嚴(yán)，不易在車站進(jìn)行線路調(diào)整。

　　（1）中線調(diào)整測量和精密水準(zhǔn)測量

　　以“鋪軌單位”兩個車站中的中線控制點為起算控制點，與在區(qū)間隧道內(nèi)的原有施工中線控制點布設(shè)通過左、右線的附合導(dǎo)線。如左、右隧道之間有聯(lián)絡(luò)線，則應(yīng)布設(shè)結(jié)點網(wǎng)。平差后導(dǎo)線點坐標(biāo)和原來坐標(biāo)比較，當(dāng)其較差不影響隧道限界時，即可用這些中線控制點進(jìn)行下一步控制基標(biāo)測量工作。如果影響隧道限界時，則應(yīng)會同設(shè)計等有關(guān)人員改移或調(diào)整中線至允許誤差內(nèi)的合適位置上。

　　在“鋪軌單位”中布設(shè)一條通過左右線的精密附合水準(zhǔn)網(wǎng)，在區(qū)間埋設(shè)精密水準(zhǔn)控制點（盡量利用施工水準(zhǔn)點），水準(zhǔn)點間距為100—200m，精密水準(zhǔn)網(wǎng)按二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求 施測，水準(zhǔn)網(wǎng)閉合差小于8 Lmm（L為水準(zhǔn)路線長度，以千米計）。

　�。�2）鋪軌基標(biāo)測量

　　控制基標(biāo)的測設(shè)。利用調(diào)整后的中線控制點測設(shè)控制基標(biāo)，控制基標(biāo)分為初測、串線測量和調(diào)線測量三個步驟。

　　初測：根據(jù)事先計算的控制基標(biāo)測設(shè)數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)法測至地面，并精確測定其位置。

　　串線測量：對“鋪軌單位”中的控制基標(biāo)進(jìn)行串線測量，檢測控制基標(biāo)間角度、邊長等幾何關(guān)系是否滿足設(shè)計精度要求。當(dāng)控制基標(biāo)間幾何關(guān)系超限，并與線路存在較大偏差時應(yīng)進(jìn)行調(diào)線工作。

　　調(diào)線測量：調(diào)線前，先在室內(nèi)計算控制基標(biāo)間夾角實測值與理論值較差△β，△β值超 過6″時，可根據(jù)△β和控制基標(biāo)間距計算出控制基標(biāo)在垂直于線路方向的改正值δ，然后 在現(xiàn)場對△β超過6″時所涉及的控制基標(biāo)進(jìn)行歸化改正。歸化改正時要照顧到相鄰基標(biāo)改 正值的相互影響，往往僅改正一個點就可使相鄰點幾何關(guān)系滿足要求。

　　控制基標(biāo)的高程則利用上述精密水準(zhǔn)點測定，其觀測方法和限差同精密水準(zhǔn)測量。

　　控制基標(biāo)測設(shè)往往進(jìn)行多次，控制基標(biāo)高程和其之間的角度與邊長不能滿足限差要求時，則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)線測量，直至滿足要求為止。

　　加密基標(biāo)的測設(shè)。在曲線段依據(jù)控制基標(biāo)間的方向，按加密基標(biāo)的間距，在控制基標(biāo)間埋設(shè)加密基標(biāo)。埋設(shè)時經(jīng)緯儀定向、測距或在控制基標(biāo)間張拉直線、以鋼尺量距等方法確定各加密基標(biāo)的位置。

　　在曲線段將儀器安置在控制基標(biāo)或曲線元素點上用偏角量距等方法設(shè)置加密基標(biāo)，加密基標(biāo)高程依控制基標(biāo)高程測量方法測定。

　　道岔鋪軌基標(biāo)的測設(shè)。地鐵線路道岔有單開道岔、交分道岔、交叉渡線道岔，對這些道岔的鋪軌基標(biāo)測設(shè)應(yīng)根據(jù)道岔鋪軌基標(biāo)圖進(jìn)行。測設(shè)時可先對道岔的岔心、交點、主線和側(cè)線進(jìn)行測設(shè)，然后根據(jù)鋪軌基標(biāo)與上述各線路中線和交點的關(guān)系，利用控制基標(biāo)直接測設(shè)。同樣以精密水準(zhǔn)測量方法確定其高程。

　　岔區(qū)基標(biāo)一般測設(shè)在線路一側(cè)，但各種類型道岔的控制和加密基標(biāo)位置各異，而且它的位置隨設(shè)計圖、施工方法與機(jī)具而變化。另外道岔岔心定位及道岔結(jié)構(gòu)各元素點相對精度要求高，而且自成一體。因此，在基標(biāo)測設(shè)前首先要研究基標(biāo)設(shè)計圖，然后確定測設(shè)步驟。