摘要：文章介紹了當前地鐵工程測量的現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計的原則和要求、定向測量GPS控制網(wǎng)測量、鋪軌基標測量等方面，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計、施工及設備安裝的必要工序。隨著(zhù)我國地鐵、軌道交通 事業(yè)的發(fā)展，工程測量也獲得了長(cháng)足的進(jìn)步，城市地鐵由于其在建筑物、構筑物稠密地區修建，精度要求較高，施工線(xiàn)路長(cháng)、施工單位多，又給工程測量增加了工作難度，因此，新的測量?jì)x器及新的測量方法均在地鐵施工中得到了應用。本文就當前地鐵工程測量的現狀和主要技術(shù)方法，由生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)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計的原則和要求

　　地下鐵道測量工程的測量精度設計是根據工程的特征、施工方法、施工精度、設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(xiàn)路貫通，而且要滿(mǎn)足線(xiàn)路定線(xiàn)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計中，合理地規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(lái)自鐵道部《新建鐵路工程測量規范》，它是根據山嶺 隧道貫通誤差測量的實(shí)際統計資料計算出來(lái)的。該指標應用在主要采用盾構和噴錨構筑法進(jìn) 行隧道施工的地下鐵道中，廣泛應用于城市地鐵，是否科學(xué)值得商榷。一般認為地下鐵道貫通測量誤差應根據設計所給定的限界裕量（安全空隙）和隧道結構聯(lián)結處的允許偏差兩個(gè)主要因素來(lái)確定，當然還要考慮測量?jì)x器設備的精度狀況。如設計一般給定的隧道結構限界裕量每側為100mm，則這100mm的限界裕量中應主要包括施工誤差、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，因此根據目前測量?jì)x器和設備狀況以及隧道結構的豎向允許偏差，很容易滿(mǎn)足貫通誤差設計要求，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(gè)環(huán)節：

　　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(chǎng)地狹窄制約，圖形強度不易提高，占用井筒時(shí)間過(guò)長(cháng)等缺點(diǎn)，而且采用雙投點(diǎn)，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。在地鐵復八線(xiàn)測量中所使用的GAK—1陀螺經(jīng)緯儀標稱(chēng)精度為一次定向中誤差為±20mm″，實(shí)際作業(yè)時(shí)定向邊的陀螺方位角和其改正數的測定誤差，則定向邊陀螺方位角誤差可達到±8″。在實(shí)際工作中我們又引進(jìn)GAOS自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀定向系統，不僅操作方便，定向成果可靠，提高了定向精度。

　　當隧道埋深較淺時(shí)，則采用導線(xiàn)測量方法和向地下傳統坐標和方向，同樣布設雙導線(xiàn)加 強檢核和提高精度。當隧道貫通距離較長(cháng)時(shí)，還可采用在隧道上鉆孔，通過(guò)鉆孔投測坐標或測定投測點(diǎn)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月北京地鐵復八線(xiàn)就采用GPS進(jìn)行首級控制測量，控制網(wǎng)由10個(gè)點(diǎn)組成，布 設成單三角鎖形式，該網(wǎng)采用兩臺WM100單頻接收機觀(guān)測，異環(huán)閉合差為1.73ppm—2.89ppm， 邊長(cháng)中誤差為±2.1mm，點(diǎn)位中誤差為±3.5mm.

　　1994年由于城市建設的影響，原有GPS控制點(diǎn)有的被破壞，有的發(fā)生變形，需要對原控 制網(wǎng)進(jìn)行擴充，并對原控制點(diǎn)的穩定性進(jìn)行評價(jià)。為此，在原GPS控制網(wǎng)的基礎上進(jìn)行擴充 ，新網(wǎng)共選設了13個(gè)點(diǎn)，其中3個(gè)點(diǎn)為一等點(diǎn)，7個(gè)點(diǎn)為舊點(diǎn)，新增6個(gè)點(diǎn)。

　　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(diǎn)位中誤差小于±10mm），為加強控制網(wǎng)整體強度，1994年采用一次布設，兩級觀(guān)測、整體平差的原則設計和布設GPS網(wǎng) .一級網(wǎng)由兩個(gè)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、傳統形、圓形、變截面6種 ），一般要求直線(xiàn)段每12米，曲線(xiàn)段每6米測量一個(gè)斷面，并根據隧道不同的斷面形狀，在斷 面上選擇與行車(chē)密切相關(guān)的位置測定其與線(xiàn)路中線(xiàn)的距離。過(guò)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(zhù)測量?jì)x器和測量技術(shù)的發(fā)展，斷面測量?jì)x面 世后，斷面測量工作有了新的突破，但該儀器不能實(shí)行一站多斷面測量，而且價(jià)格昂貴，很多單位無(wú)經(jīng)濟能力問(wèn)津。

　　通過(guò)幾年來(lái)的實(shí)踐和應用，采用全站儀、數據采集器、計算機和覘牌組成斷面測量系統 進(jìn)行斷面測量，利用該系統進(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(xiàn)點(diǎn)上，首先測量置鏡點(diǎn)至欲測斷面中線(xiàn)點(diǎn)的水平距離和高程，并將水平角置零，然后就 可連續依次測量多個(gè)斷面測量點(diǎn)水平角和垂直角信息，并自動(dòng)傳輸到數據采集器之中，并通 過(guò)計算機經(jīng)運算既可求出待測點(diǎn)與中線(xiàn)距離。最終以數據表格和斷面圖形式輸出觀(guān)測成果。另外，為保證測量的斷面垂直于中線(xiàn)，在覘牌上安置有簡(jiǎn)單照準裝置和水平度盤(pán)裝置，不管是直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)還是緩和曲線(xiàn)段，都可以根據事先計算好的覘牌至儀器方向與斷面夾角值標 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任意位置，即測量?jì)x器或覘牌在 非線(xiàn)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(diǎn)與線(xiàn)路關(guān)系，通過(guò)計算機確 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有測量?jì)x器設備，具有非�？捎^(guān)的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

　　五、鋪軌基標測量

　　鋪軌基標是高標準軌道混凝土整體道床的軌道鋪設控制點(diǎn)，精確地測設鋪軌基標是保證 軌道施工質(zhì)量的關(guān)鍵。即將頒布實(shí)施的《地鐵施工驗收規范》中地鐵軌道驗收標準要求：平面上軌道中心線(xiàn)與基標中心線(xiàn)允許偏差為2mm，軌道方向在直線(xiàn)上要遠視直順，用10m弦量允 許偏差1mm，在曲線(xiàn)上遠視圓順，用20m弦量正矢，根據曲線(xiàn)半徑圓曲線(xiàn)，允許偏差為1—3mm ，緩和曲線(xiàn)允許偏差為2—5mm，高程上軌頂標高允許偏差2mm左、右股鋼軌頂面水平允許偏差為1mm，在延長(cháng)18m的距離范圍內，無(wú)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(mǎn)足上述要求外，還要滿(mǎn)足里程位置允許偏差2mm，導線(xiàn)及附帶曲 線(xiàn)允許偏差1mm，附帶曲線(xiàn)用10m弦量，連續正矢允許偏差為1mm，軌頂標高允許偏差為2mm，全長(cháng)范圍高低不大于3mm.

　　從上述地鐵軌道驗收標準不難看出，由于為節省工程造價(jià)，地鐵限界預留的安全裕量比 較小，線(xiàn)路在隧道中調整空間受到很大制約，因此，地鐵軌道驗收標準主要對鋪軌基標中線(xiàn)與指導隧道施工的線(xiàn)路中線(xiàn)或結構中線(xiàn)的偏差作出規定。同時(shí)，為使線(xiàn)路圓順，對單位長(cháng)度 相鄰鋪軌基標間的相對精度也提出了要求。

　　根據軌道驗收標準，我們總結制定了鋪軌基標測設精度要求和基本方法。

　　1.鋪軌基標測設精度要求

　　為保證線(xiàn)路圓順和基標相對精度，對控制基標和加密基標的測設精度制定如下要求：

　�。�1）控制基標測設精度要求

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

　�。�2）加密基標測設精度要求

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

　�。�3）道岔基標測設精度要求

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

　　2.鋪軌基標測設基本方法

　　由于地鐵施工時(shí)車(chē)站控制點(diǎn)一般從地面直接投測，精度比較高，加之車(chē)站線(xiàn)路一般為直線(xiàn)，線(xiàn)路與站臺間距限差要求很?chē)�，不易在�?chē)站進(jìn)行線(xiàn)路調整。

　�。�1）中線(xiàn)調整測量和精密水準測量

　　以“鋪軌單位”兩個(gè)車(chē)站中的中線(xiàn)控制點(diǎn)為起算控制點(diǎn)，與在區間隧道內的原有施工中線(xiàn)控制點(diǎn)布設通過(guò)左、右線(xiàn)的附合導線(xiàn)。如左、右隧道之間有聯(lián)絡(luò )線(xiàn)，則應布設結點(diǎn)網(wǎng)。平差后導線(xiàn)點(diǎn)坐標和原來(lái)坐標比較，當其較差不影響隧道限界時(shí)，即可用這些中線(xiàn)控制點(diǎn)進(jìn)行下一步控制基標測量工作。如果影響隧道限界時(shí)，則應會(huì )同設計等有關(guān)人員改移或調整中線(xiàn)至允許誤差內的合適位置上。

　　在“鋪軌單位”中布設一條通過(guò)左右線(xiàn)的精密附合水準網(wǎng)，在區間埋設精密水準控制點(diǎn)（盡量利用施工水準點(diǎn)），水準點(diǎn)間距為100—200m，精密水準網(wǎng)按二等水準測量的技術(shù)要求 施測，水準網(wǎng)閉合差小于8 Lmm（L為水準路線(xiàn)長(cháng)度，以千米計）。

　�。�2）鋪軌基標測量

　　控制基標的測設。利用調整后的中線(xiàn)控制點(diǎn)測設控制基標，控制基標分為初測、串線(xiàn)測量和調線(xiàn)測量三個(gè)步驟。

　　初測：根據事先計算的控制基標測設數據，用坐標法測至地面，并精確測定其位置。

　　串線(xiàn)測量：對“鋪軌單位”中的控制基標進(jìn)行串線(xiàn)測量，檢測控制基標間角度、邊長(cháng)等幾何關(guān)系是否滿(mǎn)足設計精度要求。當控制基標間幾何關(guān)系超限，并與線(xiàn)路存在較大偏差時(shí)應進(jìn)行調線(xiàn)工作。

　　調線(xiàn)測量：調線(xiàn)前，先在室內計算控制基標間夾角實(shí)測值與理論值較差△β，△β值超 過(guò)6″時(shí)，可根據△β和控制基標間距計算出控制基標在垂直于線(xiàn)路方向的改正值δ，然后 在現場(chǎng)對△β超過(guò)6″時(shí)所涉及的控制基標進(jìn)行歸化改正。歸化改正時(shí)要照顧到相鄰基標改 正值的相互影響，往往僅改正一個(gè)點(diǎn)就可使相鄰點(diǎn)幾何關(guān)系滿(mǎn)足要求。

　　控制基標的高程則利用上述精密水準點(diǎn)測定，其觀(guān)測方法和限差同精密水準測量。

　　控制基標測設往往進(jìn)行多次，控制基標高程和其之間的角度與邊長(cháng)不能滿(mǎn)足限差要求時(shí)，則應重新進(jìn)行調線(xiàn)測量，直至滿(mǎn)足要求為止。

　　加密基標的測設。在曲線(xiàn)段依據控制基標間的方向，按加密基標的間距，在控制基標間埋設加密基標。埋設時(shí)經(jīng)緯儀定向、測距或在控制基標間張拉直線(xiàn)、以鋼尺量距等方法確定各加密基標的位置。

　　在曲線(xiàn)段將儀器安置在控制基標或曲線(xiàn)元素點(diǎn)上用偏角量距等方法設置加密基標，加密基標高程依控制基標高程測量方法測定。

　　道岔鋪軌基標的測設。地鐵線(xiàn)路道岔有單開(kāi)道岔、交分道岔、交叉渡線(xiàn)道岔，對這些道岔的鋪軌基標測設應根據道岔鋪軌基標圖進(jìn)行。測設時(shí)可先對道岔的岔心、交點(diǎn)、主線(xiàn)和側線(xiàn)進(jìn)行測設，然后根據鋪軌基標與上述各線(xiàn)路中線(xiàn)和交點(diǎn)的關(guān)系，利用控制基標直接測設。同樣以精密水準測量方法確定其高程。

　　岔區基標一般測設在線(xiàn)路一側，但各種類(lèi)型道岔的控制和加密基標位置各異，而且它的位置隨設計圖、施工方法與機具而變化。另外道岔岔心定位及道岔結構各元素點(diǎn)相對精度要求高，而且自成一體。因此，在基標測設前首先要研究基標設計圖，然后確定測設步驟。