龔振文 龍曉敏 胡朝英

(云南農業(yè)大學水利水電與建筑學院，云南昆明 650201)

0 引言

昆明是云南省政治、經濟、交通、文化中心，省會所在地，隨著昆明經濟的飛速發(fā)展，外來人口大量進入中心城市，造成交通擁堵，交通秩序混亂，市民出行困難。各種車輛互相干擾，汽車時速20 km/h，交通事故每天發(fā)生，帶來城市空氣環(huán)境污染、汽油緊缺。地鐵交通是最有效解決交通擁堵的措施。其特點是運輸量大，速度快:地鐵的速度是公共汽車速度的2倍～4倍。占地省、耗能少:地鐵幾乎不占用地面土地。軌道交通每千米能耗為道路交通的15%～40%。昆明地鐵建設可解決交通擁堵，讓春城市民能快速、準時、安全、舒適到達城市任何一個地方，大大加快昆明人民生活節(jié)奏，提高全市社會勞動生產效率，改善昆明交通出行方式，改善市容市貌，成為西南邊陲的大都市和面向東南亞開放的橋頭堡。

我國城鎮(zhèn)化過快，各城市交通擁堵問題突出，急需建地鐵交通解堵，而測量工作與地鐵工程密切相關，從規(guī)劃設計到完工運行，都需測量人員測圖，施工放線，變形監(jiān)測，測量工作能保證地鐵工程質量，指導施工順利進行，運行安全。由于昆明地域狹小、城市房屋密度大、地下管網太多，而地鐵工程測量精度要求高，而且技術密集、造價昂貴，地下工作空間狹窄、施工干擾大，通視條件差。施測對象灰暗，一般無自然光，光照不理想，允許耗時短，有時需要現場提交成果。不同于地面，不能很好布置測量網型，成果的檢查條件少，施工會帶來地表建筑物的沉陷，要進行實時的變形觀測。傳統(tǒng)測繪技術已不適應地鐵測量要求，急需引入現代測繪技術達到高效，實時，精準的信息化測繪的地鐵工程建設模式。

1 工程概況

本工程為2號線，是昆明主城內南北方向的骨干線。線路起點位于主城北部汽車北站，沿7204公路、北京路延長線、北京路經昆明站轉至官南大道，終點位于主城南部蘇王村站。線路全長22.4 km，其中地下線長約13.8 km，地上線長約8.6 km(見圖1～圖3)。2號線線路起于主城北部銀河片區(qū)，縱向穿越中心城區(qū)到達主城南部滇池北岸，是解決主城南北客運主流向出行需求的南北主軸線。

2 測繪新技術在昆明地鐵工程測量中的應用

2.1 在地鐵2號線工程勘測階段的應用

由三維GIS收集的測繪資料以各種小比例尺地形圖、航測照片、衛(wèi)星影像為依據進行線路比選、技術經濟指標的確定?？捎脺y量機器人進行線路初步設計定線，將初步設計所確定的線路放樣于實地。調查沿線重要建筑物是為了徹底摸清沿線對線路設計有制約作用的重要建筑物。無人機航測具有便捷、高效、低耗、實時性強、易操作、易維護等優(yōu)點，它能優(yōu)質、快速地為地鐵工程提供所需線路沿線1∶500及1∶1 000帶狀地形圖測量。車載移動測量系統(tǒng)已經成為地理空間數據快速采集和更新的最好解決方案(見圖4)。利用其獲取的點云數據編制大比例尺地形圖能很好地滿足地鐵工程總體規(guī)劃、詳細規(guī)劃、工程設計的需求，也可測沿線縱斷面與橫斷面。可量測實景影像DMI的空間信息系統(tǒng)、可進行空間信息自動化、智能化、實時化服務，在系統(tǒng)中進行地鐵沿線地下管線調查與測繪，查清擬建線路范圍內沿線重要建筑物位置及地下管線的詳細情況，為地鐵線路設計及管線遷改工作提供依據。

圖1 地鐵車站

圖2 地鐵隧洞

2.2 地鐵施工圖設計階段的應用

GPS應用地鐵控制網測量。昆明地鐵采用地鐵專項坐標、高程系統(tǒng)。采用昆明城市二等GNSS控制網作為首級控制網，是全市統(tǒng)一的、高精度的軌道交通GPS及水準框架網，并提供與現有城市坐標、高程系統(tǒng)相一致的測量成果，以滿足昆明地鐵線網規(guī)劃階段、工程設計階段、施工階段及運營階段的規(guī)劃審批、施工測量和變形監(jiān)測工作的需要。GPS控制點絕大部分位于主要道路的十字路口，有一些點之間相互不通視，必須加點聯測。因施工占用道路，所以有的GPS控制點由于改道而被破壞或者即將破壞，所以必須用新加密的控制點替代原有的GPS控制點的作用，2 km的標段范圍內，原有水準點稀少，不能滿足施工需要，增加臨時水準點十分必要。其中由業(yè)主提供的GPS點4個，北京路東側的2個點定向，施工單位加密點6個共同組成附和導線后進行平面控制測量，平面控制點測量，測距往返4次取平均數，測角度盤左、盤右2測回取平均數，經平差后，導線全長1 907.8 m，閉合差1/2 307，評估精度高于一級導線要求的1/15 000，誤差均小于城市軌道交通工程測量規(guī)范中規(guī)定的平差后最弱點橫向中誤差20 mm的取值，所以可以用于施工使用。高程測量控制由昆明北站站～人民路站沿線15個點組成，其中原有水準點4個，臨時水準點9個，線路全長2 663 m，測站39個。全線高差閉合差8.5 mm，平均2.1 mm/km，精度達到二等水準測量要求，軟件用到地鐵施工控制網測量系統(tǒng)，適用于地鐵設計以及施工中的控制網布測，復測，高效機載程序，方便實用，多種數據格式，兼容國內通用平差軟件，高精度，高穩(wěn)定測量儀器，屏幕照明，激光對中，ATR自動照準。

2.3 測量機器人在地鐵施工測量階段的應用

1)測量機器人:測量機器人是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、識別和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型電子全站儀，具有高精度、智能自動化、馬達驅動、自動照準、鎖定跟蹤、遙控測量、操作系統(tǒng)無棱鏡模式、導向光、自動調焦的特點，測量機器人的出現，極大地提高了地鐵施工測量工作效率和可靠性，實現測繪內外業(yè)一體化，測量機器人具有實時處理數據的功能，以便于可以實時檢查測量的質量，提高測量效率;全站儀的集成化有利于各種儀器進行數據的采集并進行交換和共享，以提高施工放線工作的效率和進度。測量機器人可以在線處理測量數據，使施工放線質量和效率大大提高，考慮各因素，地鐵安裝誤差為100 mm(見圖5)。

圖3 地鐵施工現場

圖4 車載移動測量系統(tǒng)

圖5 測量機器人

2)定向測量:傳統(tǒng)是利用全站儀、垂準儀和陀螺經緯儀聯合進行豎井定向，并且采用雙投點，雙定向的方法，不僅增加了測量檢核條件，又提高了定向精度。而采用隧道盾構自動引導測量系統(tǒng)進行隧道開挖，實時顯示隧道軸線的點偏移值，保證順利貫通，高程貫通測量誤差確定為25 mm。采用地下頂管施工自動引導測量系統(tǒng)、頂管自動引導測量系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)頂管施工過程中人工測量作業(yè)費時、費力、占用工時的問題，系統(tǒng)由計算機遠程控制測量機器人來自動完成作業(yè)。

3)斷面測量:地鐵建設中采用全站儀，數據采集器，計算機和覘牌組成的斷面測量系統(tǒng)進行斷面測量。隧道測量系統(tǒng)能應用于隧道施工的各個階段:開挖斷面輪廓線放樣，全自動斷面測量及分析，隧道超欠挖實時檢測及激光標示，噴錨層厚度的測定，隧道中邊樁放樣，圍巖變形測量，工程方量計算，腰線及軸線放樣，鋼架安裝凈空、路基坡面、路面放樣與檢測，開坡線、坡腳線放樣，橋墩臺中心、四角特征點放樣，系統(tǒng)可以有效地指導隧道的開挖、襯砌，避免過量的超欠挖，從而節(jié)約大量的人力物力;系統(tǒng)可以有效地提高作業(yè)速度，放樣精度達到毫米，為工程質量和工期提供有力保障。全自動、無反射棱鏡三維斷面測量，自動、快速采集斷面數據，一次設站可以測量多個斷面，5 min可采集100個斷面點，精確、高效、簡單操作。

4)無棱鏡測量機器人在地鐵施工中的應用。免棱鏡全站儀通過輻射測量極坐標的方式，能夠準確、快速地完成地鐵施工隧道掘進放樣、斷面測量、圍巖凈空位移量測等主要施工測量工作，全部測量內業(yè)利用計算機自動處理，為隧道施工測量帶來技術革命，為整個工程節(jié)約時間、減少投資，瞄哪測哪，測量速度快，使用方便。在200 m以內都可以測量，特別適合地鐵測量，測距精度為3 mm+2 ppm，可把設計圖上的地鐵各種建筑物大小位置放樣在實地。作為施工依據，遙控測量時一人就可以在鏡站上輕松自如的實現對全站儀所有功能的遙控，更快地進行放樣，提高放樣精度，特別適合用在地鐵施工測量中。應用由測量機器人為主的地鐵施工基坑監(jiān)測系統(tǒng)對周邊環(huán)境變形監(jiān)測及基坑圍護體系監(jiān)測，集數據管理，數據分析，數據查詢，報表生成，警戒值報警等功能于一體，非常適用于地鐵基坑監(jiān)測項目。

5)測量機器人應用于地鐵施工鋪設。測量機器人通過無線傳輸技術將測量數據持續(xù)傳輸到機載計算機，計算出軌道鋪設的實際位置和方向并與設計數據進行比較。通過控制器將調整結果發(fā)送到液壓系統(tǒng)進行精確的鋪設和方向控制。通過持續(xù)比較放樣數據和設計數據，地鐵鋪設較高的精度，節(jié)約測量成本，不需要安裝和維護任何控制放樣線，提高安全、生產質量和鋪設性能，生產力提高30%，鋪設高程精度2 mm，鋪設位置精確到8 mm，能按照軌道鋪設要求進行安裝測量工作。用測量機器人進行安裝測量工作，可提高軌道鋪設質量，降低成本，完成高精度的軌道鋪設任務。地面沉降監(jiān)測精確度為1 cm，對現澆梁中心線精確為5 mm，高程精確為5 mm。測量機器人應用于施工路面掃描系統(tǒng):監(jiān)測的目標可選擇圓棱鏡，無棱鏡和反射貼片三種類型，且可混合使用;可采用無線或有線的方式遠程控制儀器進行測量;可實時顯示變化趨勢圖和三維圖形;可以以方便靈活的方式輸出各種圖形報表。

6)地鐵工程竣工測量?？⒐y量是對地鐵結構的平面位置、埋深，線路的平面位置、高程，沿線設備的位置，地鐵施工時遷改的管線的平面位置、埋深等進行實測，其結果作為竣工驗收的重要依據，并作為城市的基礎測繪檔案長期保存。可用測量機器人對各建筑物及附屬結構凈空測量、尺寸測量、線路及高程測量等。為了保證本工程各結構、軌道道岔、軌道測量的精度與出入線段平面導線點及水準控制點及水準點的聯測，利用聯測成果對建筑物進行測量放樣。

2.4 地鐵的運營期應用

地鐵的運營是長期的，車站、隧道結構以及軌道等的位移沉降直接影響到行車安全，造成地鐵周邊建筑變形，地面沉降問題，昆明地區(qū)地基土軟弱，特別需要長時間進行位移沉降監(jiān)測，全面掌握地鐵結構的變形規(guī)律，為設計方和運營方提供數據以便優(yōu)化設計及安全運營。由傾斜儀、GPS、全站儀、裂縫儀等多種傳感器采集數據，基坑現場由多種傳感器數據采集監(jiān)測數據網絡化，可實現多個項目遠程數據管理，項目信息可視化，超限自動報警，數據庫管理統(tǒng)一化，自動生成各項監(jiān)測報表，采用徠卡高精度測量設備，用于地鐵施工以及營運過程中沿線高層樓宇監(jiān)測，移動式TPS監(jiān)測沿線建筑監(jiān)測，使用徠卡高精度全站儀，數據自動分析處理，掌控直觀的變化趨勢，測量目標建筑特征點的三維坐標，直觀高效，不間斷高頻監(jiān)測，獲取建筑物的變化趨勢，也適用于地鐵施工過程中沿線路面監(jiān)測，可直接對路面進行掃描測量，無線遠程遙控，可以同時控制多臺儀器監(jiān)測不同區(qū)域，單臺儀器可監(jiān)測多個區(qū)域，超限自動報警，操作簡單，易學易用，全自動化的變形監(jiān)測系統(tǒng)通過對安置在地鐵隧道內部的目標棱鏡的連續(xù)不間斷測量，從而達到實時掌握隧道變形情況的目的?？蛇M行車站及隧道結構的沉降監(jiān)測和水平位移監(jiān)測;高架線路橋墩沉降監(jiān)測;高架線路水平位移監(jiān)測;高架線路橋梁撓度監(jiān)測;也可對沿線各種建筑全面和重點部位安全監(jiān)測。

3 結語

測量機器人具有實時處理數據的功能，能實時檢查測量放樣的質量，提高測量效率;同時保障了地下測量人員的安全。測量機器人激光指向儀為地鐵掘進提供了基準線。陀螺全站儀將在地下工程定向中取代傳統(tǒng)的定向方法。GPS定位技術、車載式三維空間移動測量技術、激光準直和掃平儀、地鐵工程變形觀測系統(tǒng)，測繪信息網絡化管理等在地鐵測量中得到應用，使地鐵測量工作精確、高效、簡單操作，為地鐵測量工作帶來全新的技術革命。

［1］秦長利.淺談地下鐵道工程測量工作的現狀和展望［J］.鐵路航測，1998(4):62-63.

［2］GB 50308-1999，地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范［S］.