劉登銀

地下工程測量簡介

地下工程測量是工程測量學(xué)的一個(gè)分支，主要是研究地下、水下具體幾何實(shí)體的測量描繪和抽象幾何實(shí)體的測設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對象。眾所周知，地下工程在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、竣工及經(jīng)營管理各階段所進(jìn)行的測量工作，包括鐵路隧道、道路隧道、城市地下鐵道、地下防空建筑群、地下電站、水工隧洞、航運(yùn)隧道、艦艇掩蔽隧洞、飛機(jī)掩蔽隧洞、地下油庫、地下倉庫、地下工廠等的工程測量。地下工程測量的主要特點(diǎn)：環(huán)境惡劣、無自然光、進(jìn)度要求高;、量工作具有連續(xù)性和重復(fù)性、測量成果要重復(fù)測量、檢核工作量大等。

一、地下工程測量的特點(diǎn)

（1）地下工程施工面黑暗潮濕，環(huán)境較差，經(jīng)常需進(jìn)行點(diǎn)下對中，有時(shí)邊長較短，因此測量精度難以提高;

（2）地下工程的坑道往往采用獨(dú)頭掘進(jìn)，洞室之間互不相通，不便組織校核，出現(xiàn)錯(cuò)誤不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著坑道的進(jìn)展，點(diǎn)位誤差的累積越來越大;

（3）地下工程施工面狹窄，并且坑道往往只能前后通視，造成控制測量形式比較單一，僅適合布設(shè)導(dǎo)線;

（4）測量工作隨著坑道工程的掘進(jìn)，而不間斷的進(jìn)行。一般先以低等級導(dǎo)線指示坑道掘進(jìn)，而后布設(shè)高級導(dǎo)線進(jìn)行檢核;

（5）由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的測量方法（如為保證地下和地面采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，需進(jìn)行聯(lián)系測量）和儀器。

地下工程對測量的要求

二、地下工程測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

地下工程的測量環(huán)節(jié)包括：建立地面控制網(wǎng)、地面和地下的聯(lián)系測量、地下坑道中的控制、竣工及施工測量。對測量的要求如下：

（1）應(yīng)嚴(yán)格按照先控制后碎部、高級控制低級、對測量成果逐項(xiàng)檢核，測量精度必須滿足規(guī)范要求等原則進(jìn)行。

（2）在隧道工程中，兩個(gè)相向開挖的工作面的施工中線往往因測量誤差產(chǎn)生貫通誤差（分為縱向、橫向和高程貫通誤差）。對于隧道而言，縱向誤差不會影響隧道的貫通質(zhì)量，而橫向誤差和高程誤差將影響隧道的貫通質(zhì)量。因此應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制橫向誤差和高程誤差，以保證工程質(zhì)量。

（3）為保證地下工程的施工質(zhì)量，在工程施工前，應(yīng)進(jìn)行工程測量誤差預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)中應(yīng)將容許的竣工誤差加以適當(dāng)分配。一般來說，地面上的測量條件比地下好，故對地面控制測量的精度應(yīng)要求高一些，而將地下測量的精度要求適當(dāng)降低。

（4）在地下工程中應(yīng)盡量采用先進(jìn)的測量設(shè)備。地面控制測量應(yīng)采用GPS測量技術(shù)進(jìn)行。平面聯(lián)系測量應(yīng)盡量采用陀螺定向?？拥纼?nèi)的導(dǎo)線測量應(yīng)采用紅外測距儀測距以加大導(dǎo)線邊長，減少導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)。為限制測角誤差的傳遞，當(dāng)導(dǎo)線前進(jìn)一定距離后應(yīng)使用高精度陀螺經(jīng)緯儀加測陀螺定向邊。

（5）地下工程控制測量根據(jù)其工程范圍（或長度）、工程類型、工程的施工方法可大致分為三類：一類是簡單的小型地下工程（如較短的隧道、較小的且采用明挖法建造的地下商場、倉儲等），該類型工程可不進(jìn)行控制測量而直接測量（現(xiàn)場標(biāo)定法）;另一類是大型的隧道工程，其控制測量從網(wǎng)型上看多呈直伸形，且有特殊要求;再一類是地下礦山工程、城市地鐵工程，該類工程涉及范圍大，因此控制網(wǎng)覆蓋面積大，精度要求高。

三、地下工程測量的主要內(nèi)容

地下工程測量的主要包括：地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量、貫通測量、地下工程施工測量、地下變形監(jiān)測以及地下管線探測等，這里著重介紹聯(lián)系測量。聯(lián)系測量：將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到地（井）下的測量，稱為聯(lián)系測量。地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到地（井）下的測量稱平面聯(lián)系測量，簡稱定向。將地面高程系統(tǒng)傳遞到地（井）下的測量稱高程聯(lián)系測量，簡稱導(dǎo)入高程。聯(lián)系測量的目的是使地面和地（井）下測量控制網(wǎng)采用同一坐標(biāo)系統(tǒng)。聯(lián)系測量的任務(wù)：①確定地下導(dǎo)線測量起算邊的坐標(biāo)方位角;②確定地下導(dǎo)線測量起算點(diǎn)的平面坐標(biāo);③確定地下高程測量起算點(diǎn)高程。

（1）聯(lián)系測量定向種類

①幾何定向：通過平峒和斜井定向、通過一個(gè)豎井定向、通過兩個(gè)豎井定向。②物理定向：用磁性儀器定向、用投向儀定向、用陀螺經(jīng)緯儀定向。一井定向原理：在豎井井筒中懸掛兩根鋼絲垂球線在地面上利用地面控制點(diǎn)測定兩垂球線的平面坐標(biāo)及其聯(lián)線方位角，在井下使用全站儀測角量邊把垂球線與井下起始控制點(diǎn)連接起來，通過計(jì)算確定井下起始控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角。

（2）聯(lián)系測量的誤差和處理措施

由地面向定向水平上投點(diǎn)時(shí)，由于井筒內(nèi)氣流、滴水等影響，致使井下垂球線偏離地面上的位置，該線量偏差e稱為投點(diǎn)誤差，由此而引起的垂球線連線的方向誤差θ叫做投向誤差。減少投點(diǎn)誤差的主要措施：

①盡管增加兩垂球線間的距離，并選擇合理的垂球線位置。例如使兩垂球線連線方向盡量與氣流方向一致。這樣盡管沿氣流方向的垂球線偏斜可能較大，但垂直于兩垂球線連線方向上的傾斜卻不大，因而可以減少投向誤差。②盡量減少馬頭門處氣流對垂球線的影響。定向時(shí)最好停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以減少風(fēng)速。③采用小直徑、高強(qiáng)度的鋼絲，適量加大垂球重量，并將垂球浸入穩(wěn)定液中。④減少滴水對垂球線及垂球的影響，在淋水大的井筒，必須采用擋水措施，并在大水桶上加擋水蓋。

四、地下工程測量的發(fā)展前景

地下工程測量學(xué)的發(fā)展前景，地下工程測量理論與技術(shù)的快速發(fā)展與現(xiàn)實(shí)的測量儀器、技術(shù)和工程有著密切的關(guān)系。工程測量技術(shù)的自動化、智能化、小型化、無線化和動態(tài)測量化是一個(gè)總的發(fā)展趨勢。我國的地下工程測量在各個(gè)方面取得了巨大的發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)解決了諸多的關(guān)鍵問題。每年一次的全國性的工程測量學(xué)術(shù)研討會就給國內(nèi)的測量工作者提供了一次不斷交流、探討、總結(jié)和提高的機(jī)會。但由于各方面的原因，如測繪市場的不規(guī)范、資金和人力的投入不足、追求短期效應(yīng)等，國內(nèi)的地下工程測量在先進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用方面比起發(fā)達(dá)的國家，還存在一定的差距。因此，地下工程測量理論與技術(shù)應(yīng)該在以下幾個(gè)方面有更好的發(fā)展：（1）針對特殊工程的專用儀器的研制，特別是傳感器的研制;（2）各種傳感器集成、數(shù)據(jù)處理及自動化實(shí)現(xiàn)，如各種移動測量系統(tǒng)的研制;（3）新型測量儀器的檢校設(shè)備理論和方法;（4）多類連續(xù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理與分析的理論與方法;（5）數(shù)據(jù)處理中數(shù)學(xué)物理模型的建立、分析和辨識等。