青岛地铁1号线测量技术培训(潘国荣 同济大学)

青岛地铁1号线测量技术培训同济大学潘国荣

CompanyLogo城市地铁施工测量概述地铁施工测量管理地铁隧道贯通测量技术地下工程智能化测量系统CPIII控制网在地铁隧道铺轨中的应用轨道交通BIM技术基于分布式光纤传感技术的地铁隧道变形监测模型研究内容提纲

城市地铁概述

为了缓解城市地面交通的严重拥挤状态，全国大型城市相继兴建地下铁道。目前正在建设地铁工程的城市有北京、天津、广州、深圳、南京，武汉、重庆、苏州、杭州、沈阳、成都、青岛、西安、宁波等城市，而正在轨道交通（包括地铁）建设工程项目的城市已近50多个。此外，盾构法隧道施工在诸如地下供水隧道、合流污水管道、供电和通讯电缆隧道、煤气管道等方面的应用也日渐普及。1

地下铁道工程测量的内容

一、地面控制网测量1．沿地铁线路施测首级平面控制网（GPS网），并用导线加密，精度相当于城市三、四等。平均边长1.5km，每个车站附近至少有1个互相通视的控制点。2．沿线路施测首级高程控制网，并加密精密水准点。首级按城市二等水准施测，加密网的往返或附合线路闭合差定为8Lmm。二、地铁施工测量地铁施工测量按服务性质可以分为施工控制测量、细部放样测量、竣工测量、环境监测和其它测量等。

1．施工控制测量

包括以下三部分：

1）地面控制测量。维护施工期间地面的平面、高程主控制网完整，维护其可靠、可用；为施工方便加密地面控制点（包括地面工程、车站等）。并维持其可靠、可用。

2）联系测量。竖井传递点位、方向及高程。

3）地下控制测量。控制地下主导线，地下主水准网，顾及各段工程间的衔接，确保各区间隧道贯通。

地铁施工测量2．细部放样测量为施工导向、盾构机定位、纠偏和装配式衬砌的拼装等而进行的测量作业。

3．竣工测量是指根据贯通后地下导线平差成果调整中线后，按规定间距和断面总数进行的断面净空测量和其它为积累竣工图素材和编制竣工图而进行的测绘工作。

4．变形监测是指隧道开挖期间对受施工影响的地上、地下及周围建筑物的变形进行测量作业。2023年2月6日

城市轨道交通建设工程中的施工测量是基础性工作，施工测量质量是工程质量的基本保障，直接关系工程安全、经济社会发展和人民群众的切身利益。为加强城市轨道交通工程测量成果质量的控制，保障建设工程的质量与安全，提高测量成果质量水平，在建设工程中必须要加强测量项目管理。

项目管理：城市轨道交通工程建设项目涉及各个领域和多个专业，业主由于自身时间、精力和专业等方面的限制，其管理大都采用间接方式，通过各种委托协议和合同，把工程项目的各项任务和管理职责以及各项风险分解到有关单位，项目业主进行总体协调和控制。我们把测量系统管理也归类为其中的一个项目管理。

控制目标：城市轨道交通建设工程的测量工作是为设计、施工服务的，主要是保证结构和线路位置满足设计要求。为满足上述要求，也就清晰了测量项目目标。

22023年2月6日

工作内容：围绕测量项目目标，工作内容包括设计阶段、施工阶段的全部测量工作，这些工作包括控制测量、地形测量、定线测量、管线测量和调查、施工测量、变形监测和竣工测量等类。

组织结构：测量项目组织形式要适合测量工作的开展与管理，因此应根据测量项目特点设计组织结构，包括测量项目的管理形式、组织层次、以及各层次间相互关系等。

岗位与职责：工作岗位的确定要能满足项目目标实现的要求，要以事定位。工作岗位确定后，要确定各个工作岗位的工作职责，工作职责也要满足项目工作内容的需要。

配置人员：要根据工作岗位和工作内容配置相应人员，要以事定岗，以岗定人。

工作流程与信息流程：组织形式确定后，大的工作流程就基本明确了，但具体的工作流程与相互之间的信息流程则需要在工作岗位与工作职责明确后确定下来，并落实到书面文件上。

制定考核标准：为了保证项目目标的实现、保证工作内容的完成、提高工作绩效，必须对各层次的以及各岗位进行考核。2023年2月6日施工测量管理组织框架

在城市轨道交通工程建设中，各地的工程建设管理单位都根据自身的实际情况，设立了符合自身要求的施工测量管理方式和管理体系，从目前情况看，全国城市轨道交通工程测量管理方式大概有业主集中统一管理、业主委托集中统一管理和业主委托分散管理等。2.1业主集中统一管理业主设置测量技术管理部门和岗位，并由测量主管主抓测量工作，在这种情况下一般采用集中统一管理模式。该管理模式分四个层次。第一层是业主测量管理部门，负责全线测量工作的管理与协调（下达任务、制定技术文件、指导专业测量队工作等）。第二层是专业测量队，在业主测量管理部门指导下负责主要测量技术控制（负责全线工程的施工控制测量和控制网的维护，对施工过程的施工控制测量、隧道结构断面、铺轨控制基标等进行检测工作）。第三层是驻地监理的测量组，负责所监理工程的全部施工测量作业监管。第四层是承包商测量组，负责所承包工程的全部施工测量作业。2023年2月6日2.2委托集中统一管理

业主不设置测量技术管理部门，通过招标，采用委托专业测量单位进行集中统一管理模式。该管理模式把测量管理和主要技术控制由测量单位来承担，弱化业主在具体事务中的职能。分专业测量队、驻地监理测量组、承包商测量组三个层次。2.3委托分散管理

委托分散管理模式是业主同样不设置测量技术管理岗位，但采用分散管理方法，把专业测量工作分解到每一个工点，并作为单体工程的一部分工作内容，其质量、进度等由驻地监理进行监管，因此第一层为驻地监理测量组，第二层为进行测量实施的专业测量队与承包商测量组。三种管理方式，各有千秋，从线路的施工质量控制来看宜采用业主集中统一管理模式，从具体工点的质量、进度、投资控制来看可采用分散管理模式。目前，全国地铁建设中多数采用业主集中统一管理形式。

施工测量管理组织框架

2023年2月6日

施工测量分业主委托的测量中心，驻地监理、承包商三个层次进行管理。规划管理职责、确定管理流程，使管理过程得到覆盖。

业主管理部门——委托测量队伍——驻地监理——承包商管理要求，自上而下测量报验，自下而上

承包商测量队：对所承包的工程项目测量质量负全责，完成所承包工程项目需要的一切施工控制测量和细部放样的全部施工测量工作。接受驻地监理的日常管理和业主测量队的技术审核。驻地监理工程师：按监理细则履行日常管理职责，督促承包商执行管理规定；对承包商的测量成果进行验收，重要部位应进行复测。业主委托的专业测量队：负责统一全线测量作业标准，维护首级GPS点、精密导线网、II等水准点的完好和稳定；代表业主进行交接桩；及时对承包商的控制测量进行检测并对报验的测量成果作出评定；对全线各分段工程的衔接进行检测；控制全线地下主导线、主水准网的准确。

地铁施工测量分级管理2023年2月6日

施工测量质量管理目标是确保全线建筑物、构筑物、设备、管线安装按设计准确就位，在线路上满足线路设计要求，实现运营目标。重要指标如下：【轨道交通工程测量主要过程】

在任何贯通面上，地下测量的贯通中误差，横向不超过±50mm，竖向不超过±25mm。【规范强条】1.0.7暗挖隧道横向贯通中误差应在±50mm之内，高程贯通中误差应在±25mm之内。这是本规范为数不多的强制性条文，是隧道贯通最标志性的数据，是满足线路设计的最根本保障，是工程验收的总体依据，地铁施工测量中各项精度指标设计由此分解而来，因此须在实际工作中通过各种手段加以控制和实现的。

施工测量质量管理目标

2023年2月6日地铁施工测量主要内容

轨道交通施工阶段分为土建结构施工阶段、轨道和设备安装阶段、竣工阶段。土建结构施工阶段应进行加密施工控制测量、定线测量（建、构筑物、线路施工定线等）、竖井联系测量、施工放线测量、限界测量、监控量测等；轨道和设备安装阶段应进行铺轨基标测量、设备安装测量、线路标志测量；竣工阶段应进行全线线路轨道竣工测量、区间、车站和附属建筑结构竣工测量、线路沿线设备竣工测量、地下管线竣工测量以及测量成果的资料验收等工作。2023年2月6日主要使用的测量规范《城市轨道交通工程测量规范》GB50308—2008；《城市测量规范》CJJ8—99；《新建铁路工程测量技术规范》TB10101—99；《工程测量规范》GB50026—93；《建筑变形测量规程》JGJ／T8—97；《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73—97；《国家一、二等水准测量规范》GB12897—91。【使用规范的原则：GB国家基本标准；CJ/CJJ-城镇建设行业标准；JG/JGJ-建筑行业标准；TB/TBJ-铁路运输行业标准。原则：优先使用地方标准、行业标准、国家标准，《城市轨道交通工程测量规范》兼具国标和行业标准。强调：尽可能选用最直接的规范；掌握详细规定与指标参数】规范体系：前苏联体系；美国体系；欧州及日本的体系2023年2月6日坚持测量复核制

7.1测量工作必须坚持复核制，参与地铁工程建设的各承包商、监理单位、业主委托的专业测量队等所开展的测量工作，都要遵循复核制这一基本规定。如：测量的图纸资料的检核；测量控制点的检核；施工放样抽检、贯通前的全面复核工作。【复核制是测量方法自身的特点需要、也是地铁工程复杂性的要求、更是分级管理和控制的需要】7.2严格执行开工前的交接桩制度和复验申报制度。业主应向承包商和驻地监理工程师提供首级GPS点、精密导线点、Ⅱ等水准点点位的资料。各方签署交接桩文件纪要。承包商接桩后，必须进行复测和对桩点进行保护。

【首先是避免用错点；点的位置、标识、精度情况有全面了解。】总包单位的测量完成后，将成果提交驻地监理进行查验复核，然后提交业主测量队最终检测，并进行评价。【复验申报制度，体现管理的责任和操作的流程，也是确保不出重大偏差的保证。】2023年2月6日坚持测量复核制7.3利用已知点进行引测、加点和工程放样前，必须坚持先检测后利用的原则，即已知点检测无误或合格时，才可利用。7.4承包商必须有行之有效的多级复核制。所承包工程的控制测量均须进行至少两级复核（由监理工程师监控）；驻地监理对工程的控制测量、放样及其它测量工作均须进行复核。7.5以下部分须经业主委托测量队检测合格后才能进行下一步的施工：矿山法区间：地面加密控制点；地下导线及水准在隧道掘进（含联络通道）至50m处、100—150m处和距离贯通面150—200m处分别进行一次包括联系测量在内的检测（若单向开挖长度超过1km时，掘进至500m处要增加2023年2月6日坚持测量复核制一次检测）；隧道开挖接近贯通面时，应对隧道内的控制点进行一次全面检测。【规范】联系测量、地下平面控制测量和地下高程控制测量，在隧道贯通前应至少独立进行3次，并以各次测量的加权平均值指导隧道贯通。无论定向和高程传递，在隧道贯通前至少进行三次测量的原因如下：1、一次测量不能满足贯通测量精度要求，多次测量可提高定向和传递高程的精度。2、由于受隧道结构自身不稳定和施工的影响，隧道中的导线点易于变动。3、增加隧道内支导线测量路线检核条件。盾构法区间：地面加密控制点；基线及始发前的圆心定位及地下高程点；地下导线及水准；隧道开挖接近贯通面时，应对隧道内的控制点进行一次全面检测。【施工测量时要及时检核盾构机的各项姿态测量数据，尤其是始发、曲线等关键部位。】2023年2月6日坚持测量复核制地下车站：地面加密控制点；地下导线及水准在施工完第一块底板后、至整个车站长度的1／2处及车站底板结构完工时应进行检测。明挖车站：地面加密控制点；施作围护结构时四角及变断面处定位检测，基坑开挖至底部应进行坐标、高程传递测量检测。明挖区间：地面加密控制点；开挖控制线；地下导线及水准在施工完第一块底板后、至整个区间长度的1／4、1／2、3／4长度处及底板完工时应进行检测。地面线、地面车站：地面加密控制点；中线控制点或结构轴线等应进行检测。高架桥梁：地面加密控制点；承台（含桥台）中心应进行抽检；梁位应在第一跨架完后、整个区间长度的1／4、1／2、3／4长度处及最后一跨架完后应进行检测。2023年2月6日测量分工负责制8.1业主委托专业测量队的主要任务业主专业测量队应由富有地铁工程测量经验的高级工程师和工程师数人主持工作；应当有富有观测经验的测量技师、技工数人，并有精通仪器校验的技师从事操作；以上人员应相对稳定，调换测量技术负责人须申请，经业主书面认可后方可调换。许多单位进行了ISO9001质量认证、三体系认证、计量认证。不管是那个认证，都非常强调人员、仪器的保证，这是技术质量的根本保证。计量认证中对人员、设施和环境条件、检测方法、检测设备、校准与检验、抽样、成果质量管理、检测报告等八大要素作为技术的要求进行强调。及时掌握全线地面、地下控制测量现状和需求情况。定期复测首级控制网（GPS网、精密导线网、II等水准网）：若在施工期间承包商反映首级网发生变化，应立即进行检测并保证其在施工期间的完整性、正确性。2023年2月6日测量分工负责制8.1业主委托专业测量队的主要任务及时对承包商的控制测量成果进行检测，并做出评价。检测全线铺轨控制基标。检测全线限界断面。总结推广地铁测量经验，分析解决测量工作中的偶发问题。根据业主指令完成与地铁工程有关的测量任务。2023年2月6日测量分工负责制8.2驻地监理的主要任务应由有工程测量经验的高工或工程师出任测量监理，测量监理应有两三位助手，包括熟悉观测的技术人员或技师，并报业主备案。组织承包商在开工前做出完整的施工测量方案，审定批准施工测量组织设计，报业主审定及备案。对承包商按设计实施测量作业进行日常监督，控制其投入的技术力量及所用的测量仪器满足要求。建立测量报表、测量日志及测量报告制度，并监督承包商执行。督促承包商按时进行控制测量作业，并积极协助业主测量队进行检测。对相邻工点承包商的测量衔接问题进行协调。工程完工时督促承包商进行线路断面测量及车站结构净空测量；组织承包商向业主移交施工控制点。2023年2月6日测量分工负责制8.3承包商测量队伍主要任务及要求承包商的测量队应根据工期的长短、项目的复杂程度等，由专业测量工程师、相应技术人员、测量技师等组成。配备所需的测量仪器设备。建立行之有效的多级复核制，一般为三级，最少为二级。【强调人员保证仪器保证记录】按驻地监理的要求编制本工程的测量设计文件，并经驻地监理审查后报业主批准执行。独立复核由业主交给的首级控制点（GPS、精密导线点和II等水准点）。独立完成联系测量、高程传递，并满足测量方案设计的联系测量数次要求施工测量放样时，应注意与相邻工程的衔接，后施工的工点必须与其相邻先行施工的工程进行联测。

2023年2月6日测量分工负责制在隧道贯通后调整隧道中线，进行隧道净空断面测量。开展沉降变形的监测工作。完成轨道铺设时的铺轨测量工作。工程完工后，按要求移交足够数量的控制点给后续工序使用。按驻地监理工程师规定报告测量成果。接受和配合驻地监理工程师的检验、核准。接受和配合业主委托测量队对地上、地下施工控制测量项目的阶段性复核和检查。2023年2月6日地铁隧道贯通测量技术3

误差分配根据经验：取用各环节误差为：m1=m;m2=2m;m3=m;m4=3m;m5=2m,则区间隧道横向贯通的误差为

要求：地铁隧道横向贯通误差为

50mm,则m=50/4.4=11.4mm，从而可以求得每道工序的中误差。并以它作为采用各项测量方法的依据地面控制测量误差为：m111.4mm,；竖井联系测量误差为m222.8mm,；洞口中心坐标测量误差为m311.4mm,；地下导线测量误差为m434.2mm,

盾构姿态定位测量误差为m522.8mm；

各项误差控制及措施

地面控制测量

m1m=11.4mm,在车站施工期间，地面导线必须定期复测。根据我们复测结果发现，有的导线点位移量达10～30mm,这就给各次联系测量结果的互相比较产生困难。为此，我们在复测时，都与较远的导线点进行联测，只有确认地面导线点没有移位的情况下，才可取各次联系测量的平均值，作为地下导线的起算数据。否则必须分别处理各次结果。2023/2/6竖井联系测量

把地面坐标、方位和高程传递到地下的测量工作为竖井联系测量。设地铁隧道长为1公里，则联系测量传递方位的允许误差为：m=m2/s·=4.7”。联系测量有下面三种方法：(1)联系测量钢丝法：通过竖井悬挂两根钢丝，由井上导线点测定与钢丝的距离和角度，从而算得钢丝的坐标以及它们之间的方位角，然后在井下，认为钢丝的坐标和方位角已知，通过测量和计算便可得出地下导线点的坐标和方位角，这样就把地上与地下导线联系起来了。

2023/2/6

这个方法的精度，取决于测站点和钢丝悬挂点位置的选择，具体要点为：a)、’尽可能小，应小于1，成直伸三角形；b)b/a应尽可能小；c)钢丝间的距离a应尽可能长；d)为提高精度和检核，往往取用三根钢丝组成双联系三角形。

2023/2/6(2)、投点仪方法利用车站两端竖井，将井上点位投影到井下，作为地下导线的起始点。本法的工作条件是：井上井下通视条件良好，并且井下可直接通向隧道方向。投点仪法是利用车站两端的出土竖井（图），在两个井上端各搭架一个观测台（A，B），

A车站B

由地面导线测得观测台的坐标和方位，然后用垂直投影仪，将观测台坐标直接投到井下，作为井上两点在井下的投影点,其坐标和方位就是地下导线的起算数据。

(3)、全站仪直接传递法

(3)、全站仪直接传递法

在井中适合位置砌造固定观测墩，如不能一次传入隧道内，则再经站厅砌造固定观测墩传至隧道内。这个方法必须解决下面两个问题：就是仪器纵轴倾斜误差影响和短边上的对中误差影响。当高度角=35时,如果照准气泡偏0.2格(4)，则对水平角影响＝3。必须指出，这项误差是属于系统误差，不能通过盘左盘右或多个测回数来消除。这种传递方法，由于高差大，对仪器结构完善要求高。目前，全站仪均有纵轴倾斜自动改正装置，经过实践，全站仪的这种补偿功能的作用是有效的。在短边上对中误差一般要求不大于0.1mm。这个误差大多是由于觇牌变形所致，因此，对觇牌必须事先进行检验。

地下导线测量地下导线点随着盾构掘进而建立。导线点通常建在管片顶部的仪器台上，仪器采用强制归心，测量人员可在吊篮上观测并与仪器台完全分离，从而确保仪器的稳定性。直线部分一般每100m～200m设一个吊篮和仪器台，曲线部分视曲线半径大小，以控制盾构轴线测量的需要而定，一般距离在60m～100m之间。地下导线对贯通测量误差的影响主要由角度测量误差引起，则其横向误差为：

m4=m/

·L·

(n+1.5)/3设m=1.5,L=1km,n=15

则m4=17mm。隧道控制测量平面控制——导线，高程控制——水准。目的是为隧道施工测量提供依据。隧道导线测量洞内导线是支导线，不可能一次测完，每掘进一段距离后才可以增设一个新点。布设一个新点就需要进行测量，每掘进60m~100m就应增设一个新点。为防止错误和提高支导线的精度，每埋设一个新点，应从支导线的起点开始全面重复测量。复测还可发现已建成的隧道是否存在变形，点位是否被碰动过。2023/2/6长距离隧道贯通测量1、交叉导线、跳点导线，提高地下导线的精度

;2、中间或终点增加定向点

;3、陀螺仪加测定向方位角

;2023/2/6

上海长江隧道工程，该为隧道连接浦东和长兴岛特大型公路，隧道外径为15m，长达7.5km。是当时世界最大盾构法隧道，也是一次掘进距离最长的隧道。上海长江隧道2023/2/62023/2/62023/2/6为了保证隧道的准确贯通。从隧道的顶部顶升

800的管子到地面上，然后通过吊钢丝的方法将地面控制点的坐标传递到隧道内部。2023/2/6（a）油桶与锤球（b）0.3mm钢丝

（c）挂钢丝的支架（d）18kg重锤

2023/2/6陀螺仪加测方位角盾构定位姿态的测量

盾构定位姿态测量主要就是依据地下导线点来精确确定盾构掘进的方位和位置。以使盾构机在推进过程中偏差不超过22.8mm。

我们要在隧道每推进一环（1.2米）测定盾构中心的位置以纠正盾构定位的姿态。1)在曲线上顾及超高、超距影响的中心坐标计算方法:

值得指出的是：隧道中心的设计坐标在弯道上的计算不同于地面上曲线的计算方法。在细部曲线放样中，由于存在超高h和超距e，这时就存在设计曲线与施工曲线不一致的情况.因为设计曲线指的是隧道内铺设轨道中心的曲线,而施工是要确定隧道中心的曲线,即盾构推进的曲线在缓和曲线上超距逐渐减小，在直线上超距为零。计算表明，当超高h=0.120m时,则超距e=0.149m。

在盾构推进过程中针对考虑超距影响的曲线设计坐标计算，我们推出了相应的计算公式。

（2）、园曲线上任意一点坐标的计算园心坐标（X0，Y0）计算：

C=A++（-）/2X0=Xqz+RcosCY0=Yqz+RsinC式中：（Xqz，Yqz

）为曲中点坐标；R＝R－e

园心至HY点的方位角B为：

B=C-（

-20）/2+=A+0+3/2若任意点距起点（HY）的弧长为L，则园上任一点的坐标为：

X=X0+Rcos（B+L/R）

Y=Y0+Rsin（B+L/R）2)、确定盾构定位姿态的测量方法

盾构机在推进过程中，测量人员就是要让盾构机沿着设计里程、轴线、高程掘进，并正确进入接收井的预留门洞。盾构机在推进过程中，应考虑因旋转对水平偏差的影响，使盾构中心轴线与理论轴线相互一致。盾构机每向前行进的距离全靠千斤顶伸出的行程量控制。对于直线段和曲线路径都要导出公式，改正盾构机切口和尾部对理论轴线行径的改正数，因此对盾构机的控制就必须根据推算公式，控制好盾构机切口和盾尾的平面及高程偏差，使推进后每一环管片的偏差控制在精度范围之内。确定盾构定位姿态的测量方法盾构姿态定位主要就是依据地下导线点来精确确定盾构掘进的方向和位置。对盾构机姿态定位采取以下方法和措施：1

在盾构机顶部中心轴线上，固定一水平前尺和水平后尺，并量取距离（图），以控制盾构横向偏差。盾构推进方向中心轴左方水平尺刻划为红色，右方刻划黑色注记。仪器拨角指向水平红色，读数为“”，黑色读数为“”。2.4721.5402.538切口盾尾前后确定盾构定位姿态的测量方法2.

在水平后尺中心固定一根水准尺，尺底指向盾构中心3.130m处引测中心高程。3.根据几何原理，导出下列计算公式：

1)

平面部分盾构机自身转角改正：其中：为转角，右转为负号，左转为正号。设计轴线与推进轴线不平行偏差计算(见图)：设计轴线

隧道

盾尾切口前尺后尺bbaaYX切口偏差：

x=-2.605(a+b)–a+e尾部偏差：

y=+2.648(a+b)–b+e确定盾构定位姿态的测量方法1)

高程部分令坡度为i,则：切口＝i4.012＋h盾尾＝-i2.538+h

上式：仰为“”，俯为“－”；

h=r–rcos

为盾构转角引起竖直标尺位置改变的改正数。根据该推算公式，控制好盾构机切口和盾尾的平面及高程偏差，推进后每一环管片的偏差必将控制在精度范围之内。

2023/2/6

高程施工控制测量2023/2/6

高程测量首先用精密水准测量方法，对地面控制水准点进行联测。检测是用精密水准仪N3，按II等水准测量方法进行往返观测。其结果为：东方路站至东昌路站地面水准往返较差为＋2.0mm；东昌路站至陆家嘴路站地面水准往返较差为＋1.3mm。然后，各自将高程往返引测至井口附近临时水准点，再用经检定过的钢尺，10kg重锤悬挂在竖井中，进行高程联系测量，在井下建立临时水准点。井下水准测量，我们仍用N3水准仪，按三等水准测量方法进行往返观测,所以竖井水准测量精度容易达到。值得注意的是：地面水准点和井下水准点都会产生沉降位移，必须定期复测。通过复测我们发现：陆家嘴路站的II－12地面水准点下沉了2.1cm，张杨路上的II－8地面水准点下沉了3.9cm。2023/2/6高程传递洞内水准测量每掘进50m~100m就应增设一个新水准点。洞内水准点可以埋设在洞顶、洞底或洞壁上，但必须稳固和便于观测。可用洞内导线点标志作为洞内水准点标志，也可每隔200m~500m设置一个较好的专用水准点。每新埋设一个水准点后，都应从洞外水准点开始至新点重复往返观测。重复水准测量还可以监测已建成隧道的沉降情况，这对在软土中修建的隧道特别重要。2023/2/6接收井门洞中心的测量方法简易测量法隧道中心坐标的测量方法,其难度并不很高,但较复杂。

隧道瓦形环衬砌洞壁，环中心在洞壁上没有明显标志，所以测量方法通常是测定一个圆周上若干点的坐标，然后按最小二乘拟合的方法计算环的椭圆度和环中心坐标上海地铁二号线中，我们也试用一种简便的方法。具体就是用长5m的特制标杆，借助以水准器使标杆置于水平位置，这时标杆中央的标志就是环片的中央，如图。隧道中心高程的测量方法,采用水准正、倒尺法取平均获得CompanyLogo

项目针对桥隧的箱涵顶进置换管幕顶推工程、地铁隧道挖掘工程、超长非开挖顶管工程的施工导向控制的实际问题，对参考基准的建立，多传感器集成与数据联合处理、数据实时传输、结果可视化以及质量保证体系等进行系统研究，建立了完整的导向控制理论、方法和技术；开发了具有自主知识产权的箱涵顶进置换管幕顶推过程的自动导向、地铁隧道盾构机自动导向、超长非开挖顶管自动导向等软硬件系统。4地下工程智能化测量系统

创建了利用测量机器人联合高精度陀螺仪、双轴电子倾斜仪和行程PLC的传感数据来提高导向控制精度的技术；提出并采用多传感器融合采集技术和方法，将稳健估计理论推广到桥隧工程几何形状拟合中，显著消除了观测异常的影响。以上创新成果有效提高了导向控制的精度和可靠性，并实现了完全自动化。本课题获得授权发明专利3项、申请发明专利3项，在国内外核心刊物发表相关论文30篇。项目已由上海市科委组织验收，由中国工程院院士叶可明为主任的七位专家给予公正的评价：研究成果达到国际先进水平。目前项目成果已成功应用于上海金山立体交通箱涵工程、汕头2080米超长过海底非开挖顶管工程、丹阳超长取水顶管工程、杭州地铁工程、苏州地铁工程、上海地铁工程、上海青草沙取水工程、福州电力曲线顶管等重大工程中，实现了多模式的施工自动导向控制等多方面的集成应用，取得了显著的社会和经济效益。CompanyLogoCompanyLogo箱涵顶进置换管幕顶推

过程监控技术研究CompanyLogoCompanyLogo研究背景

实时自动导向是现代施工测量中的关键，如今我国新推出的地下立体交通工程箱涵顶进置换管幕施工工法，采用人工测量难以满足实时监控的要求，对此新开发了一套以自动全站仪为主的智能导向系统，实现了测量自动化，并且大大提高了工作效率。本项目研究了该智能导向系统的原理及关键技术，并结合该系统在上海金山既有铁路下顶进公路箱涵工程的顺利完成和成功应用，表明了该系统在实际施工中的优越性与实用性，具有可靠性强、系统运行稳定、测量精度高的特点，可以在恶劣的施工环境中正常运行。设计背景人工测量1）人力投入大2）测量工作量大3）数据处理繁琐4）无法实时获取箱涵姿态及其与设计线路偏差自动测量1）人力投入少2）测量操作简便3）数据处理自动、高效4）实时显示箱涵姿态及其与设计线路偏差2023/2/6引言

根据箱涵姿态实时监控的需要，确定三大任务：PATR1：计算机控制全站仪自动测量PART2：实时解算箱涵姿态参数：

姿态角参数：俯仰角、横摆角、扭转角；

位置参数：X1，Y1，Z1，X2，Y2，Z2轴线与设计线路偏差：箱涵首尾中心点水平、竖直偏差PART3：实时显示上述参数并录入数据库2023/2/6PART1：自动测量程序开发环境：VisualC++&GeoCOM动态链接库客户端：PC机服务器（测量仪器）：徕卡TCRP1201全站仪自动测量程序内容包括：1.全站仪通讯参数设置2.全站仪设站定位及后视定向3.棱镜控制点学习测量4.控制点自动测量2023/2/61.全站仪通讯参数设置端口号：COM1/COM2/COM3波特率：9600/4800/2400数据格式：ASCII/Binary2023/2/62.全站仪测站定位及后视定向

测站定位：测站坐标、仪器高

后视定向：后视点坐标、棱镜高

后视定向需要对全站仪同时进行手动操作而不是采用ATR

后视检核：全站仪完成三十次自动测量后进行后视检核，检验后视棱镜坐标偏移量是否小于限差。2023/2/63.棱镜控制点学习测量测量盾构机上各个特征点完成学习，后面的工作只需点击“全站仪”下的“测量”，仪器便会自动测量特征点并实时在程序界面上显示各种偏差信息。

SinglestandardSinglefastContstandardContfastDefaultasroundPrism点击自动测量，程序按照设定的时间开始自动测量。默认为三分钟一次。

2023/2/64.控制点自动测量2023/2/6PART2实时解算箱涵姿态参数箱涵姿态参数介绍：1)姿态角：a.俯仰角（坡度），指箱涵轴线与水平面之间的夹角

b.横摆角，指箱涵轴线与线路方向在水平面之间的夹角

c.扭转角，箱涵绕自身轴线旋转的角度2)轴线偏差：箱涵轴线上首（尾）中心点与设计线路比较的水平、

竖直偏差姿态参数解算步骤空间坐标转换调用设计线路数据2023/2/6刚体定位从空间几何原理上来说，通过刚体上三个不共线的点可以唯一的确定其空间位置与姿态。据此在箱涵上安置三个棱镜作为控制点进行实时坐标测量。空间坐标转换箱涵坐标系（TBM坐标系）：则是用来记录箱涵的首尾中心点和测量标志点的标定坐标。工程测量坐标系：是用来计算所有导线点、线路放样点和箱涵轴线等的实测坐标。随着箱涵的推进,假定箱涵上各点的标定坐标不变，那么箱涵坐标系在测量坐标系中的位置是在逐渐移动和旋转的。

箱涵标定坐标可采用初始测量坐标表示。箱涵推进过程中点

的空间位置的变化可以等效为

点空间位置不变的情况下坐标

转换引起的点三维坐标值的变

化据此求解转换参数，进而计

算待定点的坐标。2023/2/6空间坐标转换

箱涵坐标系测量坐标系

箱涵标定坐标实测三个控制点测量坐标（三个控制点，箱涵首、尾中心点坐标）

测量坐标系

首（尾）中心点坐标

2023/2/6+坐标转换参数计算与精度评定1）7参数空间直角坐标转换

其中

（因为两个坐标系的长度参数

一致，尺度变换参数λ=1，

只需要求解6个参数）2）

坐标重心化

坐标重心化及迭代计算采用重心化坐标误差方程

其中迭代：1）逐点法化计算参数修正量2）计算改正后参数值

低于限差时停止迭代。2023/2/6

精度评定1）单位权中误差2）各参数精度精度控制主要通过设定迭代过程中参数改正数限差实现：d△X，d△Y,d△Z<0.001mdΨ,dΩ,dΚ<10-62023/2/6

坐标转换实例以下是箱涵坐标系（TBM）坐标：以下是控制点测量坐标：以下是计算出的坐标转换参数及其精度：单位权中误差σ0=0.96351

△X=0.0000中误差=0.55628△Y=0.0000中误差=0.55628△Z=0.0000中误差=0.55628Ψ=-0.000586中误差=1.14656Ω=-0.000362中误差=0.30857Κ=-0.000156中误差=0.29344

2023/2/6坐标转换实例以下是经过坐标转换计算的箱涵首（尾）中心点坐标：2023/2/6首（尾）中心点的水平竖直、偏差1）直线线路偏差计算设箱涵首（尾）中心点P的坐标为(X0,Y0,Z0)，对应设计线路路段上两点P1、P2的坐标为(X1,Y1,Z1)，(X2,Y2,Z2)。计算偏差向量计算水平、竖直偏差2023/2/6首（尾）中心点的水平、竖直偏差2）圆曲线线路偏差计算设箱涵首（尾）中心点P的坐标为(X0,Y0,Z0)，对应设计线路路段上三点P1、P2、P３的坐标为(X1,Y1,Z1)，(X2,Y2,Z2)，(X３,Y３,Z３)。计算水平投影面圆心坐标(XO,YO)

（在二维坐标系下三点确定圆心位置算法）计算水平偏差：计算竖直偏差：计算线路终点和点Ｐ分别对应于起始点的路线转角ψ，ψ’计算点Ｐ设计线路高程：计算竖直偏差：

2023/2/6

箱涵姿态角参数计算设在箱涵推进过程中第i次自动观测对应时刻Ti箱涵首尾中心点坐标分别为(XHi,YHi,ZHi)和(XBi,YBi,ZBi)俯仰角：俯仰角偏差：横摆角：

扭转角：引入一个棱镜控制点C的实测坐标。扭转角参数γi可以用该控制点与箱涵尾部中心点构成的三维向量与箱涵首尾中心点所在铅垂面的夹角θi表示。2023/2/6

箱涵姿态角参数计算扭转角：铅垂面的法向量可表示为：设控制点C在Ti时刻的实测坐标设为(XCi,YCi,ZCi),向量可表示为扭转角参数γi则通过下式计算：2023/2/6箱涵姿态参数计算实例以下是设计线路坐标：以下是经过坐标转换计算的首（尾）中心点坐标：以下是计算得到的坐标转换参数：2023/2/6PART3:系统数据库介绍&姿态实时显示2023/2/6包含箱涵首、尾水平竖直偏差及姿态角包含实测控制点坐标数据包含测站、后视点坐标数据包含箱涵标定坐标包含设计线路坐标数据（三点型，分直线、圆曲线两种）包含箱涵首（尾）中心点坐标数据CompanyLogo研究的展开思路和框架

系统软件的功能主要是控制全站仪、计算测量结果和数据显示。智能测量导向系统的软件，包括必要控制器的驱动程序和测量控制、计算程序软件。系统具有自动启动全站仪功能；自动有规律地寻找觇牌棱镜、自动地观测目标及纪录数据的功能；自动地传输观测数据功能；PC机能自动地检查、处理、计算及评定计算成果质量，并以图形或表格形式显示或打印结果。CompanyLogo软件结构CompanyLogo工程应用

上海金山新建立交工程施工采用箱涵双重置换管幕工法，该法具有将箱涵法和管幕法结合的优点，即利用顶管法在工程箱涵所在位置施工工具管，全断面置换出土体，然后采用箱涵置换出工具管，最终通过双重置换过程，完成地下通道工程。该工法的主要流程为：基坑开挖→阀板制作→箱涵框架制作→管节顶进→箱涵框架顶进→U型槽施工→附属设施施工。其中管节顶进和箱涵框架顶进过程采用了本文开发的配套系统进行实时导向监控。管节顶进施工现场CompanyLogo管节顶进过程箱涵顶进过程CompanyLogo箱涵顶进过程箱涵顶进过程箱涵框架顶进系统的界面应用效果采用智能测量导向系统对管节和箱涵进行了实时纠偏，达到了很好的结果，在超大箱涵不利控制的条件下可以使横向误差及纵向误差控制在10mm之内，从而保证了箱涵顺利贯通到位。智能测量导向系统在上海金山工程中的成功应用说明，对于高难度、超大箱涵工程，该系统有着很好的应用前景。CompanyLogo获国家发明专利：“箱涵顶进置换管幕顶推过程自动测量方法及装置”，发明专利号：ZL201110056557.3

发明人：潘国荣，宋蕰璞，李怀锋，张鹏地铁隧道智能引导系统

的研究与实现提纲1.引导模型4.工程应用3.软件开发2.数学模型盾构姿态描述1.切口中心、盾尾中心水平偏差与方位角偏差盾构姿态描述2.切口中心、盾尾中心竖直偏差与坡度盾构姿态描述3.扭转角智能引导模型三棱镜引导模型示意图三棱镜与倾斜仪引导模型根据设定的频率，该倾斜仪的数据格式如下：0.05234,0.036360.04468,0.046750.06787,-0.035680.02847,-0.02985三棱镜与倾斜仪引导模型T1COT’1ZCOZ

若此时盾构机俯仰角,S1为切口中心O盾尾中心C之间的恒定距离,不随坐标转换而变化,推出误差函数式：三棱镜与倾斜仪引导模型以三棱镜模型为基础，该模型运行流程：铰接盾构引导模型铰接盾构示意图该引导模型硬件构造图铰接盾构引导模型以三棱镜模型为基础，该模型运行流程：软件开发及构成CompanyLogo盾构智能引导测量系统显示模块数据模块测

量模块地面远程监控系统工程应用本套系统在上海地铁12号线金京路站-申江路区间及申江路-金海路区间,杭州地铁1号线国铁联络线,乔司北-临平高铁站区间、上海金山既有铁路改造工程中得到了成功的应用。CompanyLogoCompanyLogo获国家发明专利：“基于全站仪和倾斜仪的联合严密解算定姿信息处理方法”，发明专利号：ZL201110298161.X

发明人：潘国荣，李怀锋，王穗辉CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo获国家发明专利：“一种铰接盾构自动导向测量方法及装置”发明专利号：ZL201110142318.X

发明人：潘国荣，王穗辉，李怀锋超长距离曲线顶管的贯通及自动引导系统的研究提纲2314数学模型与理论分析课题背景及研究内容顶管自动导向系统三曲线顶管的贯通测量5结论与展望顶管施工简介课题背景福州建新-先农220kv输电线工程是福州市电力工程改造的一个重要项目，其中#10-#11工程施工段为该工程最重要的一个施工段，该施工段采用顶管施工，设计路线为三曲线，在施工难度和测量难度上来说在国内都属罕见。本课题以该工程为背景进行了研究，遇到的难题有：如何解决大口径三曲线顶管的导向测量；如何开发利用顶管自动导向系统进行自动导向；如何保证顶管的贯通测量。研究内容数学模型数学模型A棱镜与B棱镜为安装在机头处的两个棱镜，DOC、DAB已知，由于机头旋转，A、B棱镜发生偏移到如右图所示位置，A’、B’、C’为A、B、C三点在平面上的投影其中数学模型顶管施工接收井预留洞口贯通偏差一般为±10cm，为保证机头顺利贯通，我们需要要求地下导线测量得到的机头中心坐标的横向和纵向偏差在10cm以内。顶管施工贯通精度一般由三部分组成，即地面导线精度、竖井联系测量精度和地下导线精度。我们将三者之间的比例定为应用SOKKIASRX1X全站仪一测回方向测量中误差为一测回角度测量中误差为测距中误差为2mm+2ppm，S=412m，n=3，两站间间隔最大的为184m精度分析精度分析根据三个影响误差比例，得到平面贯通误差：以2倍中误差为极限误差计算，则顶管自动导向系统顶管贯通测量的最大横向误差为最后考虑到施工误差，按“等影响原则”，则顶管施工最大横向贯通误差为顶管自动导向系统顶管自动导向系统CompanyLogo系统构成

顶管自动导向系统工程案例工作井全站仪管道中的测站机头棱镜地面控制室工程案例确保工程顺利贯通，需要保证数据的准确性2.多棱镜问题——控制全站仪工程案例结论与展望CompanyLogoCompanyLogo•汕头2080米超长过海底非开挖顶管工程•丹阳超长取水顶管工程•上海青草沙取水工程•福州电力曲线顶管等重大工程实现了多模式的施工自动导向控制等多方面的集成应用，取得了显著的社会和经济效益。工程应用2023/2/6CPⅢ控制网在城市轨道交通建设中的应用当前，我国城市轨道交通处在一个快速发展的时期，对地铁、轻轨列车安全行驶、乘客旅途舒适性的要求越来越高。由于城市轨道交通的轨道结构绝大多数采用混凝土整体道床，几乎不能再调整；铺轨基标是轨道铺设的控制点，精确测量铺轨基标是保证轨道的设计位置和线路参数的关键环节。为提高城市轨道交通铺轨精度，保证轨道平顺性和列车运行的稳定性，探讨将高速铁路建设过程中所布设的第三级测量控制网CPⅢ控制网应用到城市轨道交通建设施工中，利用高速铁路轨道精密测量技术来指导城市轨道交通施工。52023/2/6《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308—2008)规定，地铁正线轨道铺设控制基标直线段间隔为120m，曲线段除曲线要素外，间隔为60m;加密基标直线段间距为6m，曲线地段间距为5m。因此，高精度平面控制网控制点纵向间隔取和CPIII网相一致的60m，既可满足直线段、曲线段测设加密基标需要，又能满足曲线地段控制点间的通视要求。《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308—2008)规定，按连续3个控制基标推算的折角计算横向相对偏差应控制在2mm以内。因此，按照误差传播律，容易推得(按控制基标间距120m计算)建立的高精度平面控制网纵向相邻点(间距60m)相对点位中误差应在±1．4mm以内。此分析也说明，按CPIII网相对点位中误差±1mm来建立地铁铺轨控制网，精度要求偏高。自由设站观测的附合导线网2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/606轨道交通BIM技术2023/2/6153

什么是BIM2BIM全称：BuildingInformationModeling

建筑信息模型

通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息：三维几何形状信息非几何形状信息，如建筑构件的材料、重量、价格、进度和施工等等集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”2023/2/6北京地铁6号线慈寿寺站BIM模型2023/2/6BIM技术对建筑行业包括轨道交通是再一次深刻的技术推动和革命，随着BIM技术实践的不断进展，行业思考的不断深入，它将对行业的生产方式、管理方式、运营方式以及建设的整个产业链条带来深刻的影响。它会是一次新的生产方式的变革，这种变革将涉及到行业中的每一个人、每一个项目、每一个环节，对于行业中的每一个从业人员都应该加深认识，深入思考......相信借助BIM技术的支撑，城市轨道交通会建设得更好，城市也会建设得更加美丽。手绘第一次革命甩图板第二次革命二维到三维CADBIM2023/2/6BIM在城轨工程中应用的优势——BIM技术特点可视化：“所见即所得”，项目设计、建造、运营等整个建设过程可视，方便进行更好的沟通、讨论与决策。协调性：有效协调专业信息，避免矛盾和冲突。模拟性：模拟建筑物的实际效果、技术性能、人流疏散、建造过程和造价指标等。优化性：建造过程是不断优化的过程，利用数字模型优化方案具有诸多优势。可出图性：利用数字模型可直接形成施工图2023/2/62023/2/62023/2/62023/2