对地下工程测量发展的探讨

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摘要: 地下工程测量是地下工程建设和施工的重要技术, 对地下工程建设和施工起保障和监督作用。随着科技进步和城市化进程的加快, 人类将向地下空间发展。地下工程测量的服务面将大大拓宽, 新理论、新技术将不断涌现, 同时地下工程测量将向自动化、数字化、智能化方向发展。供同行参考。

关键词: 地下工程测量; 隧道; 隧洞; 地铁

随着我国经济快速发展，地下工程也越来越多，地下工程测量技术也不断进步。 地下工程测量是工程测量的分支, 是测绘科学在地下工程建设中的应用。地下工程测量主要包括地面控制测量、地下起始数据的传递、地下控制测量、贯通测量、陀螺定向、地下工程施工测量、地下工程施工和运营过程中的变形监测以及地下管线探测等。为地下工程建设提供必要的数据、资料和各种图件等。由此可见, 地下工程测量是地下工程建设和施工的重要技术, 对地下工程建设和施工起保障和监督作用, 对安全生产起着指导作用。地下工程测量的工作环境主要是地下或封闭的空间, 其作业方法、作业程序等与常规的地面测量存在一定的差别, 其主要特点如下:

1. 测量空间狭窄、测量条件差, 并有烟尘、滴水、人和机械干扰的可能;

2. 施测对象灰暗, 一般无自然光, 照度不理想;

3. 工程精度要求高, 而且允许耗时短, 有时需要现场提交成果;

4. 测量的网型受地下条件限制, 成果的可靠性主要依靠重复测量来保证。

一、地下工程测量的发展回顾

地下工程测量是随着地下工程的发展而发展起来的。地下工程测量起初是实践于采矿生产, 早在公元前两千多年前, 我国就开始开采铜矿, 到公元前12 世纪, 已普遍开采各种金属矿, 规模都比较大, 而且在开采过程中, 很重视矿体形状, 并使用矿产地质图, 以辨别矿产的分布与走向。当时罗盘仪和半圆仪是主要的测量仪器。1889 年开滦矿区就设立了专门的测量机构, 并测绘了井田地形图和地下采掘工程图。在国际上, 公元前13 世纪埃及就有了按比例缩小的巷道图。公元前1 世纪希腊学者就对地下工程测量和定向进行了系统的论述。公元1556 年德国学者对地下工程的某些几何问题以及罗盘在地下巷道中的应用进行了较全面的叙述。19 世纪中叶, 光学经纬仪取代了罗盘仪用于地下工程测量, 而且应用误差理论进行测量数据处理和精度评价。20 世纪中叶以来, 地下工程测量得到迅速发展, 在地下军事设施、地下建筑物、地下采矿、地下水道、地下公路、铁路隧道以及跨江跨海隧道中得到广泛的应用,起到了其他任何技术不可替代的作用, 尤其在大型隧道的贯通中, 地下工程测量是正确贯通的关键性技术。如我国西安至安康的秦岭铁路隧道长18. 4 km, 京广复线大瑶山铁路隧道长14. 3 km, 水电工程建设中的鲁布革电站输水隧道长9. 4 km, 还有北京、上海、广州等地的地铁工程等大型或巨型地下隧道工程的贯通和施工都离不开地下工程测量,同时也锻炼和培养了一批地下工程测量技术人员。在国际上地下隧道工程也很多, 如日本的清水隧道长9. 7 km, 最有名的是穿越英法海峡的􀀂 欧洲隧道长50 多千米。世界各大城市的地铁工程都非常发达, 英国伦敦地铁上下六层, 错综复杂。如此复杂和庞大的地下工程, 推动了地下工程测量的蓬勃发展。

􀀁 􀀁 二、地下工程测量的展望

1. 地下工程测量的进一步发展和服务领域的拓宽

科学家预言, 20 世纪是向空间发展的世纪, 21世纪将是向地下空间发展的世纪。随着世界人口的迅速增加, 城市化进程的加快, 城市的工业厂房、文化娱乐中心、各类学校、医院、住宅和交通道路等占地猛增, 加上环境的污染等, 人类的有效活动空间大幅度减小。最典型的是各大中城市人口密集、道路狭窄, 堵车现象十分严重, 众多的高架桥、立交桥也无济于事。为此, 21 世纪人类将大力发展城市的地铁、地下商城、地下娱乐中心和地下通道等地下工程建设。为了现代战争的需要, 各国都将开发地下军事掩体, 如地下机场、地下军事基地等军事设施。地下工程的发展, 必然会促进地下工程测量的发展和服务领域的拓宽。从单纯地服务于采矿业向铁路、公路、水道等隧道工程和各种地下军事设施与掩体等多种地下工程服务的方向发展。地下工程测量服务面的拓宽, 将对测量工作带来新的考验。由于各类工程的性质和功能不同, 工程难度也越来越大, 工程的质量和精度也要求越来越高, 常规的测量方法很难满足要求。为了解决这些问题和困难, 必然将促进地下工程测量新理论、新

技术的发展。这是地下工程测量发展的必然趋势。

2. 高新技术在地下工程测量中的应用

随着光电技术、微电子技术、精密机械技术、计算机通讯技术、GPS 技术、陀螺定向技术、激光技术的发展, 推动了地下工程测量新技术的发展。相继出现了光电测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、GPS、陀螺经纬仪、激光指向仪、激光铅直仪等先进的测绘仪器, 改变了传统的地下测量方法, 为地下工程测量向现代化、自动化、数字化、智能化方向发

展创造了有利条件。地下工程测量是由地面测量和地下测量两部分组成, 以地下为主。地面部分主要是指地下工程的地面控制测量和地下工程竣工后运营过程中的地面变形监测等。这部分工作与常规的测量一样, 所以3S 技术将得到广泛的应用。最典型的是大型隧道工程贯通测量的地面控制网, 将彻底改变传统的导线网和三角网, 采用GPS控制网, 这样可大大提高控制网的精度和可靠性。随着卫星测高精度的提高, GPS 在跨江跨海隧道工程控制测量的高程传递和大型地下工程竣工的运营过程中的地表变形监测等方面将发挥重要作用。根据地下工程施工的特点和需要, 防震动、防潮湿、防干扰的全站仪将在地下导线测量和施工放样中得到广泛应用。全站仪可利用电子手簿, 通过人机交互, 可实现地下测量数据自动处理和图形编辑,还可以把由微机控制的跟踪设备加到全站仪上, 能对地下一系列目标实现自动测量, 即所谓测地机器人, 将为地下工程测量实现自动化开辟了道路。无棱镜测距仪的应用解决了地下人无法到达的测量点的测量工作, 保障了地下测量人员的安全。激光指向仪将在地铁、隧道、水道的掘进导向中发挥重要作用。陀螺经纬仪将在地下工程定向中取代传统的定

向方法, 尤其是新一代陀螺仪和全站仪组合, 形成了陀螺全站仪, 采用微机控制, 能自动、连续地观测陀螺摆动并能补偿外部条件的干扰, 并且观测时间短、精度高, 标志着地下工程陀螺定向将向自动化方向迈进。

随着社会的进步和城市化进程的加快, 新世纪地下工程测量将有一个显著的发展, 可以预计, 发展主要体现在以下几个方面:

1. 地下工程测量将向深度和广度发展, 服务面不断拓宽, 由采矿业向交通、水道、人类生活、娱乐中心、军事掩体等方向发展, 将重点研究千米以下的空间和地下大面积的空间测量工作。同时, 地下测量人员将需要显著增加, 技术和能力将要求更高。

2. 地下工程测量的新理论、新技术的研究和开发将是测绘科学研究的重要内容之一。

3. 地下工程施工和运营中的变形监测以及各种灾害防治和预测, 也是地下工程测量研究的重要内容。

4. 随着地下工程服务面的拓宽, 与其他相关学科的关系越来越密切。如建筑设计、工程施工、工程地质、水文地质等。这就要求测量人员必须是一专多能的复合型人才。

5. 随着光电技术、微电子技术、激光技术、计算机技术的发展以及新材料、新仪器的应用, 地下工程测量将向自动化、数字化、智能化方向发展。