工程测量技术在地下工程测量与精度控制中的应用

摘要：工程测量技术作为地下工程建设的关键支撑，在测量与精度控制方面发挥着核心作用。本文首先探索工程测量技术在地下工程测量的应用，然后探索工程测量技术在精度控制中的应用，让工程测量技术贯穿地下工程全生命周期，是确保工程质量与安全的重要保障。

关键词：工程测量技术；地下工程测量；精度控制

引言

地下工程作为现代城市空间拓展与资源开发的战略领域，涵盖地铁、隧道、管廊及矿山等复杂工程形态。随着测绘技术的迭代升级，现代测量体系呈现智能化、集成化发展趋势。多源数据融合技术整合GNSS定位、激光扫描与遥感影像，构建地下空间数字孪生体；智能传感网络实现施工过程的全要素动态感知；人工智能算法赋能测量数据的深度挖掘与趋势预测。这些技术革新不仅提升了测量作业效率，更通过毫米级精度控制确保工程质量。在深地资源开发中，测量技术突破传统局限，实现矿体三维建模与开采扰动的精准评估；在城市地下空间开发中，三维测量技术指导管廊路由优化与安全运维。精密测量技术体系的创新应用，推动地下工程建设向数字化、精细化方向转型。通过构建数据采集－处理－应用闭环系统，实现从被动检测到主动预防的质量管控模式转变。在新基建背景下，深入研究测量技术在地下工程中的应用机理，对提升工程安全水平、优化资源配置效率具有重要现实意义，为智慧城市建设与深地科学开发提供技术保障。

一、工程测量技术在地下工程测量中的应用

（一）地下工程地籍测绘

作为精密工程测量领域的核心装备，全站仪通过集成测角、测距与数据处理模块，为地下空间地籍测绘构建了全流程技术体系。在地下停车场等开阔区域的前期测绘中，该设备采用极坐标测量模式，依托伺服电机驱动的自动照准系统（ATR），实现亚秒级测角精度的地形特征点三维坐标采集。配合反射棱镜组的科学布设，可完成长距离目标点的精准测量，其测距精度达到毫米级。专业数据后处理软件通过智能算法生成包含等高线、地物符号的数字化地形图，直观呈现地下空间的地貌特征与岩性分布规律。在狭窄巷道等特殊场景中，全站仪的自由设站功能展现独特优势。测量人员可依托 2-3 个已知控制点，采用边角后方交会法快速构建局部坐标系。仪器内置的双轴补偿系统能够动态修正竖轴倾斜误差，结合超远距离免棱镜测距技术，实现巷道轮廓线的高密度数据采集。该技术体系通过构建测站 - 棱镜 - 软件协同工作机制，有效突破了地下空间测绘的技术瓶颈。

（二）地下控制测量

全球导航卫星系统（GNSS）在地下空间的应用存在天然局限性，但通过构建天地一体化控制测量体系，可有效突破传统技术瓶颈。在特长隧道等线性工程中，首先采用静态测量模式进行首级控制网布设，利用Trimble NetR9接收机获取厘米级定位精度的地面基准。通过联系三角形测量或投点仪定向技术，将地面坐标基准传递至地下空间，结合洞内精密导线测量构建复合控制网。该技术体系通过多源数据融合实现坐标系统一。在某过江隧道工程中，采用北斗/GNSS接收机与全站仪联合测量模式，通过七参数转换模型消除地面与地下坐标系差异，将洞内控制网精度提升至毫米级。结合陀螺经纬仪定向技术，有效控制洞内导线测量的误差累积效应，为特长隧道相向开挖的贯通精度控制提供可靠保障。

（三）地下工程施工测量

作为地下工程建设的核心控制环节，施工测量通过构建多技术协同体系实现设计意图的精准转化。在地铁车站主体结构施工中，采用全站仪极坐标放样技术将设计坐标映射为实地点位，同步利用激光投线仪构建垂直基准体系，确保主体结构轴线偏差控制在毫米级精度。针对模板工程，创新应用三维激光扫描技术获取模板面点云数据，通过与 BIM 模型的偏差分析实现支撑体系的动态调整，为混凝土浇筑几何精度提供技术保障。在盾构法隧道施工领域，测量技术构建多维度动态监测体系。通过部署自动全站仪监测站，实时获取盾构机姿态参数，涵盖方位角、俯仰角及滚动角等关键指标，结合导向系统实现掘进参数的智能调控。针对曲线段施工难点，引入陀螺全站仪辅助定向技术，有效消除地球自转效应影响，确保隧道轴线与设计线形的精准拟合。这种智能测量模式显著提升了隧道贯通精度控制水平，为复杂地质条件下的工程建设提供了可靠技术支撑

（四）地下工程变形监测

地下工程在全生命周期中面临地质环境变化与荷载作用的双重影响，构建多维度变形监测体系成为保障工程安全的核心技术手段。水准测量作为传统监测方法，通过在结构关键部位布设精密水准点，建立垂直位移监测基准。结合电子水准仪的自动安平技术，实现沉降量的毫米级测量，形成周期性观测数据序列，为长期变形趋势分析提供基础数据。全站仪三维监测技术突破平面位移监测局限，通过自由设站法建立空间基准坐标系。在隧道衬砌结构监测中，采用极坐标法获取监测点三维坐标，通过时序分析识别结构位移特征。该技术支持多测站数据融合，构建变形场空间分布模型，有效反映地下结构的整体变形规律。针对复杂工况下的精细化监测需求，分布式光纤传感技术展现独特优势。通过在混凝土结构内部预埋光纤光栅传感器，构建分布式监测网络，实时感知应变、温度等物理量变化。当监测到某区域应变梯度异常时，系统自动触发预警机制，结合有限元分析反演结构内力分布，为工程维护提供科学依据。

二、工程测量技术对地下工程精度控制的作用

（一）测量仪器的精准校验

精密测量仪器的量值溯源体系是保障地下工程测量精度的基础。全站仪、水准仪等光学测量设备需遵循国家计量检定规程及行业标准，在专业实验室通过激光干涉仪、测角仪等标准器具建立溯源链。例如，全站仪的双轴补偿系统需通过精密转台校准，确保测角精度符合仪器标称指标；测距模块则采用相位法检定装置，验证其调制频率稳定性与测量重复性。水准仪的i角误差控制采用专用校准平台，通过水准标尺的分段测量法建立误差修正模型。在地下工程特殊环境中，需额外考虑温度梯度、气压变化对仪器性能的影响，采用恒温恒湿箱模拟工况条件进行适应性测试。对于GNSS接收机，通过已知高精度控制点组成的检测场，开展定位精度与信号抗干扰能力的动态验证。该技术体系通过构建校准－修正－验证闭环流程，实现仪器性能的持续优化。全站仪在隧道施工前需进行ATR自动照准系统标定，消除棱镜常数误差；水准仪在长距离水准测量前实施标尺零点差修正。这种全生命周期的计量管理模式，确保测量仪器始终处于最佳工作状态，为地下工程提供可靠的量值传递保障。

（二）测量方法的科学选择

不同地下工程场景需适配差异化的测量技术方案。对于短距离高精度的地下结构尺寸测量，钢尺精密量距与全站仪极坐标测量联合技术可实现毫米级精度控制，通过全站仪三维坐标定位与钢尺直接量测的协同作业，有效提升测量结果的可靠性。在大面积地下空间地籍测绘中，无人机倾斜摄影测量技术与地面测量的协同应用更具技术优势，通过多视影像匹配算法生成高密度点云模型，并结合地面全站仪补充测量关键特征点，构建高精度三维地形模型。对于超长隧道贯通等高精度控制测量场景，基于精密导线网的三维坐标传递技术与陀螺经纬仪精密定向技术的融合应用，可有效控制方位角误差与边长投影变形，确保隧道轴线的精准对接。

（三）误差分析与修正

地下工程测量误差控制需建立全流程技术体系，通过系统误差抑制、偶然误差削弱及误差传播建模实现精度优化。系统误差的控制需结合仪器特性与测量环境，采用物理补偿与数据修正相结合的方法。例如，水准测量中i角误差可通过水准路线闭合差修正模型进行补偿，全站仪测距误差则需建立温度气压改正模型进行实时校准。对于偶然误差，采用统计检验与冗余观测相结合的技术手段。通过格拉布斯准则进行粗差探测，运用3σ法则剔除异常值；在导线测量中增加多余观测边，通过闭合差检验评估观测质量。在数据处理阶段，采用最小二乘法平差技术进行误差配赋，结合方差分量估计优化观测权值，提升成果精度。误差传播分析需构建多源误差耦合模型，通过协方差传播律量化各误差源对最终成果的影响。在隧道贯通测量中，建立方位角误差、边长误差与贯通误差的数学关系模型，识别关键误差影响因子。针对复杂地下环境，采用蒙特卡洛模拟技术生成误差分布云图，直观展示精度风险区域。该技术体系通过构建误差源识别－传播分析－优化控制闭环流程，实现地下工程测量精度的系统提升。

三、总结

工程测量技术贯穿地下工程测量与精度控制的全过程，从前期地籍测绘、控制测量，到施工阶段的施工测量与变形监测，再到精度控制中的仪器校验、方法选择、误差修正，各个环节紧密相连、相互支撑。其在保障地下工程安全、提高工程质量、提升工程效率与降低工程成本等方面具有显著优势。

参考文献

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