周曉衛(wèi),匡志威,劉鵬程,胡明

(長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,湖南長(zhǎng)沙 410007)

導(dǎo)線傳遞法在地鐵平面聯(lián)系測(cè)量中的應(yīng)用

周曉衛(wèi)?,匡志威,劉鵬程,胡明

(長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,湖南長(zhǎng)沙 410007)

地鐵平面聯(lián)系測(cè)量是地鐵測(cè)量工作中很重要的一項(xiàng)內(nèi)容，其精度直接影響到地鐵工程施工質(zhì)量好壞。本文介紹了導(dǎo)線傳遞法的內(nèi)容及其在地鐵平面聯(lián)系測(cè)量中的具體實(shí)施要求。通過(guò)工程實(shí)例分析，驗(yàn)證了該方法能較好地達(dá)到測(cè)量規(guī)范要求的精度，滿足地鐵隧道施工的需要，對(duì)于相關(guān)的地鐵工程施工測(cè)量有較好的參考作用。

聯(lián)系測(cè)量；直接傳遞法；導(dǎo)線測(cè)量

1 引 言

地鐵聯(lián)系測(cè)量是將地面測(cè)量坐標(biāo)傳遞到地下,使地上、地下采用同一坐標(biāo)系統(tǒng),其精度直接影響到地鐵貫通施工及鋪軌施工質(zhì)量的好壞,它包括平面聯(lián)系測(cè)量和高程聯(lián)系測(cè)量[1]。平面聯(lián)系測(cè)量主要有聯(lián)系三角形法、聯(lián)系四邊形法、陀螺定向法、投點(diǎn)定向法和導(dǎo)線直接傳遞法等[2～5]。聯(lián)系三角形法是通過(guò)豎井懸掛兩根鋼絲,由井上導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)定與鋼絲間的距離和角度,從而算得鋼絲的坐標(biāo)及它們之間的方位角；當(dāng)?shù)厣?、地下條件限制,聯(lián)系三角形圖形條件不佳,地下定向邊測(cè)量精度無(wú)法保證時(shí),可以采用聯(lián)系四邊形法進(jìn)行定向測(cè)量；陀螺定向法是利用陀螺經(jīng)緯儀在地面已知邊上測(cè)定儀器常數(shù),然后測(cè)定地下定向邊的陀螺方位角和計(jì)算其坐標(biāo)方位角并進(jìn)行精度評(píng)定；投點(diǎn)定向法是通過(guò)地面鉆孔或施工投料孔,用垂球或投點(diǎn)儀進(jìn)行投點(diǎn),將地面坐標(biāo)和方位角傳遞到井下[6]。聯(lián)系三角形法、聯(lián)系四邊形法、陀螺定向法和投點(diǎn)定向法等操作過(guò)程都比較復(fù)雜,需要特殊的測(cè)量設(shè)備及專(zhuān)業(yè)熟練的操作經(jīng)驗(yàn)才能夠達(dá)到規(guī)范要求的測(cè)量精度,適合于地鐵施工場(chǎng)地狹窄的環(huán)境。導(dǎo)線直接傳遞法則是利用全站儀以導(dǎo)線測(cè)量的方式,直接將地上與地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè),操作方式簡(jiǎn)單,適用于施工場(chǎng)地比較開(kāi)闊,地上地下通視良好的情況。導(dǎo)線直接傳遞法對(duì)全站儀的要求比較高,而隨著高精度測(cè)量全站儀(如徠卡TS30:標(biāo)稱測(cè)角精度0.5″,測(cè)距精度1 mm+1 ppm)的出現(xiàn),導(dǎo)線直接傳遞法可以很容易達(dá)到規(guī)范要求的測(cè)量精度。

本文主要針對(duì)地鐵平面聯(lián)系測(cè)量,結(jié)合工程實(shí)例,介紹了導(dǎo)線直接傳遞法的實(shí)施要求及其測(cè)量精度,供地鐵測(cè)量工作參考應(yīng)用。

2 導(dǎo)線直接傳遞法[3]

導(dǎo)線直接傳遞法就是利用全站儀,通過(guò)直接測(cè)量導(dǎo)線的方式,按照相應(yīng)的測(cè)量規(guī)范,將地面與地下的控制點(diǎn)聯(lián)測(cè),組成閉合或附合導(dǎo)線。如圖1示。為減小導(dǎo)線向下傳遞測(cè)量時(shí)的豎角,增加導(dǎo)線向下傳遞測(cè)量時(shí)的距離,采用分層傳遞的方式布設(shè)一定數(shù)量的過(guò)渡點(diǎn)。即利用車(chē)站各層底板上的預(yù)留方孔,合理設(shè)置過(guò)渡點(diǎn)的位置及數(shù)量,使各邊距離大致相等,以減小i角誤差,同時(shí)導(dǎo)線點(diǎn)的數(shù)目不能超過(guò)規(guī)范要求。此外過(guò)渡點(diǎn)應(yīng)選在穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體上,同時(shí)要遠(yuǎn)離施工通道,以免點(diǎn)位受施工影響。

圖1 導(dǎo)線直接傳遞法示意圖

3 導(dǎo)線直接傳遞法實(shí)施及要求

導(dǎo)線直接傳遞測(cè)量按照精密導(dǎo)線測(cè)量的要求進(jìn)行,地面及地下的聯(lián)系邊不能太短(長(zhǎng)度要大于兩點(diǎn)間高差的3倍),仰(俯)角不能大于30°,井上井下短邊連接角要增加測(cè)回?cái)?shù),在測(cè)站搬遷時(shí)應(yīng)用三聯(lián)腳架,只移動(dòng)儀器(棱鏡),不動(dòng)基座,保證對(duì)中的一致性。

精密導(dǎo)線測(cè)量具體要求如下:

(1)角度測(cè)量測(cè)4個(gè)測(cè)回,半測(cè)回歸零差不大于6″,一測(cè)回2C互差不大于9″,同一方向值各測(cè)回較差不大于6″。

(2)距離測(cè)量要求每條邊往返觀測(cè)各2個(gè)測(cè)回,每測(cè)回間重新照準(zhǔn)目標(biāo),每測(cè)回3次讀數(shù),每次讀數(shù)的較差小于3 mm,測(cè)回間平均值的較差小于3 mm,往返平均值的較差小4 mm。

(3)氣象數(shù)據(jù)每條邊在一端測(cè)定一次,溫度最小讀數(shù)要到0.2℃,氣壓50 Pa或5 mmHg；取2次測(cè)量的平均值,輸入全站儀進(jìn)行自動(dòng)改正。

針對(duì)地下平面聯(lián)系測(cè)量的特殊性,除了滿足精密導(dǎo)線測(cè)量要求外,還應(yīng)滿足以下要求:

(1)宜采用具有雙軸補(bǔ)償?shù)娜緝x,無(wú)雙軸補(bǔ)償時(shí)應(yīng)進(jìn)行豎角傾斜改正；

(2)測(cè)回間應(yīng)檢查儀器和覘牌氣泡的偏離情況,必要時(shí)重新整平；

(3)導(dǎo)線邊長(zhǎng)必須對(duì)向觀測(cè),觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定；

(4)測(cè)量獨(dú)立觀測(cè)兩次,地下定向邊方位角互差應(yīng)小于12″,平均值中誤差為±8″。

4 實(shí)例分析

針對(duì)長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線站場(chǎng)平面聯(lián)系測(cè)量實(shí)例,采用1臺(tái)徠卡TS30自動(dòng)化全站儀,用導(dǎo)線直接傳遞法進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)。共進(jìn)行站場(chǎng)聯(lián)系測(cè)量12處,測(cè)得地下定向邊29條。利用測(cè)得的地下定向邊作為起算數(shù)據(jù),對(duì)車(chē)站之間的隧道區(qū)間進(jìn)行地下平面控制測(cè)量,共布設(shè)地下四等精密導(dǎo)線259點(diǎn)。測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法及結(jié)果如下:

4.1 數(shù)據(jù)處理及平差計(jì)算

地面近井導(dǎo)線測(cè)量與定向測(cè)量構(gòu)成附合導(dǎo)線,其原始觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)方向觀測(cè)值改正、距離觀測(cè)值等多項(xiàng)改正后,求得各未知點(diǎn)坐標(biāo)。

(1)方向觀測(cè)值改正[2]

方向觀測(cè)值的方向改化采用以下公式計(jì)算:

式中:δ1,2測(cè)站點(diǎn)1向照準(zhǔn)點(diǎn)2觀測(cè)方向的方向改化值(s)；

δ2,1測(cè)站點(diǎn)2向照準(zhǔn)點(diǎn)1觀測(cè)方向的方向改化值(s)；

Rm參考橢球面在1、2兩點(diǎn)中點(diǎn)的平均曲率半徑(m)；

x1、x21、2兩點(diǎn)的X軸坐標(biāo)值(m)；

ym1、2兩點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)平均值(m)；

(2)距離觀測(cè)值改正[2]

在測(cè)量過(guò)程中,全站儀已對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行了氣差改正,內(nèi)業(yè)時(shí)只需進(jìn)行測(cè)距邊水平距離的高程歸化和投影改化。

①高程歸化,測(cè)距邊水平距離D歸算到城市平均高程面上的邊長(zhǎng)D′0,公式如下:

式中:Hm測(cè)距邊高出大地水準(zhǔn)面(黃海平均海水面)的平均高程(m)；

Hu測(cè)距邊所在地區(qū)城市高程面的高程(m)；

Rm測(cè)距邊方向參考橢球面法截弧的曲率半徑(m)。

②投影改化,由D′0再歸算到高斯平面的測(cè)距邊邊長(zhǎng)Dz,公式如下:

式中:ym測(cè)距邊兩端點(diǎn)近似橫坐標(biāo)的平均值(m)；

△y測(cè)距邊兩端點(diǎn)近似橫坐標(biāo)的增量(m)；

Rm參考橢球面在測(cè)距邊中點(diǎn)的平均曲率半徑(m)。

(3)平差計(jì)算

采用南方平差易2005,進(jìn)行嚴(yán)密平差。精密導(dǎo)線的角度閉合差不應(yīng)大于下式計(jì)算值:

式中:mβ測(cè)角中誤差±2.5 s,n附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的角度個(gè)數(shù)。

測(cè)角中誤差按下式計(jì)算:

式中:fβi第i個(gè)附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的方位角閉合差；

ni第i個(gè)附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的角度個(gè)數(shù)；

N附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的個(gè)數(shù)；

測(cè)距相對(duì)中誤差不得大于1/60 000,全長(zhǎng)相對(duì)閉合差不得大于1/35 000。

4.2 內(nèi)符合精度分析

各車(chē)站平面聯(lián)系測(cè)量分別進(jìn)行了兩次獨(dú)立測(cè)量。測(cè)量平差信息如表1所示,地下定向邊方位角互差如表2所示。由表1可知,各車(chē)站平面聯(lián)系測(cè)量中的閉合或附合導(dǎo)線角度閉合差均小于限差值,全長(zhǎng)相對(duì)閉合差最大的為1/11 9214,均優(yōu)于規(guī)范要求的1/3 5000。由表2可知,各地下定向邊方位角互差最大的為5.3″,中誤差為2.8″,優(yōu)于規(guī)范要求(互差限差12″,中誤差限差8″)。這說(shuō)明導(dǎo)線直接傳遞法用于平面聯(lián)系測(cè)量的內(nèi)符合精度很高。

車(chē)站平面聯(lián)系測(cè)量附合導(dǎo)線閉合差信息 表1

地下定向邊方位角精度統(tǒng)計(jì) 表2

續(xù)表2

4.3 外符合精度分析

車(chē)站間隧道區(qū)間的地下平面控制網(wǎng)以車(chē)站平面聯(lián)系測(cè)量地下定向邊作為起算數(shù)據(jù),在相鄰兩對(duì)定向邊間布設(shè)一條附合導(dǎo)線,按四等導(dǎo)線網(wǎng)的要求進(jìn)行測(cè)量。平差信息如表3所示。由表3可知,各區(qū)間地下控制測(cè)量中的閉合或附合導(dǎo)線角度閉合差均小于限差值,全長(zhǎng)相對(duì)閉合差最大的為1/38 303,優(yōu)于規(guī)范要求的1/35 000。這說(shuō)明導(dǎo)線直接傳遞法測(cè)定的地下定向邊的外符合精度較高,完全滿足工程施工的需要。

5 結(jié) 語(yǔ)

地鐵平面聯(lián)系測(cè)量作為地鐵施工過(guò)程中重要的測(cè)量?jī)?nèi)容,其測(cè)量精度直接關(guān)乎施工質(zhì)量。導(dǎo)線直接傳遞法方法簡(jiǎn)單明了,容易掌握,按照精密導(dǎo)線測(cè)量要求,就很容易滿足測(cè)量規(guī)范要求。通過(guò)在長(zhǎng)沙軌道交通2號(hào)線車(chē)場(chǎng)平面聯(lián)系測(cè)量中的成功應(yīng)用,為今后地鐵聯(lián)系測(cè)量工作提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

地下平面控制網(wǎng)平差信息 表3

[1] 張項(xiàng)鐸，張正祿.隧道工程測(cè)量[M].北京：測(cè)繪大學(xué)出版社，1998.

[2] GB 50308-2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].

[3] 鄭國(guó)才，高俊強(qiáng)，王維.地鐵隧道聯(lián)系測(cè)量方法與精度探討[J].礦山測(cè)量，2007(3)：47～50.

[4] 裴書(shū)琦.地下工程測(cè)量中聯(lián)系測(cè)量的一種計(jì)算方法[J].鐵道勘察，2010(6)：4～6.

[5] 陳燚.聯(lián)系測(cè)量在地鐵工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2011(3)：206～207.

[6] 張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

The Application of Transfer M ethod Based on Traverse Survey on Horizontal Connection Survey of M etro

Zhou Xiaowei,Kuang Zhiwei,Liu Pengcheng,Hu Ming
(Changsha Design and Research Institute of Planning and Surveying,Changsha 410007,China)

The horizontal connection survey ofmetro played an important role in the work ofmetro and its precision directly affected the quality ofmetro engineering construction.The paper introduced the contents of the transfermethod based on traverse survey and the detail requirements in the horizontal connection survey ofmetro.According to the practice indicated that themethod can reach to the precision of the specification defined and fulfilled the requirements of the constructions in themetro,and gave a good reference for the construction ofmetro engineering related.

connection survey；transfermethod；traverse survey

1672-8262(2013)06-159-04

P258

B

2013—03—03

周曉衛(wèi)(1982—),男,工程師,主要從事市政工程測(cè)量,變形監(jiān)測(cè)及移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。