劉鵬程
(長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,湖南長(zhǎng)沙 410007)
發(fā)展城市軌道交通是解決大城市低碳出行和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最有效途徑之一,至2013年底,我國已有30多個(gè)城市正在進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)。城市軌道交通工程是一項(xiàng)線性的系統(tǒng)工程,投資量大、建設(shè)工期長(zhǎng)、施工難度大、精度要求高、工程環(huán)節(jié)多、施工標(biāo)段多,同時(shí)也是各地政府部門和建設(shè)部門所關(guān)注的重點(diǎn)項(xiàng)目。土建施工完后,線路中線調(diào)整測(cè)量和結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量是項(xiàng)目的關(guān)鍵性工程,是檢測(cè)和消除前期測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)施工誤差、后期沉降變形等諸多因素影響的現(xiàn)實(shí)平、縱斷面與施工設(shè)計(jì)圖存在差異的重要手段,是避免軌道施工引起返工和對(duì)運(yùn)營(yíng)造成諸多影響的有力保證[1~3],其測(cè)量成果的準(zhǔn)確性、可靠性需要第三方對(duì)施工方的成果進(jìn)行竣工檢測(cè)[5],以保證最終設(shè)計(jì)出最合適的軌道平、縱斷面,確保安全運(yùn)營(yíng)。本文以長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線一期工程為例,淺談軌道交通第三方竣工測(cè)量的實(shí)施。
長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)22.262 km,均為地下線,設(shè)站19座,如圖1所示。項(xiàng)目于2009年12月開始動(dòng)工建設(shè),2012年上半年已完成大部分地下隧道的貫通工作(盾構(gòu)),即將進(jìn)入鋪軌前的準(zhǔn)備工作,受長(zhǎng)沙市軌道交通建設(shè)集團(tuán)的委托,長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2012年6月承擔(dān)了此項(xiàng)目的第三方竣工測(cè)量,其主要內(nèi)容包括:地下控制網(wǎng)復(fù)測(cè)、線路中線調(diào)整測(cè)量和結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量[1]。
圖1 長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線一期工程線路圖
為保證第三方竣工測(cè)量成果的可靠性和準(zhǔn)確性,首先對(duì)施工方布設(shè)的地下控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè),復(fù)測(cè)以地面經(jīng)檢測(cè)的四等精密導(dǎo)線點(diǎn)、二等水準(zhǔn)點(diǎn)為起算點(diǎn),通過聯(lián)系測(cè)量將地面已知點(diǎn)成果傳遞到地下近井點(diǎn),并對(duì)隧道間的控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。
聯(lián)系測(cè)量分為平面聯(lián)系測(cè)量和高程聯(lián)系測(cè)量。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制,平面聯(lián)系測(cè)量采用導(dǎo)線直接傳遞法進(jìn)行[4],外業(yè)采用徠卡TS30精密全站儀按四等精密導(dǎo)線測(cè)量要求對(duì)地下近井點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量?jī)纱?。為減小對(duì)中誤差,提高測(cè)量精度,外業(yè)設(shè)站采用強(qiáng)制對(duì)中或三聯(lián)腳架法,邊長(zhǎng)采用對(duì)向觀測(cè),同時(shí)相鄰兩點(diǎn)的垂直角小于30°,平面聯(lián)系測(cè)量方式如圖2所示。平面聯(lián)系測(cè)量共完成往返導(dǎo)線30條,精度統(tǒng)計(jì)如表1所示。
圖2 平面聯(lián)系測(cè)量示意圖
平面聯(lián)系測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表 表1
高程聯(lián)系測(cè)量采用在豎井內(nèi)懸掛鋼尺的方法進(jìn)行,采用兩臺(tái)TOPCON S 0.5電子水準(zhǔn)儀分別在地上和地下對(duì)鋼尺同時(shí)讀數(shù),每次獨(dú)立觀測(cè)三測(cè)回,測(cè)回間變動(dòng)儀器高,三測(cè)回測(cè)得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差小于 3 mm,所測(cè)高差數(shù)據(jù)經(jīng)溫度誤差補(bǔ)償改正、鋼尺張力誤差補(bǔ)正、因尺帶重力而引起的誤差補(bǔ)正后,作為最終高差成果,與水準(zhǔn)線路統(tǒng)一平差,高程聯(lián)系測(cè)量方式如圖3所示。
圖3 高程聯(lián)系測(cè)量示意圖
地下平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè),以通過聯(lián)系測(cè)量后的近井點(diǎn)作為起算點(diǎn),外業(yè)采用索佳精密全站儀NET05按四等精密導(dǎo)線測(cè)量要求進(jìn)行觀測(cè),點(diǎn)位直接利用隧道施工方布設(shè)的地下平面控制點(diǎn)標(biāo)石,點(diǎn)間平均邊長(zhǎng)約為150 m,曲線段約 60 m。圖4為地下導(dǎo)線聯(lián)測(cè)示意圖。地下平面控制網(wǎng)共完成導(dǎo)線27條,其測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)如表2所示。
圖4 地下導(dǎo)線聯(lián)測(cè)示意圖
地下平面控制網(wǎng)測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表 表2
地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)主要對(duì)隧道施工方布設(shè)的地下高程控制點(diǎn)和線路中線調(diào)整測(cè)量中布設(shè)的線路中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,外業(yè)采用TOPCON S 0.5電子水準(zhǔn)儀及與之配套的銦鋼條碼水準(zhǔn)尺按軌道交通二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行單線路往返觀測(cè),外業(yè)所測(cè)高差經(jīng)正常水準(zhǔn)面不平行改正后[6],與高程聯(lián)系測(cè)量成果一起進(jìn)行統(tǒng)一平差計(jì)算。地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)共完成水準(zhǔn)線路23條,其精度統(tǒng)計(jì)如表3所示。
地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表 表3
線路中線調(diào)整測(cè)量包括設(shè)計(jì)中線精確放樣和聯(lián)測(cè),設(shè)計(jì)中線精確放樣以復(fù)測(cè)后的地下平面控制點(diǎn)為起算點(diǎn),采用索佳精密全站儀NET05按極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣,具體操作步驟如下:
(1)架設(shè)全站儀在離放樣中線點(diǎn)最近的控制點(diǎn)上,利用小棱鏡測(cè)量桿測(cè)量出初步中線點(diǎn)位,誤差控制在 2 mm~3 mm左右,并做好標(biāo)記;
(2)利用基座和腳架對(duì)中初步點(diǎn)位,并整平;再次精確放樣,微調(diào)基座獲取精確點(diǎn)位,并準(zhǔn)確標(biāo)記;
(3)利用沖擊鉆在精確點(diǎn)位鉆一直徑 12 mm、深約 70 mm的孔;用刷子清洗干凈后,注入適量的植筋膠;
(4)將“十”字測(cè)量不銹鋼標(biāo)志放入其中,利用基座對(duì)中器微調(diào)十字標(biāo)志至準(zhǔn)確位置,誤差控制在1 mm左右。
(5)做好保護(hù)措施,直至植筋膠凝固硬化。
中線點(diǎn)聯(lián)測(cè)采用索佳精密全站儀NET05按四等精密導(dǎo)線精度進(jìn)行測(cè)量,起算點(diǎn)采用經(jīng)復(fù)測(cè)的地下平面控制點(diǎn),線路中線點(diǎn)高程聯(lián)測(cè)與地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。中線點(diǎn)聯(lián)測(cè)共完成導(dǎo)線60條,精度統(tǒng)計(jì)如表 4所示,中線點(diǎn)放樣中誤差為:σx=3.1 mm,σy=3.0 mm,σs=4.3 mm。
中線測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表 表4
結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量主要是對(duì)土建施工單位施測(cè)的斷面測(cè)量資料進(jìn)行30% ~50%檢測(cè),直線段每 18 m檢測(cè)一個(gè)斷面,曲線段每 13.5 m檢測(cè)一個(gè)斷面,結(jié)構(gòu)變化處、結(jié)構(gòu)變形處、施工誤差較大處、車站、岔道等斷面按100%檢測(cè)。結(jié)構(gòu)橫斷面測(cè)量采用直接測(cè)量斷面中線點(diǎn)至關(guān)鍵點(diǎn)的平距,分兩步進(jìn)行:首先利用中線點(diǎn),放樣出所測(cè)斷面的中線點(diǎn),并采用正倒鏡方式實(shí)測(cè)坐標(biāo)及高程,橫向誤差控制在 5 mm內(nèi),縱向誤差控制在10 mm內(nèi);然后在斷面中線點(diǎn)上架設(shè)2″全站儀,采用高程放樣模式,放樣出關(guān)鍵點(diǎn)位置后,誤差控制在5 mm內(nèi),然后直接測(cè)量平距。結(jié)構(gòu)斷面的類型主要分為圓形、矩形、馬蹄形隧道,圖5為圓形隧道斷面測(cè)量示意圖及現(xiàn)場(chǎng)圖。
圖5 圓形隧道斷面測(cè)量示意圖及現(xiàn)場(chǎng)圖
外業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的斷面測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件處理后,直接生成符合設(shè)計(jì)要求的斷面測(cè)量成果,極大地提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。表5為隧道斷面測(cè)量成果表。
隧道斷面測(cè)量成果表表5
對(duì)施工方提供的8 784個(gè)斷面進(jìn)行抽查檢測(cè),共計(jì)抽查斷面(含道岔)4 662個(gè),分23批次與施工方測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示,由表可知,測(cè)量結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。
橫斷面測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表 表6
(1)平面聯(lián)系測(cè)量施測(cè)難度大。平面聯(lián)系測(cè)量成果是進(jìn)行第三方竣工測(cè)量的平面基準(zhǔn),也是軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝的平面基準(zhǔn),測(cè)量精度要求非常高,但車站僅留的小孔徑結(jié)構(gòu)孔和較深的埋深等不利因素給外業(yè)觀測(cè)帶來很大的影響。若采用傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法和鉛垂儀投點(diǎn)法很難滿足精度要求,為此,針對(duì)實(shí)際情況,采用導(dǎo)線直接傳遞測(cè)量的方法,利用徠卡TS30自動(dòng)測(cè)量?jī)x器按三聯(lián)腳架法進(jìn)行外業(yè)觀測(cè),有效減弱了不利因素的影響,提高了測(cè)量精度。從各車站往、返測(cè)地下定向邊方位角之差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,平面聯(lián)系測(cè)量?jī)?nèi)符合精度高、可靠性強(qiáng),從地下控制網(wǎng)測(cè)量平差結(jié)果顯示,作為起算數(shù)據(jù)的平面聯(lián)系測(cè)量成果具有較高的外符合精度。
(2)線路中線調(diào)整測(cè)量難度大。線路中線調(diào)整測(cè)量包括高精度實(shí)放設(shè)計(jì)線路中線點(diǎn)和聯(lián)測(cè),其成果是調(diào)線調(diào)坡及斷面測(cè)量的重要基準(zhǔn)數(shù)據(jù),放樣和聯(lián)測(cè)精度要求很高,誤差控制在 5 mm之內(nèi)。為此,采用索佳精密全站儀NET05進(jìn)行放樣和聯(lián)測(cè),同時(shí)在點(diǎn)位放樣時(shí),先高精度確定基座棱鏡的位置,后通過基座對(duì)中器確定實(shí)地點(diǎn)位,采用植筋的方法將標(biāo)志穩(wěn)固,保證了放樣點(diǎn)的精度。
(3)斷面測(cè)量數(shù)據(jù)處理難度大。斷面測(cè)量數(shù)據(jù)需按要求整理成規(guī)定格式的電子表格數(shù)據(jù),若按常規(guī)人工輸入整理方法工作量巨大,出錯(cuò)幾率高。為此,針對(duì)斷面測(cè)量?jī)?nèi)容及成果格式的特點(diǎn),利用VB軟件開發(fā)工具,開發(fā)了斷面測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)提取程序,實(shí)現(xiàn)了斷面測(cè)量數(shù)據(jù)提取、整理過程的自動(dòng)化;同時(shí),斷面測(cè)量數(shù)據(jù)處理完成后,需要與施工方施測(cè)的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析和精度統(tǒng)計(jì),為此,利用MATLAB軟件具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理功能、編程簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn),開發(fā)了斷面數(shù)據(jù)分析軟件,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)對(duì)比分析過程、精度統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化。兩個(gè)軟件的開發(fā)、使用,極大地提高了內(nèi)業(yè)處理效率和成果的可靠性。
軌道交通第三方竣工測(cè)量是一項(xiàng)較復(fù)雜的測(cè)繪工程,如何在復(fù)雜的環(huán)境中,保證測(cè)繪成果的準(zhǔn)確性是工程的難點(diǎn)。本文以長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線第三方竣工測(cè)量為實(shí)例,論述了導(dǎo)線直接傳遞平面聯(lián)系測(cè)量的方法、高精度中線放樣的方法、斷面測(cè)量及數(shù)據(jù)處理的方法在實(shí)施中的應(yīng)用,有效克服了不利因素的影響,取得了非常好的效果,確保了測(cè)量精度和數(shù)據(jù)的可靠性,為軌道交通第三方竣工測(cè)量積累了經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也為其他隧道的相關(guān)測(cè)量提供了借鑒之處。
[1]GB 50308-2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].
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[5]王建.城市軌道交通工程第三方測(cè)量檢測(cè)若干問題探討[J].隧道建設(shè),2011,31(5):547~549.
[6]GB/T 12897-2006.國家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].
[7]GB 50026-2007.工程測(cè)量規(guī)范[S].