劉衛(wèi)國

【摘 要】：隨著社會的發(fā)展，越來越多的城市開始修建地鐵。修建城市地鐵離不開施工豎井，而豎井聯(lián)系測量是地鐵隧道能夠順利貫通的重要保證。本文通過深圳地鐵施工豎井聯(lián)系測量的實踐，介紹施工豎井聯(lián)系測量的常用方法，并對各種方法的特點及優(yōu)劣進(jìn)行分析。

【主題詞】：豎井 聯(lián)系測量 方法

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，堵車現(xiàn)象也日趨嚴(yán)重，給人們?nèi)粘３鲂袔砹撕芏嗖槐?。為了解決這一矛盾，越來越多的城市開始修建地鐵。由于地鐵一般都在鬧市，施工場地都比較狹小，因此經(jīng)由豎井施工成為地鐵施工的重要手段，而豎井聯(lián)系測量就成為保證地鐵隧道順利貫通的必要手段。為了保證各相向開挖面能正確貫通，就必須將地面控制網(wǎng)中的坐標(biāo)、坐標(biāo)方位角及高程，經(jīng)由豎井傳遞到井下去，這些傳遞工作稱為豎井聯(lián)系測量。豎井聯(lián)系的工作內(nèi)容包括平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量，高程聯(lián)系測量的常用方法有鋼尺導(dǎo)入法和光電測距儀法等，平面聯(lián)系測量的常用方法有：聯(lián)系三角形法、鉆孔投點法、直傳法、陀螺經(jīng)緯儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法等。由于高程聯(lián)系測量比較簡單，這里就不再多介紹，下面將通過幾個具體的例子對常用豎井平面聯(lián)系測量方法作一介紹。

一、 聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法就是在井口懸掛兩根細(xì)鋼絲，與地面、地下測站形成兩個以懸掛鋼絲為共同邊長的三角形，通過解算三角形將地面的坐標(biāo)和方位傳遞至井下。如圖一所示：

圖一 聯(lián)系三角形法測量示意圖

圖一中A為地面的近井控制點，O1、O2為兩鋼絲，A為井下近井點（將作為井下導(dǎo)線的起算點）。O1O2距離不小于3米，連接角α不大于3°，b/a≈1.5。分別在井上A站觀測α角和連接角ω，并準(zhǔn)確丈量井上三角形的邊長a、b、c，井下A站觀測α和連接角ω，準(zhǔn)確丈量井下三角形的邊長a、b、c.

根據(jù)正弦定理計算β和γ：

sinβ=sinα×b/a

sinγ=sinα×c/a

計算三角形閉合差：

f=α+β+γ-180

計算三角形邊長該正數(shù)va、vb、vc及平差值a平、b平、c平：

va=vb=-f/（3α）×a

vc=+ f/（3α）×a

則： a平=a+va b平=b+vb c平=c+vc

計算角度改正數(shù)vβ、vγ和平差值β平、γ平：

vβ=f/3×（b/a-1）

vγ=-f/3×（c/a-1）

則： β平=β+ vβ γ平=γ+ vγ

井下三角形計算與井上相同，則可沿TA-AO2-O2O1-O1A-AT的路線推算井下AT的坐標(biāo)方位角和A、T的坐標(biāo)。

聯(lián)系三角形法原理比較簡單、操作時所需設(shè)備成本較低（一般施工承包商均有配備）、作業(yè)時占用井口面積小、不需中斷施工，是一種簡單可行的辦法，在我國已有較長歷史，至今還有很多單位在用。但該法也有其自身的弱點：精度較低。在實踐中一些單位也摸索出了很多切實可行的、比較好的方法來改善其中的薄弱環(huán)節(jié)，以達(dá)到提高精度的目的。如下面圖二的實例：

圖 二

圖二是深圳地鐵1#線購物公園～香蜜湖區(qū)間購物公園站端的盾構(gòu)井，該區(qū)間全長1595米，獨頭掘進(jìn)，是深圳地鐵一期工程貫通距離最長的區(qū)間。為提高測量精度，確保測量精度，對常用的聯(lián)系三角形法進(jìn)行了改進(jìn)，將普通的單三角形法改為雙三角形法，增加較核條件；圖中O1、O2、O3為鋼絲，鋼絲下懸重物，置于油桶中（通過油的阻力來減小風(fēng)力對鋼絲的影響，增加其穩(wěn)定性）；井上測站PT和井下測站LY均采用強(qiáng)制對中；丈量用的鋼尺均經(jīng)過檢定，丈量時要經(jīng)過溫度和尺長改正；增加測回數(shù)（增加測回數(shù)需變動鋼絲位置，而并非鋼絲位置不動，連續(xù)多次觀測）等。

雖然可以通過一些加強(qiáng)措施來提高精度，但總得來說，這種方法作業(yè)比較繁瑣、所需時間長，且精度提高不明顯。

二、 鉆孔投點法

鉆孔投點法就是通過鉆孔或施工投料孔，用垂球或投點儀進(jìn)行投點，從而將地面坐標(biāo)和方位角傳遞到井下的方法。該方法適用于埋深較淺、且已開挖一定長度的隧道。該方法具有操作簡便、測量精度高、不占用施工豎井、對施工影響較小等優(yōu)點，缺點是測量鉆孔難度較大（垂直度要求高），鉆孔成本較高。但由于該方法優(yōu)點較為明顯，有條件時應(yīng)優(yōu)先考慮該方法。下面圖三是竹子林～僑城東區(qū)間的一個實例：

圖 三

圖三中T1、T2為兩井上投點，T1、T2為兩井下投點，DX436、DX437、DX437、GPS317為地面已知控制點，與T1、T2兩投點可組成標(biāo)準(zhǔn)的附合導(dǎo)線，通過平差計算可得出T1、T2的坐標(biāo)。由于T1、T2和T1、T2投影在水平面上是同一個點，因此，該兩點就成為地下導(dǎo)線的起算點，地下其它導(dǎo)線點的坐標(biāo)可以通過T1、T2兩投點求得。竹僑區(qū)間右線橫向貫通誤差經(jīng)測定只有6.8mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范100mm的限差要求。

鉆孔投點法不僅限于鉆孔或投料孔，也可用于車站預(yù)留口、風(fēng)井等，但這時需要搭設(shè)投點平臺。投點平臺一般搭設(shè)兩層，一層架儀器，一層站儀器操作員，保證人和儀器分開，不互相干擾，才能保證投點精度。為保證地下導(dǎo)線起算點的準(zhǔn)確性，鉆孔投點法對邊長有一定的要求，對一些不適合鉆孔的地段（如盾構(gòu)區(qū)間）使用投點法，但邊長又太短時，我們可以通過改善其它環(huán)節(jié)來保證其精度，如2B標(biāo)段會展中心～福民站區(qū)間。制定測量方案時考慮到鉆孔會破壞盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)，陀螺定向需要停工，會影響施工進(jìn)度，因此在仔細(xì)考察了盾構(gòu)井及周邊建筑的情況后，我們選擇用投點法進(jìn)行聯(lián)系測量，即利用盾構(gòu)井和會展中心站一預(yù)留口進(jìn)行投點。盾構(gòu)井只占用一個小角，兩投點間距約40米。為了將短邊的影響降低到最小，我們將井下投點做成強(qiáng)制對中標(biāo)志，這樣就減少了對中誤差，大大減弱了短邊造成的不利影響。該區(qū)間隧道貫通后經(jīng)測定橫向貫通誤差只有8.5mm，只有貫通限差的8.5%，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

三、 全站儀直傳法

全站儀直傳法就是利用全站儀，直接將地面導(dǎo)線傳遞到地下。該方法適用于施工場地比較開闊、地上地下通視良好的地段。增加圖形檢核條件等；下面是7標(biāo)段華崗盾構(gòu)區(qū)間的一個例子：

華崗區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)在華崗區(qū)間中部，尺寸大約為50×20米，施工場地比較開闊，但四周是果園。該選用哪種方案呢？傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形費時費力，陀螺定向要影響施工，投點法由于井口太大，搭設(shè)平臺比較困難。在經(jīng)過仔細(xì)的比選后，我們選擇了全站儀直傳法，利用場地中通視良好的穩(wěn)定處作為轉(zhuǎn)點，直接將地面坐標(biāo)和方位傳至地下。由于四周果樹比較茂密，測成附合或閉合導(dǎo)線有一定的困難，我們采用了雙后視的方法，而且通過多設(shè)一個轉(zhuǎn)點來增加圖形檢核條件，如圖四所示：

圖 四

圖四中，置鏡GPS306，雙后視方向分別為DX424、DX423，ZD1、ZD2為地面轉(zhuǎn)點，R1、R3為洞內(nèi)控制點，通過增加轉(zhuǎn)點ZD2、R3使圖形強(qiáng)度得到了加強(qiáng)。同時，為了保證測量精度，我們要求井上、井下聯(lián)系邊長不能太短，俯仰角不能大于30°，井上井下氣象條件不能相差太大，最好選擇在陰天進(jìn)行；井上井下連接角要增加測回數(shù)，測回間重新對中整平等。

由于我們選用的方案比較合理，而且對測量過程中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了加強(qiáng)，有力地保證了測量精度。這點也從我們完全的貫通精度上得到了反映，華崗區(qū)間右線中間井～華強(qiáng)路橫向貫通誤差僅為11.4mm。

四、 陀螺經(jīng)緯儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法

陀螺經(jīng)緯儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法就是利用鉛垂儀向地下傳遞坐標(biāo)，在地下用陀螺經(jīng)緯儀測定定向邊方位角的測量方法。由于陀螺經(jīng)緯儀是一種全天候的、不依賴其它條件能夠測定真北方位的定向儀器，所以利用它可以快速地測定地下導(dǎo)線的方位。該方法具有方法簡單、測量精度高、作業(yè)時間短等優(yōu)點，在地鐵施工中不斷得到推廣。但該方法缺點也較明顯，即成本較高，測量時需要停工（陀螺定向需要一個相對平靜的環(huán)境，不能有振動等干擾），對施工進(jìn)度會造成一定影響。下面將通過圖五所示實例來說明陀螺經(jīng)緯儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法的一般做法。

圖 五

圖五為車公廟～竹子林區(qū)間1#豎井聯(lián)系測量示意圖。豎井定向邊應(yīng)井上井下各選一條，定向邊應(yīng)選擇在穩(wěn)定可靠、通視良好、尤其附近不應(yīng)有電磁場干擾的地方，最好是選擇已知邊如精密導(dǎo)線點或GPS點。井上選擇DX433～GPS315為定向邊，井下選擇橫通道的D11～D13為定向邊，每條定向邊用陀螺經(jīng)緯儀獨立觀測三測回。投點可采用光學(xué)或激光投點儀進(jìn)行，和投點法一樣，投點時需要搭設(shè)投點平臺，而且平臺也需搭設(shè)兩層，操作人員和儀器要分開，以免互相影響。投點時按0°、90°、180°、270°四個方向各投一點，最后取重心作為投點位置。井上、井下用相同方法各投一點。投點和定向邊的之間的關(guān)系可以用全站儀測得，從而可得投點坐標(biāo)。地下定向邊的坐標(biāo)方位角可以通過解算投點處的空間角推得（也可以通過子午線收斂角推算），并由此推得井下各點坐標(biāo)。假定DX433～GPS315陀螺方位為NT上，坐標(biāo)方位角為W上，井下D11～D13陀螺方位為NT下，則

邊DX433～T陀螺方位NT=NT上+α

邊T～D11 陀螺方位NT=NT下-β

則投點T處的空間角γ= NT-NT

D11～D13的坐標(biāo)方位角W下=W上+α+γ+β-3×180

地下所有控制點的坐標(biāo)均可以根據(jù)D11～D13的坐標(biāo)方位角W下和投點坐標(biāo)推得。

陀螺經(jīng)緯儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法幾乎適用于所有的地鐵施工豎井，但對于每個具體的豎井，可能會由于豎井所處的位置和四周的環(huán)境不同，其測量方案又會有所不同。深圳地鐵施工豎井的形式也比較多樣，有通過橫通道與正線連接的，有豎井開在正線的。豎井開在正線的，只需準(zhǔn)確測定定向邊的方位即可，而豎井通過橫通道與正線連接的，則要考慮橫通道對測量的影響。

【結(jié)束語】：從以上的實例可以看出，施工條件千差萬別，合理、經(jīng)濟(jì)的測量方案是地鐵隧道能夠正確貫通的重要保證；也正是由于施工條件的千差萬別，才能推動測量技術(shù)和手段不斷更新，從而不斷提高我們的測量水平。針對我國目前地鐵的施工現(xiàn)狀，考慮到施工隊的實際情況，我們提出了一些建議，供大家在以后的豎井聯(lián)系測量中參考：

1. 有條件時應(yīng)優(yōu)先考慮鉆孔投點法；

2. 聯(lián)系測量時應(yīng)選擇在氣象條件比較穩(wěn)定、井上井下外界條件相差較小的天氣進(jìn)行；

3. 要盡可能的增加檢核條件；

4. 進(jìn)行多方案的比選，盡可能的選用最佳方案；

5. 測量標(biāo)志最好設(shè)置成強(qiáng)制對中。