張力文 査小君

(北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司寧波華東分院，浙江 寧波 315000)

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·測量·

談地鐵工程聯(lián)系測量方法及應(yīng)用

張力文 査小君

(北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司寧波華東分院，浙江 寧波 315000)

闡述了一井定向、兩井定向和傳遞高程測量等較為常用聯(lián)系測量方法的基本原理和技術(shù)要點，并結(jié)合寧波地鐵工程實例，介紹了各聯(lián)系測量方法在應(yīng)用和實施過程中的注意事項，旨在提高地鐵建設(shè)過程中的測量精度。

一井定向，兩井定向，傳遞高程，聯(lián)系測量

1 概述

地鐵已成為現(xiàn)代城市文明的一個標(biāo)志，正在改變著人們城市生活的節(jié)奏和方式。全國各地城市地鐵建設(shè)如雨后春筍般開展起來，作為工程建設(shè)先驅(qū)的測量工作越來越受到人們的重視。有別于其他工程建設(shè)，地鐵建設(shè)多為地下工程，常需要把地面上的測量基準(zhǔn)導(dǎo)入井下。如何通過聯(lián)系測量將地面上的測量控制點高精度導(dǎo)入地下是地鐵測量工作者需要思考的問題。本文旨在介紹地鐵工程中使用較多的幾種聯(lián)系測量方法原理，并結(jié)合寧波地鐵工程實例，以期與其他測量工作者進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)。

2 地鐵工程聯(lián)系測量方法簡介及實例

聯(lián)系測量是將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)通過施工豎井等傳遞到地下，使地上、地下坐標(biāo)系統(tǒng)相一致的測量方法，廣泛應(yīng)用于地鐵工程施工測量。

聯(lián)系測量包括地面近井導(dǎo)線測量和近井水準(zhǔn)測量、通過豎井等的定向測量、傳遞高程測量以及地下近井導(dǎo)線測量、近井水準(zhǔn)測量等[1]。定向測量的方法有一井定向法(聯(lián)系三角形法)、兩井定向法、導(dǎo)線直接傳遞測量法、投點傳遞測量和陀螺定向法等。本文主要介紹寧波地鐵廣泛應(yīng)用的一井定向法、兩井定向法和傳遞高程測量。同時選取三個較為有特色的工點進(jìn)行工程實例介紹，分別是一井定向測量在鼓外區(qū)間的應(yīng)用、兩井定向測量在櫟鄞區(qū)間的應(yīng)用以及傳遞高程測量在石碶站的應(yīng)用。

2.1 一井定向測量

2.1.1 一井定向測量方法簡介

一井定向測量也稱聯(lián)系三角形定向測量。一井定向是在一個豎井中懸掛兩根鋼絲，在地面近井點與鋼絲組成三角形，并測定近井點與鋼絲的距離和角度，從而算得兩鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角。在井下，同樣井下近井點也與鋼絲構(gòu)成三角形，并測定井下近井點與鋼絲的距離和角度。由于鋼絲處于自由懸掛狀態(tài)，可以認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角與地面一致，通過計算便可獲得地下導(dǎo)線起算點的坐標(biāo)和方位角，這樣就把地上與地下導(dǎo)線聯(lián)系起來了[2]。一井定向示意圖見圖1。

在生產(chǎn)實踐中，測量工作者總結(jié)出了雙聯(lián)系三角形定向測量方法，該方法是在豎井中懸吊三根鋼絲，組成兩個聯(lián)系三角形。這樣能提高精度，且具有復(fù)核作用，操作也容易，在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

聯(lián)系三角形定向測量的關(guān)鍵技術(shù)要求如下：

1)連接三角形最有利的形狀為銳角α，α′≤1°的直伸三角形；

2)計算解β(或β′)的誤差，隨α角的誤差增大而增大，隨比值A(chǔ)B/BC(或C′D/B′C′)的減小而減小。故在聯(lián)系測量時，應(yīng)盡量使連接點A和D靠近最近的鋼絲線，并精確的測量角度α；

3)兩鋼絲間的距離越大，則計算角的誤差就越?。?/p>

4)在直伸三角形中，量邊誤差對定向精度的影響較小。

2.1.2 一井定向測量在鼓外區(qū)間的應(yīng)用

鼓外盾構(gòu)區(qū)間從外灘大橋站始發(fā)，向鼓樓站推進(jìn)。受現(xiàn)場條件限制，只有一個用于出土和吊裝管片的井口可供聯(lián)系測量使用。因此我們在該區(qū)間的控制測量中選用一井定向聯(lián)系測量方法，測量示意圖見圖2。

地面上從三個GPS點起算，在井口附近設(shè)立近井點JJD觀測鋼絲，在井下布置近井點TD1，并與另一地下導(dǎo)線點TGR1組成井下基線邊。豎井中懸掛三根鋼絲，構(gòu)成兩組聯(lián)系三角形，測量后通過解算，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，本次兩組聯(lián)系測量中α，α′四個角度有三個角度都小于1°；近井點與近鋼絲的距離(AB，C′D)都相對較??；兩鋼絲間的距離(BC，B′C′)都相對較大，滿足了聯(lián)系三角形圖形布置的要求。通過三角形內(nèi)角和驗證和井下、井下鋼絲解算距離比對，可以得出，受第一組中地上三角形α略大于1°的影響，第二組精度要優(yōu)于第一組。

2.2 兩井定向測量

2.2.1 兩井定向測量方法簡介

表1 兩組聯(lián)系三角形解算成果表

兩井定向也是定向測量的一種常用方法，它適用于豎井井口較小，但兩端均有井口(或可鉆孔)的區(qū)域。

兩井定向是在兩施工豎井(或鉆孔)中分別懸掛一根鋼絲。與一井定向相比，首先由于兩鋼絲間的距離大大增加，因而減少了投點誤差引起的方向誤差，有利于提高地下導(dǎo)線的精度，這是兩井定向的主要優(yōu)點。其次是外業(yè)測量簡單，占用豎井的時間較短。

兩井定向是利用地面上布設(shè)的近井點或地面控制點采用導(dǎo)線測量或其他測量方法測定兩鋼絲的平面坐標(biāo)值。在地下隧道中，將已布設(shè)的地下導(dǎo)線與豎井中的鋼絲聯(lián)測，即可將地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與方向傳遞到地下去，經(jīng)計算求得地下導(dǎo)線各點的坐標(biāo)與導(dǎo)線邊的方位角。兩井定向示意圖見圖3。

在地面上采用導(dǎo)線測量測定兩根鋼絲的坐標(biāo)，在地下使地下導(dǎo)線的兩端點分別與兩根鋼絲聯(lián)測，這樣就組成一個附合圖形。在這個圖形中，兩根鋼絲處缺少兩個連接角，這樣的地下導(dǎo)線是無起始方向角的，故稱它為無定向?qū)Ь€。

與一井定向一樣，兩井定向也可在某一豎井中多懸掛一根鋼絲，形成兩組無定向?qū)Ь€，提高精度，增加復(fù)核。

兩井定向的關(guān)鍵技術(shù)要求如下：

1)兩井定向最有利的形狀為地面近井點與鋼絲呈直伸型，盡量在一條線；地下待定點不宜超過兩個，并在兩根鋼絲之間，呈直伸型，盡量在一條線上；組成的直伸線型盡量與隧道掘進(jìn)方向平行；

2)地下待定點間距應(yīng)盡量增大，但不宜跑出兩鋼絲之間；

3)兩鋼絲間的距離越大，定向精度越高。

2.2.2 兩井定向測量在櫟鄞區(qū)間的應(yīng)用

櫟鄞盾構(gòu)區(qū)間從櫟社站始發(fā)，向鄞州大道站推進(jìn)。櫟社站兩端各有一個端頭井，進(jìn)行兩井定向的條件較為理想。因此我們在該區(qū)間的控制測量中選用兩井定向聯(lián)系測量方法，測量示意圖見圖4。

地面上以兩個GPS點和一個精密導(dǎo)線點起算，在車站中間設(shè)立導(dǎo)線點LSP03觀測鋼絲，地上部分構(gòu)成一個包含LSP03在內(nèi)的閉合導(dǎo)線。在井下車站兩頭各布置一個導(dǎo)線點LSD1和LSD3，構(gòu)成井下基線邊。豎井中懸掛三根鋼絲，形成兩組無定向?qū)Ь€，測量后通過平差計算，結(jié)果見表2，表3。

表2 兩井定向平差計算表(第一組) 工程名稱：櫟鄞區(qū)間聯(lián)系測量(第一組) 等級：國家四等導(dǎo)線

表3 兩井定向平差計算表(第二組) 工程名稱：櫟鄞區(qū)間聯(lián)系測量(第二組) 等級：國家四等導(dǎo)線

從表2，表3可以看出，本次兩組聯(lián)系測量無定向?qū)Ь€角度改正和邊長改正都很小，導(dǎo)線精度都達(dá)到了四等導(dǎo)線要求的1/35 000以上。聯(lián)系測量精度較高，成果較為可靠。圖形布置上都做到了直伸形，且能實現(xiàn)基線邊保證較長長度，相較于一井定向具有明顯的布置簡單，精度實現(xiàn)容易的特點。

2.3 傳遞高程測量

2.3.1 傳遞高程測量方法簡介

傳遞高程測量是將地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程傳遞到地下隧道、基坑中或高架上的高程點的測量方法。一般采用懸掛鋼尺法，詳見圖5。

懸掛鋼尺法測量時，首先應(yīng)搭建掛尺架，在掛尺架上懸掛經(jīng)檢定過的鋼尺至底部，鋼尺零刻線端朝下，并在下端掛一個重錘，重錘重量應(yīng)與鋼尺鑒定時拉力相同；如圖5所示，在地上和地下(或高架)各安置一臺水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。

設(shè)地面水準(zhǔn)儀在A點尺上讀數(shù)為A1，在鋼尺的讀數(shù)為B1；地下水準(zhǔn)儀在鋼尺的讀數(shù)為A2，在B點尺上的讀數(shù)為B2。已知A點高程為HA，則B點高程HB可通過下面的公式求得。

HA+A1=HB+B2+(B1-A2),從而HB=HA+A1-B1+A2-B2。

懸掛鋼尺法的關(guān)鍵技術(shù)要求如下：

1)測定近井水準(zhǔn)點高程的地面近井水準(zhǔn)路線，應(yīng)附合在地面水準(zhǔn)控制點上，并按規(guī)范4.2節(jié)水準(zhǔn)測量有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行；

2)地上和地下安置的兩臺水準(zhǔn)儀應(yīng)同時讀數(shù)，高差應(yīng)進(jìn)行溫度、尺長改正，當(dāng)井深超過50 m時應(yīng)進(jìn)行鋼尺自重張力改正；

3)傳遞高程時，每次應(yīng)獨立觀測三測回，測回間應(yīng)變動儀器高，三測回測得地上、地下水準(zhǔn)點間的高差較差應(yīng)小于3 mm。

2.3.2 傳遞高程測量在石碶站的應(yīng)用

石碶站是鄞石區(qū)間和石輕區(qū)間盾構(gòu)的接收車站，為順利地與相鄰區(qū)間進(jìn)行貫通測量，需在石碶站進(jìn)行聯(lián)系測量，將坐標(biāo)和高程導(dǎo)入井下。這里我們選取傳遞高程測量部分進(jìn)行介紹。

我們以石碶站附近的地面水準(zhǔn)控制點BM[2]06,BM[2]07為起算依據(jù)，測設(shè)一條包含近井點JJD在內(nèi)的附合水準(zhǔn)路線。在車站左右線各布置兩個井下水準(zhǔn)點構(gòu)成閉合(環(huán)線)水準(zhǔn)路線，通過懸掛鋼尺的方法將高程從JJD傳遞至井下水準(zhǔn)點。傳遞高程時、井下同時安置一臺水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，并進(jìn)行溫度和尺長改正，測量后通過平差計算，結(jié)果見表4，表5。

表4 傳遞高程測量計算表(第一組)

表5 傳遞高程測量計算表(第二組)

從表4，表5可以看出，測回間高差較差遠(yuǎn)小于3 mm，兩組高差平均值的較差也很小，精度滿足要求。同時該井深20多米，高差經(jīng)過溫度和尺長改正后，不用進(jìn)行鋼尺自重張力改正。特別提醒，用于懸掛的重錘需是鋼尺檢定時標(biāo)注的特定質(zhì)量的重錘，不能用其他重物代替。

3 結(jié)語

熟練掌握一井定向、兩井定向和傳遞高程測量方法能解決地鐵工程聯(lián)系測量的基本需要。經(jīng)過多年的工程實踐，這些方法配合高精度的測量儀器，能夠滿足地鐵建設(shè)過程中的測量精度需要。我們測量工作者，在掌握這些方法的同時，還要根據(jù)工程實際，積極學(xué)習(xí)、探索和實踐測量新技術(shù)、新方法，以達(dá)到制定合理的聯(lián)系測量方案，優(yōu)化測量生產(chǎn)的效果。

[1] GB 50308—2008，城市軌道交通工程測量規(guī)范[S].

[2] 秦長利.城市軌道交通工程測量[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

Discussion on subway engineering contacting measurement methods and its application

Zhang Liwen Zha Xiaojun

(NingboHuadongBranchInstitute,BeijingUrbanConstructionSurveyingDesignInstitute,Ningbo315000,China)

This article describes the basic principles and key techniques of single shaft orientation, two shaft orientation and transfer height measurement, etc.. The application of these methods and the details of the implementation of these methods are introduced with the examples of Ningbo metro engineering, with a view to improve the measurement accuracy in the subway construction process.

single shaft orientation， two shaft orientation， transfer height， contacting measurement

1009-6825(2017)06-0233-03

2016-12-19

張力文(1990- )，男； 査小君(1985- )，男，工程師

TU198

A