謝友鵬，趙塵衍

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

常州軌道交通1號(hào)線黃河路站-新區(qū)公園站隧道區(qū)間左線全長 1 364.64 m，線路特點(diǎn)為多曲線小半徑，最小曲線半徑為 300 m，整體呈“S”型走向。該區(qū)間長度較長，且為曲線段，為了保證順利貫通，對(duì)平面控制測量精度提出了較高的要求[1]。

黃河路站-新區(qū)公園站區(qū)間左線隧道施工采用盾構(gòu)法由黃河路站向新區(qū)公園站掘進(jìn)。為了保證單向掘進(jìn)隧道的貫通和各種構(gòu)筑物的位置符合設(shè)計(jì)要求，必須要有可靠的控制測量技術(shù)作為保障[2]。該隧道內(nèi)的盾構(gòu)平面控制測量工作采用基于支導(dǎo)線形式的導(dǎo)線測量進(jìn)行，受到地形條件的限制，支導(dǎo)線的邊長一般較短[3]。特別是在由黃河路站始發(fā)的隧道前半段，受到小半徑曲線隧道線型的影響，用于進(jìn)行平面控制測量的支導(dǎo)線站數(shù)較多，邊長較短，易造成測角誤差的積累，進(jìn)而可能導(dǎo)致洞內(nèi)平面控制點(diǎn)點(diǎn)位橫向誤差偏大，對(duì)隧道的順利貫通產(chǎn)生影響。

為了確保盾構(gòu)平面控制測量成果質(zhì)量，一方面在洞內(nèi)導(dǎo)線初測完成之后進(jìn)行復(fù)測工作，另一方面采用陀螺全站儀對(duì)洞內(nèi)定向邊坐標(biāo)方位角進(jìn)行檢核，以確保其成果的可靠性。

2 洞內(nèi)導(dǎo)線的布設(shè)與施測

黃河路站-新區(qū)公園站左線隧道盾構(gòu)工作開始之前已在黃河路站車站底板上建造好兩座強(qiáng)制對(duì)中觀測墩，兩個(gè)車站底板平面控制點(diǎn)分別命名為XBD和BYD，并已通過聯(lián)系測量采用兩井定向的方法測定好兩點(diǎn)平面坐標(biāo)。洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中鋁合金支架以交叉形式依次進(jìn)行布設(shè)，點(diǎn)號(hào)命名以“ZT”作為標(biāo)識(shí)。洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)情況如圖1所示。

圖1 洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)

導(dǎo)線測量嚴(yán)格按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB 50308-2008)、《工程測量規(guī)范》(GB 50026-2007)以及《常州市軌道交通工程建設(shè)測量工作統(tǒng)一作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)技術(shù)要求執(zhí)行。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用常州軌道交通工程坐標(biāo)系，導(dǎo)線測量儀器為徠卡TM30測量機(jī)器人，標(biāo)稱精度：測角0.5″，測距 0.6 mm+1 ppm。在各測站上對(duì)前后觀測目標(biāo)采用ATR自動(dòng)照準(zhǔn)并進(jìn)行4個(gè)測回的水平角和斜距的觀測，測量過程中對(duì)各項(xiàng)觀測限差嚴(yán)格控制，保證外業(yè)采集數(shù)據(jù)的可靠性。

導(dǎo)線測量完成后，經(jīng)過平差計(jì)算得到定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11的初測與復(fù)測坐標(biāo)方位角成果如表1所示。

導(dǎo)線測量計(jì)算所得定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11坐標(biāo)方位角成果 表1

兩條定向邊通過導(dǎo)線測量計(jì)算所得坐標(biāo)方位角初測與復(fù)測成果較差滿足《常州市軌道交通工程建設(shè)測量工作統(tǒng)一作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中限差要求。

3 陀螺定向測量

3.1 測量原理

陀螺定向測量直接測定出的是陀螺北方向，其與真北方向及坐標(biāo)北方向之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 三北方向關(guān)系示意圖

圖中AB為一條地面已知導(dǎo)線邊，A為設(shè)站點(diǎn)，B為觀測點(diǎn)。α真表示地理方位角，α坐表示坐標(biāo)方位角，α陀表示陀螺方位角，γ表示子午線收斂角，子午線收斂角可通過設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)查表計(jì)算得到。

儀器常數(shù)的測定對(duì)陀螺定向精度有很大影響，通過陀螺全站儀的運(yùn)轉(zhuǎn)和觀測即可測定出已知邊的陀螺方位角，進(jìn)而計(jì)算得到儀器常數(shù)[4]：

β儀=α真-α陀

(1)

在地面已知邊測定出儀器常數(shù)后即可用于計(jì)算隧道內(nèi)定向邊坐標(biāo)方位角：

α坐′=α真′-γ′=β儀+α陀′-γ′

(2)

式中，β儀為測定好的儀器常數(shù)，α陀′為隧道內(nèi)定向邊陀螺方位角，γ′為隧道內(nèi)測站處子午線收斂角。

3.2 測量實(shí)施

陀螺定向測量方法包括逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、中天法、時(shí)差法、改化振幅法、三點(diǎn)測時(shí)法以及計(jì)時(shí)法等[6]?？紤]到施工隧道內(nèi)環(huán)境較為惡劣與復(fù)雜，本次測量采用的是對(duì)環(huán)境要求不高的中天法。中天法是通過測定陀螺靈敏部通過中天的時(shí)刻和擺幅來計(jì)算陀螺北方向，具有靈活、方便，觀測人員在觀測過程中可以應(yīng)付外界來往人員及其他突發(fā)情況干擾的特點(diǎn)，可以較好地保證觀測精度[5]。

本次測量檢核工作在盾構(gòu)距貫通面還有100環(huán)時(shí)進(jìn)行。采用索佳GP3130/R3陀螺全站儀對(duì)隧道內(nèi)ZT10-ZT9與ZT10-ZT11兩條定向邊的方位角進(jìn)行檢核。儀器標(biāo)稱精度：一次定向中誤差±20″，測角精度2″，測距精度 2 mm+2 ppm。

在對(duì)隧道內(nèi)定向邊進(jìn)行測量前首先需在地面已知邊上進(jìn)行儀器常數(shù)的測定，儀器常數(shù)測定完成后再將儀器移至井下，進(jìn)行定向測量工作。定向測量工作完成后盡快返回地面，并在原先的已知邊上再次進(jìn)行儀器常數(shù)的測定工作。定向測量要求測前、測后的儀器常數(shù)測定各觀測三測回，三測回間的陀螺方位角較差不大于25″，兩次求得的儀器常數(shù)均值較差不大于15″；對(duì)定向邊進(jìn)行兩次觀測，每次觀測三測回，兩次觀測計(jì)算所得的陀螺方位角均值較差應(yīng)小于12″。

本次測量檢核工作分為兩天進(jìn)行，分別完成初測、復(fù)測兩次獨(dú)立的陀螺定向測量作業(yè)流程。首先，在地面已知邊上測量陀螺方位角，計(jì)算儀器常數(shù)。選擇兩個(gè)常州市軌道交通1號(hào)線平面控制測量衛(wèi)星定位網(wǎng)中的控制點(diǎn)1G15和1G18構(gòu)成的邊作為儀器常數(shù)測定邊，共觀測三個(gè)測回，測定成果如表2所示。

初測測前儀器常數(shù)測定成果 表2

可得初測測前儀器常數(shù)均值為-4.6″。

測前儀器常數(shù)測定完成后立即將陀螺全站儀移至隧道內(nèi)對(duì)ZT10-ZT9和ZT10-ZT11兩條定向邊進(jìn)行定向測量。定向邊陀螺方位角測量成果如表3所示。

ZT10-ZT9、ZT10-ZT11定向邊陀螺方位角初測成果 表3

計(jì)算得到定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11陀螺方位角均值分別為339°50′51.3″與178°32′40.3″。

隧道內(nèi)定向測量完成后返回地面，重新在已知邊1G15-1G18上測定儀器常數(shù)，測定成果如表4所示。

初測測后儀器常數(shù)測定成果 表4

可得初測測后儀器常數(shù)均值為-8.0″。

對(duì)測前、測后儀器常數(shù)值取平均得到最終的初測儀器常數(shù)-6.3″。進(jìn)而通過式(2)可得定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11陀螺定向坐標(biāo)方位角如表5、表6所示。

定向邊ZT10-ZT9坐標(biāo)方位角初測成果 表5

定向邊ZT10-ZT11坐標(biāo)方位角初測成果 表6

可得定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11坐標(biāo)方位角均值分別為339°50′39.7″與178°32′25.4″。

初測工作完成后于第二天重復(fù)同樣的測量流程進(jìn)行復(fù)測工作。測前、測后儀器常數(shù)測定成果如表7、表8所示。

復(fù)測測前儀器常數(shù)測定成果 表7

復(fù)測測后儀器常數(shù)測定成果 表8

可得儀器常數(shù)均值為-10.3″。

ZT10-ZT9、ZT10-ZT11兩條定向邊陀螺定向復(fù)測成果如表9、表10所示。

ZT10-ZT9定向邊坐標(biāo)方位角復(fù)測成果 表9

ZT10-ZT11定向邊坐標(biāo)方位角復(fù)測成果 表10

可得定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11陀螺方位角均值分別為339°50′53.7″與178°32′37.0″，坐標(biāo)方位角均值分別為339°50′38.1″與178°32′21.4″。

4 坐標(biāo)方位角檢核與分析

ZT10-ZT9、ZT10-ZT11兩條定向邊通過陀螺定向測量初測、復(fù)測所得陀螺方位角及其差值如表11所示。

ZT10-ZT9、ZT10-ZT11定向邊陀螺方位角初測、復(fù)測成果 表11

兩條定向邊初測與復(fù)測陀螺方位角較差均滿足作業(yè)限差要求，對(duì)初測與復(fù)測得到的兩條定向邊坐標(biāo)方位角取平均可得最終陀螺定向測量成果：定向邊ZT10-ZT9、ZT10-ZT11陀螺定向坐標(biāo)方位角分別為339°50′38.9″與178°32′23.4″。

將陀螺定向成果與導(dǎo)線測量成果進(jìn)行對(duì)比，如表12所示。

陀螺定向成果與導(dǎo)線測量成果對(duì)比表 表12

由上表可見，本次測量檢核的兩條定向邊坐標(biāo)方位角通過陀螺定向測量與導(dǎo)線測量所得成果差值均小于4″，可認(rèn)為導(dǎo)線測量成果是可靠的，可供后續(xù)施工使用。

5 總 結(jié)

在地鐵隧道盾構(gòu)平面控制測量工作中，針對(duì)長區(qū)間多曲線的情況，在盾構(gòu)推進(jìn)至一半及盾構(gòu)距貫通面100環(huán)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，除了對(duì)導(dǎo)線測量成果進(jìn)行復(fù)測外，還應(yīng)采用陀螺定向的方法對(duì)定向邊坐標(biāo)方位角進(jìn)行檢核，保證平面控制測量成果的可靠性，為隧道高精度貫通提供保障。

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