聯(lián)系測(cè)量在地鐵工程中的應(yīng)用

董天鴻，張能，吳偉

（1.中建三局集團(tuán)有限公司，武漢430065；2.四川省川西南地質(zhì)勘察工程公司，成都610031）

1 引言

地鐵的修建不僅在一定程度上緩解了城市交通緊張問(wèn)題，同時(shí)在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)城市的現(xiàn)代化發(fā)展[1]。地鐵施工過(guò)程中保證隧道貫通是地鐵測(cè)量的一項(xiàng)主要任務(wù)；在地鐵測(cè)量中，主要任務(wù)是讓隧道中線安全正確的貫通，如何將地面控制網(wǎng)中的坐標(biāo)方向準(zhǔn)確無(wú)誤的傳遞到地下控制網(wǎng)是貫通測(cè)量中極為關(guān)鍵的一環(huán)。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[2]。

2 聯(lián)系測(cè)量簡(jiǎn)介

聯(lián)系測(cè)量的本質(zhì)是對(duì)所測(cè)點(diǎn)位地面坐標(biāo)的準(zhǔn)確定位，在地鐵建設(shè)中，既要將地面信息與地下信息相結(jié)合，還要將圖紙與實(shí)際相結(jié)合。這二者決定了工程是否能進(jìn)行，也決定了工程質(zhì)量的優(yōu)劣。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；高程聯(lián)系測(cè)量采用長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入法[3]。

2.1 平面聯(lián)系測(cè)量

2.1.1 一井定向

一井定向測(cè)量也稱聯(lián)系三角形定向測(cè)量。一井定向是在一個(gè)豎井中懸掛兩根鋼絲，在地面近井點(diǎn)與鋼絲組成三角形，并測(cè)定近井點(diǎn)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。同樣在井下近井點(diǎn)也與鋼絲構(gòu)成三角形，并測(cè)定井下近井點(diǎn)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(guò)計(jì)算便可獲得地下導(dǎo)線起算點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角。

圖1一井定向示意圖

圖2 一井定向平面圖

2.1.2 三絲法、雙測(cè)站聯(lián)系測(cè)量

三絲法聯(lián)系測(cè)量是一井定向方法改進(jìn)，該方法是在豎井中懸吊三根鋼絲，組成兩個(gè)聯(lián)系三角形[4]。這樣能提高精度，且具有復(fù)核作用，操作也容易，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

在豎井中采用吊三根鋼絲組成兩個(gè)聯(lián)系三角形來(lái)傳遞方向，此時(shí)，對(duì)于 A→B→C1→C2→A′→B′方向，可推算出井下定向邊的誤差mβ1，對(duì)于另一個(gè)聯(lián)系三角形，按 A→B→C1→C3→A′→B′方向推算定向邊的誤差mβ2，兩個(gè)聯(lián)系三角形定向結(jié)果取平均值[5]。根據(jù)誤差傳播定律得

圖3 三絲法平面圖

2.1.3 兩井定向

兩井定向也是定向測(cè)量的一種常用方法，它適用于豎井井口較小，但兩端均有井口的區(qū)域。兩井定向是在兩施工豎井中分別懸掛一根鋼絲。由于兩鋼絲間的距離大大增加，因而減少了投點(diǎn)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(diǎn)。兩井定向是利用地面上布設(shè)的近井點(diǎn)或地面控制點(diǎn)采用導(dǎo)線測(cè)量或其他測(cè)量方法測(cè)定兩鋼絲的平面坐標(biāo)值。地下使地下導(dǎo)線的兩端點(diǎn)分別與兩根鋼絲聯(lián)測(cè)，這樣就組成一個(gè)附合圖形。

圖4 兩井定向示意圖

計(jì)算過(guò)程：按一般方法，算出兩垂球線的坐標(biāo) yA、xA、yB、xB，根據(jù)算出的坐標(biāo)，計(jì)算AB的方位角及長(zhǎng)度：

假設(shè)A為坐標(biāo)原Al邊為x軸方向，即

應(yīng)不超過(guò)井上、下連接測(cè)量中誤差的兩倍。再按照地面坐標(biāo)系統(tǒng)計(jì)算井下導(dǎo)線各邊的方位角及各點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.2 高程聯(lián)系測(cè)量

高程傳遞測(cè)量包括地面趨近水準(zhǔn)及豎井高程傳遞測(cè)量，地面趨近水準(zhǔn)測(cè)量附合在地面相鄰城市二等水準(zhǔn)點(diǎn)上，并按二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)。高程聯(lián)系測(cè)量一般采用長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入法進(jìn)行，具體過(guò)程如下：第一，在平面聯(lián)系測(cè)量的基礎(chǔ)上，地面選擇井口水準(zhǔn)基點(diǎn)作為高程導(dǎo)入基點(diǎn)，井下選一導(dǎo)線點(diǎn)作為導(dǎo)入高程的承接基點(diǎn)。第二，在立井選擇合適位置下放長(zhǎng)鋼尺，下至井底后進(jìn)行自由懸掛檢查和鋼尺穩(wěn)定操作，確認(rèn)鋼尺自由懸掛及穩(wěn)定后，井上、下同時(shí)開始導(dǎo)入高程觀測(cè)。

3 聯(lián)系測(cè)量在工程中的應(yīng)用

3.1 平面聯(lián)系測(cè)量

在本次采用的是成都軌道交通某條線路車站數(shù)據(jù)，該車站兩端都有豎井，進(jìn)行兩井定向的條件比較符合，因此我們選用了兩井定向的方法，在地面選擇了兩個(gè)GPS點(diǎn)位作為起算點(diǎn)，在車站的兩個(gè)豎井上分別懸掛兩根鋼絲與GD01、GD02組成井上導(dǎo)線，在井下以右線的兩個(gè)點(diǎn)與鋼絲組成井下導(dǎo)線。具體工程示意圖如下：

圖5 平面聯(lián)系測(cè)量示意圖

表1 地面已知點(diǎn)數(shù)據(jù)

表2 觀測(cè)記錄表

表3 方向改正數(shù)與距離改正數(shù)

表4 平差結(jié)果

從上表數(shù)據(jù)可以看出，采用兩井定向方法的方向改正和距離改正數(shù)都比較小，聯(lián)系測(cè)量精度達(dá)到精密導(dǎo)線的要求，成果較為可靠。圖形布置上都做到了直伸形，且能實(shí)現(xiàn)基線邊保證較長(zhǎng)長(zhǎng)度，相較于一井定向具有明顯的布置簡(jiǎn)單，精度實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)。

3.2 高程聯(lián)系測(cè)量

高程聯(lián)系測(cè)量是通過(guò)懸掛鋼尺法進(jìn)行測(cè)量示意圖如下：

圖6 高程聯(lián)系測(cè)量示意圖

具體的測(cè)量結(jié)果如下：h=（m-n）+（b-a）

表5 水準(zhǔn)測(cè)量記錄表

從上表可以看出往返測(cè)進(jìn)行高程聯(lián)系測(cè)量時(shí)高差較差都小于0.3mm,同時(shí)往返間的高程差值也比較小，精度也滿足要求。

4 結(jié)論

為了保證地面上、下在同一基準(zhǔn)下進(jìn)行測(cè)量工作，從而指導(dǎo)地鐵的施工，就必須進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，熟練掌握一井定向、兩井定向和傳遞高程測(cè)量方法能解決地鐵工程聯(lián)系測(cè)量的基本需要。經(jīng)過(guò)多年的工程實(shí)踐，這些方法配合高精度的測(cè)量?jī)x器，能夠滿足地鐵建設(shè)過(guò)程中的測(cè)量精度需要。本文結(jié)合具體的工程實(shí)例分別對(duì)平面聯(lián)系測(cè)量和高程聯(lián)系測(cè)量的主要方法進(jìn)行了論述，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩井定向和懸吊鋼尺法進(jìn)行高程聯(lián)系測(cè)量，通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析，證明選擇該方法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為該地鐵線其他車站進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量提供指導(dǎo)意義。