平面聯(lián)系測量優(yōu)勢分析及其在地鐵工程中的運用研究

李強LI Qiang

（合肥市測繪設計研究院，合肥 230001）

0 引言

在地鐵工程中，能否按照施工設計圖紙順利進行隧道的開挖是地鐵工程施工的主要問題。由于地鐵工程中地鐵暗挖的控制要求非常高，并且盾構區(qū)間隧道測量的要求非常嚴格，使用合適的測量方法十分重要。平面聯(lián)系測量是豎井聯(lián)系測量中的一種測量方法，在地鐵工程中能夠幫助施工人員快速有效的完成地鐵施工中的測量部分工作。

1 平面聯(lián)系測量簡述

平面聯(lián)系測量能夠幫助施工人員確定地面的平面坐標和方位角與井下位置的對照情況，并借此確定井下經(jīng)緯儀導線的起始點和起始邊，使井上和井下能夠使用相同的坐標系統(tǒng)。在平面聯(lián)系測量中，方位角的傳遞有非常重要的意義，方位角的誤差會導致導線各點點位的誤差變大，而坐標誤差的影響非常小，可以基本忽略。平面聯(lián)系測量的方法主要有四種，包括有三種幾何方法，分別是通過平硐或斜井的幾何定向、一井定向以及兩井定向，一種物理方法，即陀螺經(jīng)緯儀定向，其中一井定向、兩井定向和陀螺經(jīng)緯儀定向在實際的測量工作中使用更為廣泛[1]。一井定向是通過一個豎井進行幾何定向，定向工作可以分為兩部分，一是投點，也即在豎井的井筒中懸掛重錘線至定向水平，此處的投點誤差會引起方位角的較大誤差，因此這一部分需要采取措施并且注意減少誤差；二是連接，連接的方法有很多，比較常用的是連接三角形法以及瞄直法，其中瞄直法的精度相對較低，不適用于大型工程項目。兩井定向是當存在兩個立井，并且兩個立井之間有定向水平的相同巷道時采用的測量方法，兩井定向的定向工作包括三部分，與一井定向相同的工作有投點和連接，最后一部分的工作時內(nèi)業(yè)計算，內(nèi)業(yè)計算是一種假定坐標系統(tǒng)之后進行換算從而得出與地面坐標系統(tǒng)一致的方位角的計算方法，兩井定向相比一井定向測量精度更高，在有條件的情況下一般首先考慮兩井定向[2]。陀螺經(jīng)緯儀定向是一種定向精度更高的測量方法，陀螺經(jīng)緯儀是陀螺儀和經(jīng)緯儀結合成的定向儀器，使用時能夠精確地測量出測量位置一邊的天文方位角，在計算中加入子午線收斂角之后就可以算出坐標方位角。陀螺經(jīng)緯儀定向是相對而言更為經(jīng)濟使用并且精度更高的測量方法。

2 工程案例

2.1 工程概況

2019 年6 月6 日合肥市軌道交通1 號線三期工程工程測量項目部對合肥市軌道交通1 號線三期工程天水路站——物流大道站進行區(qū)間聯(lián)系測量工作，2021 年8 月16 日至2021 年8 月19 日對合肥市軌道交通1 號線三期工程天水路站出入場線進行了聯(lián)系測量工作。兩次測量工作均投入一個作業(yè)組，組內(nèi)共六人，儀器設備使用了TM50全站儀、溫度計、氣壓表，以及配套棱鏡和腳架。外業(yè)測量中導線測量按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中的精密導線要求施測，內(nèi)業(yè)處理中精密導線平差計算使用武漢測繪科技大學所研制的科傻系統(tǒng)（COSA），該系統(tǒng)可自動進行閉合差計算、概算、平差、精度評定以及原始數(shù)據(jù)表格和結果表格的輸出。

2.2 平面聯(lián)系測量

2.2.1 測量方法選擇

在地鐵工程施工過程中必須進行平面聯(lián)系測量，平面聯(lián)系測量能夠幫助施工人員同步地上和地下的坐標系統(tǒng)，并基于此按照設計圖紙進行施工。平面聯(lián)系測量有多種測量方法，常見的有一井定向、兩井定向、陀螺經(jīng)緯儀定向等。本次工程測量使用的TM50 全站儀，全站儀是一種測量儀器，全名為全站型電子測距儀，是一種集水平角、垂直角、斜距、平距以及高差測量功能于一體的高技術測量儀器。全站儀由于能在安置儀器之后能夠一次性的完成測站的全部測量工作，因而一直廣泛應用于地下隧道施工等精密工程測量領域[3]。

2.2.2 測量工作

導線測量時將測點按照相鄰的順序連接成一條折線，并通過測定折線邊的邊長和轉折角，根據(jù)起始數(shù)據(jù)測算各測點平面坐標的一種技術。導線測量需要布設導線，導線布設一般需要結合測量區(qū)域的實際情況，結合本次工程的工程概況，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測量工作中采取附合導線，在天水路站入場線聯(lián)系測量工作中使用閉合導線。具體的布設導線方法如下，無論是附合導線的布設還是閉合導線的布設中，首先都需要確定導線的測量控制點，控制點的確定需要結合測區(qū)已有的地形圖和控制點的資料，之后根據(jù)設計書要求在地形圖上設計出大概的導線點位；導線施測之前需要對儀器設備以及其他輔助資料進行檢查，首先檢查設備是否能夠正常使用、電量是否充足，儀器加常數(shù)、乘常數(shù)等參數(shù)及其他指標是否正常，之后檢查棱鏡、基座、腳架等數(shù)量是否足夠、狀態(tài)是否有損壞，最后還需要檢查其他輔助物品是否齊全、正常，比如檢查記錄手簿、鉛筆、鋼卷尺等。導線測量的外業(yè)工作主要有踏勘選點并建立標志、測量導線邊長、測量轉折角和連接測量，此時就需要使用到全站儀[4]。

2.2.3 天水路站——物流大道站區(qū)間聯(lián)系測量結果

在對合肥市軌道交通1 號線三期工程天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測量工作中，使用附合導線進行導線測量，在測量過程中分別對精密導線1 以及精密導線2的前后視邊角進行測量，并記錄測量數(shù)據(jù)。附合導線是在能確定導線起算點之后進行測量的測量方法，在精密導線1 的測量中，選擇GPS4 和GPS5 作為導線起算點，此線路中包含待定點6 個，其中有4 個臨時點，分別是ZD5、ZD4、JD1 和Z8；在精密導線2 的測量中，同樣選擇GPS4 和GPS5 作為導線起算點，此線路中包含待定點6 個，其中有4 個臨時點，分別是ZD5、ZD4、JD2 和Z3。在現(xiàn)場測量的過程中首先將現(xiàn)場實際溫度、氣壓以及儀器加乘常數(shù)輸入儀器，之后再開始進行測量，在得出測量結果之后通過平差計算確定未知點平面坐標。未知點平面坐標如表1 所示。

表1 未知點平面坐標

2.2.4 天水路站出入場線聯(lián)系測量結果

在合肥市軌道交通1 號線三期工程天水路站入場線聯(lián)系測量工作中，由于起算時無定向點，因此采取無定向導線進行測量前后視邊角數(shù)據(jù)。測量時選擇GPS6-1 和GPS7-1 作為導線起算點，線路中包含待定點20 個，其中臨時點2 個，分別是JJDB 和JJDN，懸掛鋼絲點3 個，分別是GSB1、GSB2 和GSN1。在現(xiàn)場測量工作時先將現(xiàn)場溫度、氣壓以及儀器加乘常數(shù)輸入儀器，之后再開始進行測量，未知點平面坐標如表2 所示。

表2 未知點平面坐標

2.3 內(nèi)業(yè)處理

在合肥市軌道交通1 號線三期工程的測量工作中，業(yè)內(nèi)處理均使用科傻系統(tǒng)（COSA）進行計算處理，在平差的計算中平差參考系為1954 北京坐標系，平差類型為約束平差，且方位角閉合差為1.6″。業(yè)內(nèi)處理的結果包括天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測量工作中附合導線業(yè)內(nèi)處理結果（表3），以及天水路站入場線聯(lián)系測量工作中閉合導線的業(yè)內(nèi)處理結果（表4）。

表3 附合導線業(yè)內(nèi)處理結果（天水路站——物流大道站區(qū)間聯(lián)系測量）

表4 閉合導線業(yè)內(nèi)處理結果（天水路站入場線聯(lián)系測量）

根據(jù)附合導線業(yè)內(nèi)處理結果可以得出，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測量中，加密導線點的最大坐標互差為9mm（WL4），符合最大坐標互差≤±12mm 的要求，地下定向邊最大方向互差為9.6″（WL1-WL4）[5]。

根據(jù)閉合導線業(yè)內(nèi)處理結果可以得出，在天水路站入場線聯(lián)系測量中，加密導線點的最大坐標互差為4.8mm（TSY3），符合最大坐標互差≤±12mm 的要求，地下定向邊最大方向互差為2.1″（TSY3-CRCXY1），符合定向邊最大方面互差≤±16″的要求。

2.4 精度分析

測量精度是評價測量誤差大小的量，測量精度的測量標準包括精確度、準確度和精度。當測量誤差大時，則測量精度低；當測量誤差小時，則測量精度高。由于地鐵工程施工的嚴格標準要求，在實際的測量中必須保證測量精度足夠高[6]。根據(jù)平面聯(lián)系測量結果能夠得出，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測量中，精密導線1 的導線全長相對閉合差為1/173307，精密導線2 的導線全長相對閉合差為1/138312，均符合導線全長相對閉合差允許1/35000 的要求；精密導線1 的方位角閉合差為5.0″，精密導線2 的方位角閉合差為3.0″，符合方位角閉合差±16.5″的要求；精密導線1 的最弱邊邊長相對中差值為1/75000，精密導線2 的最弱邊邊長相對中差值為1/73000，符合最弱邊邊長相對中差值允許1/60000 的要求。根據(jù)平面聯(lián)系測量結果能夠得出，在天水路站入場線聯(lián)系測量中，地上導線的部分全長相對閉合差為1/229818，符合導線全長相對閉合差允許1/35000 的要求；導線的方位角閉合差為1.6″，符合方位角閉合差±18.0″的要求；導線的最弱邊邊長相對中差值為1/15000，符合最弱邊邊長相對中差值允許1/60000 的要求[7]。

2.5 重要注意事項

地鐵工程平面聯(lián)系測量的工作中，由于導線測量的外業(yè)工作通常是在室外或井下進行，因此要注意工作人員的人身安全問題，在聯(lián)系測量工作開始之前的三小時內(nèi)，不應使用炸藥類進行隧道爆破，注意保證隧道內(nèi)溫度和氣流等穩(wěn)定和暢通。除此之外，還需要注意實際測量的精度，在進行導線測量時，應當正確使用相關的儀器和設備，保證所獲取到的數(shù)據(jù)是準確有效的，盡量降低環(huán)境和場地等其他因素對測量結果的影響。同時，要注意隧道內(nèi)的高壓電源產(chǎn)生的電磁場對測量結果的影響，在測量工作開始之前應當關閉高壓電源[8]。

3 結論

在地鐵工程施工過程中，平面聯(lián)系測量工作是必不可缺的一項施工任務。由于地鐵工程本身耗資極大，在修建地鐵的過程中，必須嚴格控制施工情況，保證施工的正常順利進行，避免因測量等問題導致的工程量增加等情況。平面聯(lián)系測量隨著科學技術的發(fā)展和進步，測量的精度也逐漸提高，在地鐵工程合理有效的應用平面聯(lián)系測量，能夠幫助地鐵工程的建設和施工更有效的開展。