地鐵區(qū)間逆向聯(lián)系測(cè)量方法

許鋒，楊定強(qiáng)，崔曉，馬俊成

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

地鐵建設(shè)通常分標(biāo)段、分工區(qū)獨(dú)立施工，由于人為及系統(tǒng)原因，標(biāo)段間存在測(cè)量銜接誤差。標(biāo)段完工后，為保證竣工測(cè)量和CPⅢ測(cè)量精度，需要進(jìn)行區(qū)間地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)和數(shù)據(jù)精密平差[1]。

眾多學(xué)者對(duì)地鐵區(qū)間控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)及CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量進(jìn)行了研究。王智等[2]通過對(duì)超長地鐵隧道區(qū)間貫通后兩站一區(qū)間控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)方法研究，分析了平差精度與約束點(diǎn)的關(guān)系；張志華等[3]探討了區(qū)間貫通前鋪軌的測(cè)量條件，提出了以CORS作為地鐵測(cè)量基準(zhǔn)的優(yōu)越性；馬建新等[4]通過不同類型結(jié)構(gòu)下CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)，對(duì)地鐵軌道施工測(cè)量精度的影響因素進(jìn)行分析。但對(duì)劃定五站四區(qū)間或四站三區(qū)間為一個(gè)測(cè)量單元情況下，無法正常聯(lián)測(cè)的情況鮮有研究。

本文提出一種基于逆向聯(lián)系測(cè)量的地鐵區(qū)間聯(lián)測(cè)方法，通過對(duì)觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理、誤差來源等內(nèi)容綜合分析，克服復(fù)雜環(huán)境對(duì)聯(lián)測(cè)工作的影響，預(yù)估區(qū)間控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)精度。

1 傳統(tǒng)聯(lián)測(cè)方法

1.1 兩站一區(qū)間

傳統(tǒng)聯(lián)測(cè)工作一般以兩站一區(qū)間為測(cè)量單元進(jìn)行平差計(jì)算。原則上以兩端車站的控制點(diǎn)作為聯(lián)測(cè)的起算數(shù)據(jù)，通過區(qū)間導(dǎo)線點(diǎn)組成附合導(dǎo)線，線路觀測(cè)模式為車站控制邊—區(qū)間導(dǎo)線點(diǎn)—車站控制邊。

1.2 五站四區(qū)間

為提高相鄰區(qū)間測(cè)量精度、減少銜接誤差、滿足后續(xù)軌道工程的平順性，區(qū)間一般以五站四區(qū)間或四站三區(qū)間為一個(gè)測(cè)量單元進(jìn)行隧道貫通后地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。原則上以兩端車站的控制點(diǎn)作為地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的起算數(shù)據(jù)，為提高聯(lián)測(cè)精度，可在中間車站位置選取適量穩(wěn)定的控制點(diǎn)進(jìn)行約束平差。

2 逆向聯(lián)系測(cè)量方法

實(shí)際工作中，由于機(jī)械設(shè)備故障、突發(fā)安全事故、環(huán)保工作等原因，會(huì)出現(xiàn)各種間歇性停工，常出現(xiàn)部分已貫通區(qū)間開始聯(lián)測(cè)工作，而其他區(qū)間仍在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)的情況；五站四區(qū)間的聯(lián)測(cè)單元無法按期進(jìn)行控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。為保證工期，實(shí)際工作中急需一種在劃定聯(lián)測(cè)單元情況下，對(duì)未貫通的區(qū)間進(jìn)行聯(lián)測(cè)，同時(shí)保證聯(lián)測(cè)成果精度、滿足后續(xù)控制網(wǎng)建立要求的新方法。

本文提出通過懸吊2根鋼絲進(jìn)行逆向聯(lián)系測(cè)量，將貫通區(qū)間地下起算點(diǎn)的坐標(biāo)和方位傳遞至地面起算點(diǎn)，作為未貫通區(qū)間地面起算數(shù)據(jù)的逆向聯(lián)系測(cè)量方法。

2.1 聯(lián)測(cè)方法

逆向聯(lián)系測(cè)量聯(lián)測(cè)方法用于單元內(nèi)貫通區(qū)間與未貫通區(qū)間之間的控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，見圖1。

圖1 逆向聯(lián)系測(cè)量原理

1）檢查起算點(diǎn)J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10穩(wěn)定性。

2）地鐵貫通區(qū)間分別以兩端車站的控制點(diǎn)作為地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的起算點(diǎn)并以附合導(dǎo)線的形式平差區(qū)間內(nèi)的控制點(diǎn)，貫通區(qū)間觀測(cè)模式為車站控制邊—區(qū)間導(dǎo)線點(diǎn)—車站控制邊；即左側(cè)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)按照J(rèn)1～J2-D1-D2-D3-J3～J4的線路進(jìn)行，右側(cè)控制點(diǎn)聯(lián) 測(cè) 按 照J(rèn)5～J6-D7-D8-D9-J7～J8-D10-D11-D12-J9～J10的線路進(jìn)行。

3）在未貫通區(qū)間與相鄰貫通區(qū)間之間分別懸吊2根鋼絲，采用逆向聯(lián)系測(cè)量的方式，分別將與2根鋼絲對(duì)應(yīng)的貫通區(qū)間的2個(gè)地下起算點(diǎn)坐標(biāo)和方位傳遞至已敷設(shè)好的2個(gè)地面起算點(diǎn)，作為未貫通區(qū)間地面起算數(shù)據(jù)；然后以附合導(dǎo)線的形式平差未貫通區(qū)間的地面控制點(diǎn)。以左側(cè)豎井為例，在豎井內(nèi)懸掛2根鋼絲GS1、GS2，分別在地下基線點(diǎn)J3、J4處設(shè)站，分別后視J4、J3，觀測(cè)鋼絲GS1、GS2；井上部分分別在地面起算點(diǎn)Q1、Q2設(shè)站，后視Q2、Q1進(jìn)行邊長與角度的觀測(cè)；觀測(cè)完畢后，托起油桶重錘，移動(dòng)鋼絲GS1、GS2的位置，待鋼絲位置固定后，放下重錘；靜止一段時(shí)間后，按照上述方法進(jìn)行第二、三組鋼絲的觀測(cè)。

4）地面部分按精密導(dǎo)線測(cè)量要求進(jìn)行測(cè)量，精度滿足規(guī)范技術(shù)要求后，證明所選擇的地下基線點(diǎn)精度穩(wěn)定可靠，可作為后續(xù)該未貫通區(qū)間的起算數(shù)據(jù)；地面控制點(diǎn)按照Q1～Q2-K1-K2-K3-Q3～Q4的線路方式進(jìn)行角度和距離觀測(cè)。

5）待中間部分隧道貫通后，將中間部分隧道聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)納入整網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，保證整體聯(lián)測(cè)精度；地下控制點(diǎn)整體聯(lián)測(cè)按照J(rèn)1～J2-D1-D2-D3-J3～J4-D4-D5-D6-J5～J6-D7-D8-D9-J7～J8-D10-D11-D12-J9～J10的線路方式進(jìn)行測(cè)量。

2.2 聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)處理

1)鋼絲部分。將外業(yè)采集的3組逆向聯(lián)系測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分別導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行無定向?qū)Ь€整體平差，分別得到地面基線邊Q1～Q2和Q3～Q4的3組觀測(cè)成果，滿足要求后，取3組成果均值作為最終觀測(cè)成果[5]。

2)地面部分。將地面基線邊Q1～Q2、Q3～Q4成果納入地面附和導(dǎo)線進(jìn)行平差。如聯(lián)測(cè)精度滿足測(cè)角中誤差＜±2.5″，角度閉合差應(yīng)＜±5n，全長相對(duì)閉合差＜1/35 000，測(cè)距相對(duì)中誤差應(yīng)＜1/80 000的要求，說明地下起算點(diǎn)穩(wěn)定可靠，能滿足后續(xù)未貫通區(qū)間地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)要求；若不滿足精度要求，則應(yīng)查找多方面的原因，重新進(jìn)行平差計(jì)算。

3 誤差來源分析

3.1 起算點(diǎn)坐標(biāo)

地鐵控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)起算點(diǎn)一般為地下車站穩(wěn)定的底板控制點(diǎn)。聯(lián)測(cè)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)網(wǎng)形確定具體采用的起算點(diǎn)；其次應(yīng)進(jìn)行控制點(diǎn)穩(wěn)定性檢查，對(duì)控制點(diǎn)外觀以及控制點(diǎn)之間角度與距離進(jìn)行檢核；最后根據(jù)前期控制點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)情況，取多組數(shù)據(jù)的加權(quán)平均成果作為最終成果。

3.2 鋼絲懸掛

懸掛過程中可能出現(xiàn)鋼絲打結(jié)、被障礙物阻擋、鉛錘托底靠壁等現(xiàn)象。為減少鋼絲懸掛誤差，懸掛后應(yīng)先檢查鉛錘在油桶是否能自由活動(dòng)，然后檢查鋼絲是否被障礙物遮擋，最后用全站儀目鏡豎絲檢查鋼絲是否鉛直。為提高鋼絲懸掛質(zhì)量，應(yīng)提前在受施工影響較小的安全穩(wěn)定區(qū)域安裝固定支架。鋼絲直徑0.3 mm，重錘10 kg且應(yīng)沉浸在阻尼液中。

3.3 聯(lián)系測(cè)量

采用兩井定向法進(jìn)行逆向聯(lián)系測(cè)量時(shí)，2個(gè)作業(yè)組井上、井下宜同時(shí)進(jìn)行角度和距離測(cè)量；同時(shí)在鋼絲角度觀測(cè)過程中應(yīng)采用長基線邊作為定向邊，減少定向誤差。在投點(diǎn)誤差一定的條件下，鋼絲間距越大，投向誤差越小，聯(lián)系測(cè)量的精度越高；因此測(cè)量過程中應(yīng)控制鋼絲的間距≮60 m。距離測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意棱鏡與反射片觀測(cè)模式的切換，確保距離測(cè)量正確。

3.4 導(dǎo)線觀測(cè)

導(dǎo)線測(cè)量過程中，不可避免的存在人為觀測(cè)錯(cuò)誤或誤差。為提高觀測(cè)精度，杜絕錯(cuò)誤出現(xiàn)和減少人為觀測(cè)誤差，建議采用測(cè)量機(jī)器人，自動(dòng)多次觀測(cè)取均值。區(qū)間控制點(diǎn)的距離在滿足通視的條件下應(yīng)盡量長，一般條件下，直線段點(diǎn)間距平均宜為120 m，如果條件允許可達(dá)200 m左右；曲線段點(diǎn)間距不應(yīng)＜60 m。地下控制點(diǎn)周圍應(yīng)無遮擋，減少旁向折光對(duì)測(cè)距的影響。

3.5 溫度氣壓

聯(lián)測(cè)需要從地下傳遞至地上，溫度、濕度及氣壓等外界因素不可避免影響整個(gè)測(cè)量過程；因此，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中，需及時(shí)測(cè)量溫度、濕度及氣壓等信息并及時(shí)進(jìn)行修正[6]。在地上和地下測(cè)量轉(zhuǎn)換過程中，應(yīng)將儀器靜置一段時(shí)間，以適應(yīng)環(huán)境溫度的變化。

4 結(jié)論

1）逆向聯(lián)系測(cè)量法克服了聯(lián)測(cè)單元中未貫通區(qū)間對(duì)地下控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的制約，預(yù)估了隧道未貫通前的聯(lián)測(cè)精度，保證了后續(xù)軌道工程控制網(wǎng)建立及限界測(cè)量起算數(shù)據(jù)的精度可靠性；同時(shí)也滿足了設(shè)備定位對(duì)起算數(shù)據(jù)精度的要求。

2）未貫通區(qū)間地面起算點(diǎn)經(jīng)過數(shù)次逆向聯(lián)系測(cè)量平差得到且數(shù)據(jù)來源于貫通區(qū)間地下起算點(diǎn)，通過鋼絲逆向聯(lián)系測(cè)量的方式，可以驗(yàn)證地下未貫通區(qū)間起算數(shù)據(jù)的精度及可靠性，以滿足后續(xù)未貫通區(qū)間地下控制點(diǎn)的聯(lián)測(cè)要求。

3）地面部分聯(lián)測(cè)精度滿足要求后，聯(lián)測(cè)單元中已貫通隧道部分即可進(jìn)行斷面測(cè)量、調(diào)整中線、測(cè)設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)及變形監(jiān)測(cè)等工作，繼而在未貫通區(qū)間存在的工況下，增加地鐵施工工作面、縮短施工周期、節(jié)約成本，為保證地鐵順利開通創(chuàng)造積極條件。

4）逆向聯(lián)系測(cè)量法測(cè)量精確度高、可操作性強(qiáng)、工期短，較好地克服了復(fù)雜環(huán)境對(duì)聯(lián)測(cè)工作的影響；基于現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)理論，技術(shù)成熟度高，為地鐵測(cè)量提供了一種反向思維，為今后遇到的各種測(cè)量問題提供一種新的解決思路。