城市軌道交通工程平面聯(lián)系測(cè)量方法研究與分析

【摘要】城市軌道交通工程以地下工程為主，施工測(cè)量環(huán)節(jié)中如何進(jìn)行高精度的地上、地下坐標(biāo)及方位角傳遞成為施工及測(cè)量的技術(shù)關(guān)鍵，本文主要對(duì)城市軌道交通工程施工過(guò)程中所使用的平面聯(lián)系測(cè)量方式進(jìn)行了探究和分析，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程建設(shè)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通工程；平面聯(lián)系測(cè)量；應(yīng)用探究

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.062

Research and Analysis on Plane Contact Measurement Method of Urban Rail Transit Engineering

ZHANG Zhisheng

（Nanjing Surveying and Mapping Survey and Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China）

Abstract：Urban rail transit engineering is mainly underground engineering，and how to transmit high-precision coordinates and azimuth angles between the ground and underground in the construction survey is the key of construction and survey technology. This paper mainly explores and analyzes the plane contact survey method used in the construction of urban rail transit engineering，hoping to provide some reference for related engineering construction.

Key words：urban rail transit project；plane contact measurement；applied inquiry

城市軌道交通工程的施工過(guò)程中，隧道貫通是整個(gè)工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一，工程建設(shè)單位需要對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃和研究，相關(guān)測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)充分掌握現(xiàn)場(chǎng)工況，積極采用先進(jìn)技術(shù)和工藝，制定聯(lián)系測(cè)量方案并嚴(yán)格執(zhí)行，為盾構(gòu)導(dǎo)向控制網(wǎng)在精度方面提供基礎(chǔ)保障。

1城市軌道交通工程平面聯(lián)系測(cè)量方法

1.1一井定向法

通過(guò)一個(gè)豎井口，用鉛垂線投影法將地面控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角傳遞至井下隧道施工面，稱為“一井定向”。一井定向法常見(jiàn)為兩根鋼絲垂線投影、也可采用三根鋼絲的雙聯(lián)系三角形垂線投影。三根鋼絲投影檢核條件較多，投點(diǎn)精度更高，因此應(yīng)用更廣泛。一井定向法常常被應(yīng)用到各種城市軌道交通工程中，主要原因?yàn)椋阂痪ㄏ蚍▽?shí)施過(guò)程中只需要占用一個(gè)井筒即可完成作業(yè)；三根鋼絲組成的雙聯(lián)系三角形垂線投影很大程度上提高了投點(diǎn)精度，但是該方法也存在著一定的缺點(diǎn)：實(shí)施過(guò)程有著較大的工程作業(yè)量；聯(lián)系三角形布設(shè)條件苛刻；對(duì)測(cè)量技術(shù)人員的觀測(cè)水平要求極高；圖1為一井定向法的剖面示意圖，圖2為一井定向法的原理示意圖。

以兩根鋼絲為例：在一井定向法剖面示意圖中可以知道，井上控制點(diǎn)的位置在圖中A處，垂線投影鋼絲為Ο1、Ο2，井下控制點(diǎn)的位置在圖中的B處。

首先，測(cè)定鋼絲之間ω、α的角度和ΔAO1O2三角形三條邊之間的間距，即a、b、c都通過(guò)圖中A處的井上控制點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量（現(xiàn)在一般都是將反射片粘貼在鋼絲上進(jìn)行直接測(cè)量），同時(shí)還要對(duì)鋼絲的坐標(biāo)和它們之間的方位角進(jìn)行計(jì)算。之后，默認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角是已知的數(shù)值，然后通過(guò)圖中B處的井下控制點(diǎn)來(lái)對(duì)鋼絲間的角度ω′、α′，ΔBO1O三角形三條邊之間的距離[1]進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)井上、井下坐標(biāo)及方位角傳遞。

在對(duì)該方法進(jìn)行使用時(shí)，應(yīng)該注意的是：需要保證所布置的聯(lián)系三角形呈現(xiàn)出直伸的形狀，要盡量保證懸掛在豎井中的鋼絲之間a具有較長(zhǎng)的距離；聯(lián)系三角形中的銳角應(yīng)該保證其角度在1°以內(nèi)，并表現(xiàn)出直角三角形的形態(tài)；其中b a、b′a′應(yīng)該控制在1.5倍以下；在使用該方式進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所使用的鋼絲最適合的直徑宜為0.3 mm，并將重量為10 kg的重錘進(jìn)行懸掛，同時(shí)還要將重錘浸泡在阻尼液中；聯(lián)系三角形的邊長(zhǎng)可采用光電測(cè)距或者經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的鋼尺進(jìn)行量測(cè)，每進(jìn)行一次測(cè)量都要保證獨(dú)立測(cè)量3測(cè)回，每測(cè)回3次讀數(shù)，各測(cè)回互差應(yīng)小于1 mm，地上與地下丈量的鋼絲間距檢測(cè)較差也應(yīng)小于1 mm[2]。

1.2兩井定向法

在隧道施工時(shí)，為方便通風(fēng)及出土方便，往往在豎井附近增加一通風(fēng)井或者出土井。此時(shí)通常應(yīng)用“兩井定向”方法進(jìn)行平面聯(lián)系測(cè)量?？朔恕耙痪ㄏ颉睍r(shí)垂線投影線相距過(guò)近而影響方位角傳遞精度。兩井定向時(shí)，井上仍采用精密導(dǎo)線測(cè)量方法測(cè)定兩投影點(diǎn)的坐標(biāo)（趨近導(dǎo)線）。在井下，利用兩豎井間的貫通巷道，在兩垂線投影點(diǎn)之間布設(shè)無(wú)定向?qū)Ь€，以求得連接兩投影點(diǎn)間的方位角和計(jì)算井下導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)及方位角。在對(duì)該方法進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，由于鋼絲之間不能直接通視，而是通過(guò)精密導(dǎo)線連接起來(lái)的，因此，在連接測(cè)量時(shí)必須測(cè)出井上、井下導(dǎo)線各邊的邊長(zhǎng)及其連接水平角。在明確兩個(gè)豎井位置的情況下，對(duì)該方法進(jìn)行應(yīng)用，較“一井定向”而言，兩鋼絲間距離大大增加，使投點(diǎn)誤差明顯減小，從而使投點(diǎn)精度得到更好的提高。

1.3陀螺全站儀測(cè)量法

在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，常規(guī)導(dǎo)向方式是以始發(fā)邊（通過(guò)聯(lián)系測(cè)量傳遞至井下的盾構(gòu)掘進(jìn)控制邊）為起算，采用精密導(dǎo)線法進(jìn)行井下坐標(biāo)及方位角向掘進(jìn)面延伸的，為提高精度，延伸過(guò)程對(duì)測(cè)角精度有極高要求。因?qū)嶋H作業(yè)時(shí)井下檢核條件困難，且延伸過(guò)程存在方位角誤差累積，導(dǎo)致定向效果不理想，最終貫通誤差超限（限差：橫向貫通中誤差≤±50 mm）。

1.4導(dǎo)線直傳法

導(dǎo)線直傳法對(duì)坐標(biāo)和方位角進(jìn)行傳遞時(shí)主要依靠了精密導(dǎo)線測(cè)量的方式。一般為從地面經(jīng)車站中板，再?gòu)闹邪宓蕉軜?gòu)區(qū)間（底板）進(jìn)行坐標(biāo)和方位角傳遞測(cè)量，這種方式所具有的特點(diǎn)就是工作量不大，且作業(yè)操作簡(jiǎn)潔。其中導(dǎo)線直傳法的水平角觀測(cè)所具有的特點(diǎn)為：邊長(zhǎng)較短、較大的傾角和比較小的水平角數(shù)值，導(dǎo)線直傳法主要是沿著豎井的豎直方向布設(shè)導(dǎo)。

在進(jìn)行水平角觀測(cè)的過(guò)程中常常會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，其主要受到了三個(gè)方面的因素的影響：

1）儀器三軸誤差的影響

在上述公式內(nèi)，水準(zhǔn)器氣泡偏離中央的格數(shù)使用n來(lái)進(jìn)行表示；水準(zhǔn)器格值用ι來(lái)表示；觀測(cè)方向的垂直角用α來(lái)表示。

2）儀器對(duì)中誤差的影響

因?yàn)閷?dǎo)線具有比較短的邊，所以想要在設(shè)站時(shí)對(duì)腳架安置的方法進(jìn)行使用，那么水平觀測(cè)方向值會(huì)受到儀器對(duì)中誤差的影響。所以，在布置導(dǎo)線的過(guò)程中，要將具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩或者擁有內(nèi)外架式的金屬吊籃埋設(shè)到各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的位置，從而使儀器對(duì)中誤差所產(chǎn)生的影響得到有效削減或者消除。

3）目標(biāo)偏心誤差的影響

因?yàn)閺牡厣舷虻叵逻M(jìn)行傳遞的邊長(zhǎng)只有10～20 m，使得覘牌中心和基座旋轉(zhuǎn)中心之間出現(xiàn)了不同導(dǎo)致了誤差的出現(xiàn)，這種誤差會(huì)嚴(yán)重影響到方位角誤差傳遞。所以，在進(jìn)行測(cè)量之前，需要檢查和校驗(yàn)覘牌，保證其能夠滿足使用方面的需求。除此之外，在進(jìn)行整平對(duì)中時(shí)，還要配備有著精密水準(zhǔn)氣泡，即長(zhǎng)氣泡的基座架頭。與此同時(shí)，在進(jìn)行方位傳遞的過(guò)程中，要保證照準(zhǔn)目標(biāo)的長(zhǎng)邊和短邊之間相距的比值大概在10∶1[4]，為了能夠使儀器在調(diào)焦過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差得到有效降低，可以對(duì)同一方向正倒鏡觀測(cè)方式進(jìn)行使用。其主要測(cè)量的流程是：先盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)零方向，然后在另一個(gè)方向瞄準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行調(diào)焦，之后再盤(pán)右、盤(pán)左進(jìn)行觀測(cè)。

1.5鉆孔投點(diǎn)定向法

鉆孔投點(diǎn)法，是在隧道對(duì)應(yīng)地面上方進(jìn)行鉆孔或利用已有豎井孔洞，采用垂準(zhǔn)儀進(jìn)行激光投點(diǎn)，作業(yè)原理是：同一條鉛垂線上，井上、井下坐標(biāo)相同。

具體操作為：鉆取圓孔一個(gè)，圓孔大小以方便架設(shè)儀器、激光光束下投為宜。將經(jīng)鑒定（標(biāo)稱精度優(yōu)于1∶200000）光學(xué)垂準(zhǔn)儀置于方孔上方，置平后，按0°、90°、180°、270°相互垂直的四個(gè)方向在井下投得四點(diǎn)，相鄰光點(diǎn)中心連線可構(gòu)成四邊形，當(dāng)邊長(zhǎng)小于5 mm時(shí)，取四邊形對(duì)角線交點(diǎn)為井下投點(diǎn)結(jié)果[5]。

鉆孔投點(diǎn)法因其作業(yè)方法成熟，原理、工序簡(jiǎn)單、測(cè)量定向作業(yè)時(shí)間短、定向精度高，故而在軌道交通建設(shè)初期得到廣泛應(yīng)用，但隨著科技進(jìn)步、全站儀的標(biāo)稱精度的不斷提高，測(cè)量技術(shù)人員作業(yè)水平及責(zé)任心顯著提高，鉆孔投點(diǎn)法使用頻率逐漸降低。由于鉆孔投點(diǎn)法，需要進(jìn)行原地鉆孔，鉆工過(guò)程會(huì)對(duì)成型隧道管片造成不可逆破壞，嚴(yán)重影響隧道防水效果，使得隧道存在嚴(yán)重運(yùn)營(yíng)安全隱患。因此，從質(zhì)量安全方面來(lái)考慮，鉆孔投點(diǎn)法已逐漸被其他四種方法所取代。

2結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，測(cè)量技術(shù)人員在熟練掌握各種平面聯(lián)系測(cè)量方法優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，應(yīng)針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)工況，選擇最優(yōu)方法，并在作業(yè)過(guò)程中結(jié)合高精度儀器的使用，進(jìn)行高水準(zhǔn)實(shí)測(cè)，最終達(dá)到盡量減小傳遞誤差的目的，確保地上、地下坐標(biāo)及方位角傳遞精度，更好地服務(wù)隧道貫通工作，保證軌道交通施工質(zhì)量。

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[3]魏鵬琳，郭春生，彭琛.軌道交通工程測(cè)量中不同平面聯(lián)系測(cè)量方法的應(yīng)用比對(duì)[J].河南科技，2022，41（6）：77-79.

[4]費(fèi)先明.城市軌道交通長(zhǎng)隧道貫通誤差分析與測(cè)量方法應(yīng)用[J].城市勘測(cè)，2021（6）：139-142.

【作者簡(jiǎn)介】

張志生，男，1987年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)闇y(cè)繪勘察。

（編輯：謝飛燕）