軌道交通工程聯(lián)系測量方法的應(yīng)用[摘 要] 結(jié)合北京城市軌道交通建設(shè)中測量的實際經(jīng)驗, 通過對聯(lián)系測量應(yīng)用實例的介紹和隧道貫通測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計, 對影響隧道工程安全貫通的重要環(huán)節(jié)—聯(lián)系測量的方法和手段進(jìn)行了總結(jié), 供測量工作者參考。[關(guān)鍵字] 軌道交通工程;聯(lián)系測量;隧道貫通 城市軌道交通工程對隧道貫通有較嚴(yán)格的要求, 為確保隧道安全貫通, 城市軌道交通工程的測量工作, 從首級控制網(wǎng)的建立到地上地下聯(lián)系測量以及地下控制測量等各環(huán)節(jié)均作了誤差估算和精度分析。通過實踐我們不難發(fā)現(xiàn), 使地上地下坐標(biāo)統(tǒng)一起來的聯(lián)系測量, 是影響隧道貫通的主要誤差來源之一, 同時也是由地上到貫通面整個測量工作中最難控制的環(huán)節(jié)。因此, 對城市軌道交通工程測量中有瓶頸效應(yīng)的聯(lián)系測量的方法研究與經(jīng)驗總結(jié)非常重要, 尤其是對新開展軌道交通工程建設(shè)的地區(qū)或城市, 顯得更為必要。1 地下隧道工程聯(lián)系測量精度設(shè)計 聯(lián)系測量是一項綜合測量工作, 它是將地面坐標(biāo)、方位和高程傳遞到地下隧道, 作為地下控制測量起算數(shù)據(jù)的一組測量工作的統(tǒng)稱, 是實現(xiàn)地下隧道工程貫通控制的核心與關(guān)鍵。 聯(lián)系測量精度的確定, 首先依據(jù)《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》確定貫通測量誤差的允許值(88.3mm), 然后再根據(jù)測量誤差的主要來源進(jìn)行誤差配賦, 從而進(jìn)行聯(lián)系測量精度的設(shè)計。 經(jīng)推導(dǎo), 地面 GPS 控制網(wǎng)點位測量中誤差為±20mm; 地面精密導(dǎo)線和近井導(dǎo)線測量中誤差為±15mm; 聯(lián)系測量中誤差為±20mm; 地下控制導(dǎo)線最遠(yuǎn)點點位中誤差為±30mm。2 隧道工程聯(lián)系測量方法與實例 依據(jù)施工場地環(huán)境和測量條件, 聯(lián)系測量可選擇聯(lián)系三角形法、陀螺經(jīng)緯儀與鉛垂儀(鋼絲) 組合法、導(dǎo)線直接傳遞法、投點法。2.1 聯(lián)系三角形法 聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)方法, 在采礦業(yè)中廣泛應(yīng)用, 適合于井口小且深度大的豎井聯(lián)系測量。雖然其作業(yè)工作量較大, 但其精度穩(wěn)定, 因而國內(nèi)地鐵工程中許多單位在使用該法。 北京地鐵 5 號線雍和宮盾構(gòu)試驗段盾構(gòu)始發(fā)井采用聯(lián)系三角形法, 懸掛 0.5mm 鋼絲、施掛10kg 重錘并浸放在乏油阻尼液中。采用 LeicaTC2002 全站儀及配套覘板, 利用反射片測距(鋼尺量邊進(jìn)行校核)。每次獨立測量三測回, 每測回三次讀數(shù), 各測回較差小于 1mm; 地上與地下丈量的鋼絲間距較差小于 2mm; 角度用方向觀測法觀測六測回, 測回間角度較差小于 6″。
2.2 全站儀、陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀組合法 全站儀、鉛錘儀和陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向方法, 與傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法相比, 克服了施工場地狹窄限制圖形強(qiáng)度的提高、占用豎井時間過長等缺點, 其靈活快捷和多檢核等特點更能適應(yīng)軌道交通工程的環(huán)境條件, 因此在北京、廣州等地廣泛應(yīng)用。 北京地鐵復(fù) ￣ 八線區(qū)間隧道聯(lián)系測量, 采用Leica2002 全站儀 +NL1/20 萬鉛垂儀傳遞坐標(biāo), 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系測量。 施工平面控制測量布置見下圖。聯(lián)系測量以施工豎井為測量單元, A、B 點為鉛垂儀投測點,Y、Z 點分別為至隧道貫通方向的陀螺方位角測站點。 鉛垂儀(A、B)標(biāo)志點觀測, 水平角四測回, 測回間互差小于 6″; 距離測量三測回(棱鏡沿 120°位置互換), 每測回三次讀數(shù), 測回間較差小于1mm。 陀螺方位角測量, 當(dāng)隧道開挖較短時觀測Y—A、Y—B 邊的方位角; 至隧道貫通方向隧道開挖較長時, 一般在某一條邊上對向觀測或在相鄰邊上觀測, 并利用相關(guān)條件進(jìn)行檢核。每條邊獨立觀測三測回, 測回間較差小于 25″。 一次測量成果精度情況, 投測點的點位中誤差一般小于±8mm, 陀螺方位角中誤差一般小于±14″。2.3 導(dǎo)線直接傳遞法 導(dǎo)線直接傳遞法是導(dǎo)線測量方法將坐標(biāo)和方位直接傳遞到地下或隧道內(nèi)的聯(lián)系測量方法,較適合于井口大、深度淺等條件的明挖車站或明挖隧道, 也適合于出入隧道的斜井。此方法工作量小、精度高且簡單易行, 在具備條件時應(yīng)用較多。 北京地鐵復(fù) ￣ 八線熱電廠車站底板平面控制測量, 即采用導(dǎo)線直接傳遞法。其測量技術(shù)要求同精密導(dǎo)線, 但必須注意豎軸補(bǔ)償和測距儀原點與儀器豎軸同一性等問題。 導(dǎo)線直接傳遞坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)系測量如圖所示,常用的方法是對地下待定點(A、B)采用雙極坐標(biāo)觀測。不同方向測定的 A、B 點的坐標(biāo)互差一般小于 6mm。2.4 投點定向法 該方法利用車站兩端的下料口、出土井等,采用垂準(zhǔn)儀或垂線直接將坐標(biāo)傳遞到隧道內(nèi), 作為地下坐標(biāo)起算數(shù)據(jù), 如果需要所投測點作為起算方位, 則相鄰兩點須通視。另外, 當(dāng)隧道貫通距離較長時, 為控制隧道掘進(jìn)的方向誤差, 對淺埋隧道可在地面鉆一孔, 將坐標(biāo)直接傳入地下隧道內(nèi),加強(qiáng)平面位置與方向的控制。此方法精度最優(yōu)。3 貫通測量及精度統(tǒng)計3.1 北京地鐵復(fù)￣八線全線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵復(fù) ￣ 八線已于 1998 年 9 月 28 日建成通車, 聯(lián)系測量主要采用“全站儀、陀螺經(jīng)緯儀(20″)、鉛垂儀組合法”, 全線貫通情況如下: 橫向貫通中誤差平均值為±12.1 mm, 縱向貫通中誤差平均值±13.51mm。3.2 北京地鐵 5 號線地下段貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵 5 號線于 2007 年 9 月 20 日建成通車, 線路全長約 27.7km, 其中地下線 14.88km,占全線長度的 54%。聯(lián)系測量主要采用“全站儀、陀螺經(jīng)緯儀(20″)、鉛垂儀組合法”和“聯(lián)系三角形法”等。 地下段貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±15.9 mm, 縱向貫通中誤差平均值±12.7 mm。3.3 北京地鐵 10 號線, 各貫通段貫通測量誤差精度統(tǒng)計見下表: 北京地鐵十號線正線全長 24.6 公里, 起于萬柳站止于勁松站, 全部是地下線, 工期自 2003 年12 月 27 日至 2007 年 12 月 31 日。聯(lián)系測量方法主要為“:全站儀 + 鉛錘儀 + 陀螺經(jīng)緯儀 (20″)”和“全站儀 + 懸掛鋼絲 + 陀螺經(jīng)緯儀(5″)”等方法, 貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±16.3 mm, 縱向貫通中誤差平均值±9.1 mm。3.4 北京地鐵 4 號線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵 4 號線, 馬家樓至龍背村, 正線全長 28.39km。聯(lián)系測量方法主要為“全站儀 + 鉛錘儀 + 陀螺經(jīng)緯儀(5″)”“、投點定向法”等方法。全線貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±9.4 mm, 縱向貫通中誤差平均值±4.4mm。3.5 貫通測量誤差分析 針對表 3￣ 表 6 不同地鐵線路貫通測量誤差數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析, 計算貫通測量誤差的均值以及貫通誤差實際測量值與所設(shè)計的貫通測量誤差的允許值(88.3mm)的關(guān)系。規(guī)定: 橫向貫通誤差為t; 縱向貫通誤差為 s 則: 貫通中誤差均值 =Mi/n=±17.8mm 實際貫通中誤差值為貫通測量中誤差控制值的 40%。4 結(jié)論 通過上述的總結(jié)與統(tǒng)計不難看出, 城市軌道交通工程測量中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—聯(lián)系測量, 其方法愈來愈多樣、成熟與可靠, 隨著經(jīng)驗的積累, 地下隧道貫通誤差更加趨于安全和保險。 隨著測繪科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 尤其是 GPS定位技術(shù)、高精度陀螺經(jīng)緯儀的普及和自動跟蹤技術(shù)、全站儀空間交會解析技術(shù)等不斷的發(fā)展和廣泛地應(yīng)用, 城市軌道交通工程測量技術(shù)定將會進(jìn)入一個新時代。我們相信, 通過不斷的積累與嘗試, 工程測量各環(huán)節(jié)的新技術(shù)、新方法也將在安全經(jīng)濟(jì)的前提下, 高精度地為迅速開展的軌道交通建設(shè)保駕護(hù)航。參考文獻(xiàn)[1] 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范 GB50308- 1999[S][2] 陳家鼎,劉宛如,汪仁官編.概率統(tǒng)計[M].1982
2.2 全站儀、陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀組合法 全站儀、鉛錘儀和陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向方法, 與傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法相比, 克服了施工場地狹窄限制圖形強(qiáng)度的提高、占用豎井時間過長等缺點, 其靈活快捷和多檢核等特點更能適應(yīng)軌道交通工程的環(huán)境條件, 因此在北京、廣州等地廣泛應(yīng)用。 北京地鐵復(fù) ￣ 八線區(qū)間隧道聯(lián)系測量, 采用Leica2002 全站儀 +NL1/20 萬鉛垂儀傳遞坐標(biāo), 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系測量。 施工平面控制測量布置見下圖。聯(lián)系測量以施工豎井為測量單元, A、B 點為鉛垂儀投測點,Y、Z 點分別為至隧道貫通方向的陀螺方位角測站點。 鉛垂儀(A、B)標(biāo)志點觀測, 水平角四測回, 測回間互差小于 6″; 距離測量三測回(棱鏡沿 120°位置互換), 每測回三次讀數(shù), 測回間較差小于1mm。 陀螺方位角測量, 當(dāng)隧道開挖較短時觀測Y—A、Y—B 邊的方位角; 至隧道貫通方向隧道開挖較長時, 一般在某一條邊上對向觀測或在相鄰邊上觀測, 并利用相關(guān)條件進(jìn)行檢核。每條邊獨立觀測三測回, 測回間較差小于 25″。 一次測量成果精度情況, 投測點的點位中誤差一般小于±8mm, 陀螺方位角中誤差一般小于±14″。2.3 導(dǎo)線直接傳遞法 導(dǎo)線直接傳遞法是導(dǎo)線測量方法將坐標(biāo)和方位直接傳遞到地下或隧道內(nèi)的聯(lián)系測量方法,較適合于井口大、深度淺等條件的明挖車站或明挖隧道, 也適合于出入隧道的斜井。此方法工作量小、精度高且簡單易行, 在具備條件時應(yīng)用較多。 北京地鐵復(fù) ￣ 八線熱電廠車站底板平面控制測量, 即采用導(dǎo)線直接傳遞法。其測量技術(shù)要求同精密導(dǎo)線, 但必須注意豎軸補(bǔ)償和測距儀原點與儀器豎軸同一性等問題。 導(dǎo)線直接傳遞坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)系測量如圖所示,常用的方法是對地下待定點(A、B)采用雙極坐標(biāo)觀測。不同方向測定的 A、B 點的坐標(biāo)互差一般小于 6mm。2.4 投點定向法 該方法利用車站兩端的下料口、出土井等,采用垂準(zhǔn)儀或垂線直接將坐標(biāo)傳遞到隧道內(nèi), 作為地下坐標(biāo)起算數(shù)據(jù), 如果需要所投測點作為起算方位, 則相鄰兩點須通視。另外, 當(dāng)隧道貫通距離較長時, 為控制隧道掘進(jìn)的方向誤差, 對淺埋隧道可在地面鉆一孔, 將坐標(biāo)直接傳入地下隧道內(nèi),加強(qiáng)平面位置與方向的控制。此方法精度最優(yōu)。
3 貫通測量及精度統(tǒng)計3.1 北京地鐵復(fù)￣八線全線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵復(fù) ￣ 八線已于 1998 年 9 月 28 日建成通車, 聯(lián)系測量主要采用“全站儀、陀螺經(jīng)緯儀(20″)、鉛垂儀組合法”, 全線貫通情況如下: 橫向貫通中誤差平均值為±12.1 mm, 縱向貫通中誤差平均值±13.51mm。3.2 北京地鐵 5 號線地下段貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵 5 號線于 2007 年 9 月 20 日建成通車, 線路全長約 27.7km, 其中地下線 14.88km,占全線長度的 54%。聯(lián)系測量主要采用“全站儀、陀螺經(jīng)緯儀(20″)、鉛垂儀組合法”和“聯(lián)系三角形法”等。 地下段貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±15.9 mm, 縱向貫通中誤差平均值±12.7 mm。3.3 北京地鐵 10 號線, 各貫通段貫通測量誤差精度統(tǒng)計見下表: 北京地鐵十號線正線全長 24.6 公里, 起于萬柳站止于勁松站, 全部是地下線, 工期自 2003 年12 月 27 日至 2007 年 12 月 31 日。聯(lián)系測量方法主要為“:全站儀 + 鉛錘儀 + 陀螺經(jīng)緯儀 (20″)”和“全站儀 + 懸掛鋼絲 + 陀螺經(jīng)緯儀(5″)”等方法, 貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±16.3 mm, 縱向貫通中誤差平均值±9.1 mm。3.4 北京地鐵 4 號線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵 4 號線, 馬家樓至龍背村, 正線全長 28.39km。聯(lián)系測量方法主要為“全站儀 + 鉛錘儀 + 陀螺經(jīng)緯儀(5″)”“、投點定向法”等方法。全線貫通情況統(tǒng)計如下: 橫向貫通中誤差平均值為±9.4 mm, 縱向貫通中誤差平均值±4.4mm。3.5 貫通測量誤差分析 針對表 3￣ 表 6 不同地鐵線路貫通測量誤差數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析, 計算貫通測量誤差的均值以及貫通誤差實際測量值與所設(shè)計的貫通測量誤差的允許值(88.3mm)的關(guān)系。規(guī)定: 橫向貫通誤差為t; 縱向貫通誤差為 s 則: 貫通中誤差均值 =Mi/n=±17.8mm 實際貫通中誤差值為貫通測量中誤差控制值的 40%。4 結(jié)論 通過上述的總結(jié)與統(tǒng)計不難看出, 城市軌道交通工程測量中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—聯(lián)系測量, 其方法愈來愈多樣、成熟與可靠, 隨著經(jīng)驗的積累, 地下隧道貫通誤差更加趨于安全和保險。 隨著測繪科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 尤其是 GPS定位技術(shù)、高精度陀螺經(jīng)緯儀的普及和自動跟蹤技術(shù)、全站儀空間交會解析技術(shù)等不斷的發(fā)展和廣泛地應(yīng)用, 城市軌道交通工程測量技術(shù)定將會進(jìn)入一個新時代。我們相信, 通過不斷的積累與嘗試, 工程測量各環(huán)節(jié)的新技術(shù)、新方法也將在安全經(jīng)濟(jì)的前提下, 高精度地為迅速開展的軌道交通建設(shè)保駕護(hù)航。參考文獻(xiàn)[1] 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范 GB50308- 1999[S][2] 陳家鼎,劉宛如,汪仁官編.概率統(tǒng)計[M].1982
