導線傳遞法在地鐵平面聯系測量中的應用

周曉衛,匡志威,劉鵬程,胡明

(長沙市規劃勘測設計研究院,湖南長沙 410007)

導線傳遞法在地鐵平面聯系測量中的應用

周曉衛?,匡志威,劉鵬程,胡明

(長沙市規劃勘測設計研究院,湖南長沙 410007)

地鐵平面聯系測量是地鐵測量工作中很重要的一項內容，其精度直接影響到地鐵工程施工質量好壞。本文介紹了導線傳遞法的內容及其在地鐵平面聯系測量中的具體實施要求。通過工程實例分析，驗證了該方法能較好地達到測量規范要求的精度，滿足地鐵隧道施工的需要，對于相關的地鐵工程施工測量有較好的參考作用。

聯系測量；直接傳遞法；導線測量

1 引 言

地鐵聯系測量是將地面測量坐標傳遞到地下,使地上、地下采用同一坐標系統,其精度直接影響到地鐵貫通施工及鋪軌施工質量的好壞,它包括平面聯系測量和高程聯系測量[1]。平面聯系測量主要有聯系三角形法、聯系四邊形法、陀螺定向法、投點定向法和導線直接傳遞法等[2～5]。聯系三角形法是通過豎井懸掛兩根鋼絲,由井上導線點測定與鋼絲間的距離和角度,從而算得鋼絲的坐標及它們之間的方位角；當地上、地下條件限制,聯系三角形圖形條件不佳,地下定向邊測量精度無法保證時,可以采用聯系四邊形法進行定向測量；陀螺定向法是利用陀螺經緯儀在地面已知邊上測定儀器常數,然后測定地下定向邊的陀螺方位角和計算其坐標方位角并進行精度評定；投點定向法是通過地面鉆孔或施工投料孔,用垂球或投點儀進行投點,將地面坐標和方位角傳遞到井下[6]。聯系三角形法、聯系四邊形法、陀螺定向法和投點定向法等操作過程都比較復雜,需要特殊的測量設備及專業熟練的操作經驗才能夠達到規范要求的測量精度,適合于地鐵施工場地狹窄的環境。導線直接傳遞法則是利用全站儀以導線測量的方式,直接將地上與地下控制點聯測,操作方式簡單,適用于施工場地比較開闊,地上地下通視良好的情況。導線直接傳遞法對全站儀的要求比較高,而隨著高精度測量全站儀(如徠卡TS30:標稱測角精度0.5″,測距精度1 mm+1 ppm)的出現,導線直接傳遞法可以很容易達到規范要求的測量精度。

本文主要針對地鐵平面聯系測量,結合工程實例,介紹了導線直接傳遞法的實施要求及其測量精度,供地鐵測量工作參考應用。

2 導線直接傳遞法[3]

導線直接傳遞法就是利用全站儀,通過直接測量導線的方式,按照相應的測量規范,將地面與地下的控制點聯測,組成閉合或附合導線。如圖1示。為減小導線向下傳遞測量時的豎角,增加導線向下傳遞測量時的距離,采用分層傳遞的方式布設一定數量的過渡點。即利用車站各層底板上的預留方孔,合理設置過渡點的位置及數量,使各邊距離大致相等,以減小i角誤差,同時導線點的數目不能超過規范要求。此外過渡點應選在穩定的結構體上,同時要遠離施工通道,以免點位受施工影響。

圖1 導線直接傳遞法示意圖

3 導線直接傳遞法實施及要求

導線直接傳遞測量按照精密導線測量的要求進行,地面及地下的聯系邊不能太短(長度要大于兩點間高差的3倍),仰(俯)角不能大于30°,井上井下短邊連接角要增加測回數,在測站搬遷時應用三聯腳架,只移動儀器(棱鏡),不動基座,保證對中的一致性。

精密導線測量具體要求如下:

(1)角度測量測4個測回,半測回歸零差不大于6″,一測回2C互差不大于9″,同一方向值各測回較差不大于6″。

(2)距離測量要求每條邊往返觀測各2個測回,每測回間重新照準目標,每測回3次讀數,每次讀數的較差小于3 mm,測回間平均值的較差小于3 mm,往返平均值的較差小4 mm。

(3)氣象數據每條邊在一端測定一次,溫度最小讀數要到0.2℃,氣壓50 Pa或5 mmHg；取2次測量的平均值,輸入全站儀進行自動改正。

針對地下平面聯系測量的特殊性,除了滿足精密導線測量要求外,還應滿足以下要求:

(1)宜采用具有雙軸補償的全站儀,無雙軸補償時應進行豎角傾斜改正；

(2)測回間應檢查儀器和覘牌氣泡的偏離情況,必要時重新整平；

(3)導線邊長必須對向觀測,觀測數據應滿足規范規定；

(4)測量獨立觀測兩次,地下定向邊方位角互差應小于12″,平均值中誤差為±8″。

4 實例分析

針對長沙市軌道交通2號線站場平面聯系測量實例,采用1臺徠卡TS30自動化全站儀,用導線直接傳遞法進行外業觀測。共進行站場聯系測量12處,測得地下定向邊29條。利用測得的地下定向邊作為起算數據,對車站之間的隧道區間進行地下平面控制測量,共布設地下四等精密導線259點。測量數據處理方法及結果如下:

4.1 數據處理及平差計算

地面近井導線測量與定向測量構成附合導線,其原始觀測數據經方向觀測值改正、距離觀測值等多項改正后,求得各未知點坐標。

(1)方向觀測值改正[2]

方向觀測值的方向改化采用以下公式計算:

式中:δ1,2測站點1向照準點2觀測方向的方向改化值(s)；

δ2,1測站點2向照準點1觀測方向的方向改化值(s)；

Rm參考橢球面在1、2兩點中點的平均曲率半徑(m)；

x1、x21、2兩點的X軸坐標值(m)；

ym1、2兩點的Y軸坐標平均值(m)；

(2)距離觀測值改正[2]

在測量過程中,全站儀已對邊長進行了氣差改正,內業時只需進行測距邊水平距離的高程歸化和投影改化。

①高程歸化,測距邊水平距離D歸算到城市平均高程面上的邊長D′0,公式如下:

式中:Hm測距邊高出大地水準面(黃海平均海水面)的平均高程(m)；

Hu測距邊所在地區城市高程面的高程(m)；

Rm測距邊方向參考橢球面法截弧的曲率半徑(m)。

②投影改化,由D′0再歸算到高斯平面的測距邊邊長Dz,公式如下:

式中:ym測距邊兩端點近似橫坐標的平均值(m)；

△y測距邊兩端點近似橫坐標的增量(m)；

Rm參考橢球面在測距邊中點的平均曲率半徑(m)。

(3)平差計算

采用南方平差易2005,進行嚴密平差。精密導線的角度閉合差不應大于下式計算值:

式中:mβ測角中誤差±2.5 s,n附合導線或導線環的角度個數。

測角中誤差按下式計算:

式中:fβi第i個附合導線或導線環的方位角閉合差；

ni第i個附合導線或導線環的角度個數；

N附合導線或導線環的個數；

測距相對中誤差不得大于1/60 000,全長相對閉合差不得大于1/35 000。

4.2 內符合精度分析

各車站平面聯系測量分別進行了兩次獨立測量。測量平差信息如表1所示,地下定向邊方位角互差如表2所示。由表1可知,各車站平面聯系測量中的閉合或附合導線角度閉合差均小于限差值,全長相對閉合差最大的為1/11 9214,均優于規范要求的1/3 5000。由表2可知,各地下定向邊方位角互差最大的為5.3″,中誤差為2.8″,優于規范要求(互差限差12″,中誤差限差8″)。這說明導線直接傳遞法用于平面聯系測量的內符合精度很高。

車站平面聯系測量附合導線閉合差信息 表1

地下定向邊方位角精度統計 表2

續表2

4.3 外符合精度分析

車站間隧道區間的地下平面控制網以車站平面聯系測量地下定向邊作為起算數據,在相鄰兩對定向邊間布設一條附合導線,按四等導線網的要求進行測量。平差信息如表3所示。由表3可知,各區間地下控制測量中的閉合或附合導線角度閉合差均小于限差值,全長相對閉合差最大的為1/38 303,優于規范要求的1/35 000。這說明導線直接傳遞法測定的地下定向邊的外符合精度較高,完全滿足工程施工的需要。

5 結 語

地鐵平面聯系測量作為地鐵施工過程中重要的測量內容,其測量精度直接關乎施工質量。導線直接傳遞法方法簡單明了,容易掌握,按照精密導線測量要求,就很容易滿足測量規范要求。通過在長沙軌道交通2號線車場平面聯系測量中的成功應用,為今后地鐵聯系測量工作提供了理論和實踐基礎。

地下平面控制網平差信息 表3

[1] 張項鐸，張正祿.隧道工程測量[M].北京：測繪大學出版社，1998.

[2] GB 50308-2008.城市軌道交通工程測量規范[S].

[3] 鄭國才，高俊強，王維.地鐵隧道聯系測量方法與精度探討[J].礦山測量，2007(3)：47～50.

[4] 裴書琦.地下工程測量中聯系測量的一種計算方法[J].鐵道勘察，2010(6)：4～6.

[5] 陳燚.聯系測量在地鐵工程測量中的應用[J].西部探礦工程，2011(3)：206～207.

[6] 張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

The Application of Transfer M ethod Based on Traverse Survey on Horizontal Connection Survey of M etro

Zhou Xiaowei,Kuang Zhiwei,Liu Pengcheng,Hu Ming
(Changsha Design and Research Institute of Planning and Surveying,Changsha 410007,China)

The horizontal connection survey ofmetro played an important role in the work ofmetro and its precision directly affected the quality ofmetro engineering construction.The paper introduced the contents of the transfermethod based on traverse survey and the detail requirements in the horizontal connection survey ofmetro.According to the practice indicated that themethod can reach to the precision of the specification defined and fulfilled the requirements of the constructions in themetro,and gave a good reference for the construction ofmetro engineering related.

connection survey；transfermethod；traverse survey

1672-8262(2013)06-159-04

P258

B

2013—03—03

周曉衛(1982—),男,工程師,主要從事市政工程測量,變形監測及移動平臺應用開發。