談地鐵工程聯系測量方法及應用

張力文 査小君

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司寧波華東分院，浙江 寧波 315000)

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談地鐵工程聯系測量方法及應用

張力文 査小君

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司寧波華東分院，浙江 寧波 315000)

闡述了一井定向、兩井定向和傳遞高程測量等較為常用聯系測量方法的基本原理和技術要點，并結合寧波地鐵工程實例，介紹了各聯系測量方法在應用和實施過程中的注意事項，旨在提高地鐵建設過程中的測量精度。

一井定向，兩井定向，傳遞高程，聯系測量

1 概述

地鐵已成為現代城市文明的一個標志，正在改變著人們城市生活的節奏和方式。全國各地城市地鐵建設如雨后春筍般開展起來，作為工程建設先驅的測量工作越來越受到人們的重視。有別于其他工程建設，地鐵建設多為地下工程，常需要把地面上的測量基準導入井下。如何通過聯系測量將地面上的測量控制點高精度導入地下是地鐵測量工作者需要思考的問題。本文旨在介紹地鐵工程中使用較多的幾種聯系測量方法原理，并結合寧波地鐵工程實例，以期與其他測量工作者進行交流和學習。

2 地鐵工程聯系測量方法簡介及實例

聯系測量是將地面的平面坐標系統和高程系統通過施工豎井等傳遞到地下，使地上、地下坐標系統相一致的測量方法，廣泛應用于地鐵工程施工測量。

聯系測量包括地面近井導線測量和近井水準測量、通過豎井等的定向測量、傳遞高程測量以及地下近井導線測量、近井水準測量等[1]。定向測量的方法有一井定向法(聯系三角形法)、兩井定向法、導線直接傳遞測量法、投點傳遞測量和陀螺定向法等。本文主要介紹寧波地鐵廣泛應用的一井定向法、兩井定向法和傳遞高程測量。同時選取三個較為有特色的工點進行工程實例介紹，分別是一井定向測量在鼓外區間的應用、兩井定向測量在櫟鄞區間的應用以及傳遞高程測量在石碶站的應用。

2.1 一井定向測量

2.1.1 一井定向測量方法簡介

一井定向測量也稱聯系三角形定向測量。一井定向是在一個豎井中懸掛兩根鋼絲，在地面近井點與鋼絲組成三角形，并測定近井點與鋼絲的距離和角度，從而算得兩鋼絲的坐標以及它們之間的方位角。在井下，同樣井下近井點也與鋼絲構成三角形，并測定井下近井點與鋼絲的距離和角度。由于鋼絲處于自由懸掛狀態，可以認為鋼絲的坐標和方位角與地面一致，通過計算便可獲得地下導線起算點的坐標和方位角，這樣就把地上與地下導線聯系起來了[2]。一井定向示意圖見圖1。

在生產實踐中，測量工作者總結出了雙聯系三角形定向測量方法，該方法是在豎井中懸吊三根鋼絲，組成兩個聯系三角形。這樣能提高精度，且具有復核作用，操作也容易，在實際生產中得到廣泛應用。

聯系三角形定向測量的關鍵技術要求如下：

1)連接三角形最有利的形狀為銳角α，α′≤1°的直伸三角形；

2)計算解β(或β′)的誤差，隨α角的誤差增大而增大，隨比值AB/BC(或C′D/B′C′)的減小而減小。故在聯系測量時，應盡量使連接點A和D靠近最近的鋼絲線，并精確的測量角度α；

3)兩鋼絲間的距離越大，則計算角的誤差就越小；

4)在直伸三角形中，量邊誤差對定向精度的影響較小。

2.1.2 一井定向測量在鼓外區間的應用

鼓外盾構區間從外灘大橋站始發，向鼓樓站推進。受現場條件限制，只有一個用于出土和吊裝管片的井口可供聯系測量使用。因此我們在該區間的控制測量中選用一井定向聯系測量方法，測量示意圖見圖2。

地面上從三個GPS點起算，在井口附近設立近井點JJD觀測鋼絲，在井下布置近井點TD1，并與另一地下導線點TGR1組成井下基線邊。豎井中懸掛三根鋼絲，構成兩組聯系三角形，測量后通過解算，結果見表1。

從表1可以看出，本次兩組聯系測量中α，α′四個角度有三個角度都小于1°；近井點與近鋼絲的距離(AB，C′D)都相對較小；兩鋼絲間的距離(BC，B′C′)都相對較大，滿足了聯系三角形圖形布置的要求。通過三角形內角和驗證和井下、井下鋼絲解算距離比對，可以得出，受第一組中地上三角形α略大于1°的影響，第二組精度要優于第一組。

2.2 兩井定向測量

2.2.1 兩井定向測量方法簡介

表1 兩組聯系三角形解算成果表

兩井定向也是定向測量的一種常用方法，它適用于豎井井口較小，但兩端均有井口(或可鉆孔)的區域。

兩井定向是在兩施工豎井(或鉆孔)中分別懸掛一根鋼絲。與一井定向相比，首先由于兩鋼絲間的距離大大增加，因而減少了投點誤差引起的方向誤差，有利于提高地下導線的精度，這是兩井定向的主要優點。其次是外業測量簡單，占用豎井的時間較短。

兩井定向是利用地面上布設的近井點或地面控制點采用導線測量或其他測量方法測定兩鋼絲的平面坐標值。在地下隧道中，將已布設的地下導線與豎井中的鋼絲聯測，即可將地面坐標系中的坐標與方向傳遞到地下去，經計算求得地下導線各點的坐標與導線邊的方位角。兩井定向示意圖見圖3。

在地面上采用導線測量測定兩根鋼絲的坐標，在地下使地下導線的兩端點分別與兩根鋼絲聯測，這樣就組成一個附合圖形。在這個圖形中，兩根鋼絲處缺少兩個連接角，這樣的地下導線是無起始方向角的，故稱它為無定向導線。

與一井定向一樣，兩井定向也可在某一豎井中多懸掛一根鋼絲，形成兩組無定向導線，提高精度，增加復核。

兩井定向的關鍵技術要求如下：

1)兩井定向最有利的形狀為地面近井點與鋼絲呈直伸型，盡量在一條線；地下待定點不宜超過兩個，并在兩根鋼絲之間，呈直伸型，盡量在一條線上；組成的直伸線型盡量與隧道掘進方向平行；

2)地下待定點間距應盡量增大，但不宜跑出兩鋼絲之間；

3)兩鋼絲間的距離越大，定向精度越高。

2.2.2 兩井定向測量在櫟鄞區間的應用

櫟鄞盾構區間從櫟社站始發，向鄞州大道站推進。櫟社站兩端各有一個端頭井，進行兩井定向的條件較為理想。因此我們在該區間的控制測量中選用兩井定向聯系測量方法，測量示意圖見圖4。

地面上以兩個GPS點和一個精密導線點起算，在車站中間設立導線點LSP03觀測鋼絲，地上部分構成一個包含LSP03在內的閉合導線。在井下車站兩頭各布置一個導線點LSD1和LSD3，構成井下基線邊。豎井中懸掛三根鋼絲，形成兩組無定向導線，測量后通過平差計算，結果見表2，表3。

表2 兩井定向平差計算表(第一組) 工程名稱：櫟鄞區間聯系測量(第一組) 等級：國家四等導線

表3 兩井定向平差計算表(第二組) 工程名稱：櫟鄞區間聯系測量(第二組) 等級：國家四等導線

從表2，表3可以看出，本次兩組聯系測量無定向導線角度改正和邊長改正都很小，導線精度都達到了四等導線要求的1/35 000以上。聯系測量精度較高，成果較為可靠。圖形布置上都做到了直伸形，且能實現基線邊保證較長長度，相較于一井定向具有明顯的布置簡單，精度實現容易的特點。

2.3 傳遞高程測量

2.3.1 傳遞高程測量方法簡介

傳遞高程測量是將地面坐標系統中的高程傳遞到地下隧道、基坑中或高架上的高程點的測量方法。一般采用懸掛鋼尺法，詳見圖5。

懸掛鋼尺法測量時，首先應搭建掛尺架，在掛尺架上懸掛經檢定過的鋼尺至底部，鋼尺零刻線端朝下，并在下端掛一個重錘，重錘重量應與鋼尺鑒定時拉力相同；如圖5所示，在地上和地下(或高架)各安置一臺水準儀進行測量。

設地面水準儀在A點尺上讀數為A1，在鋼尺的讀數為B1；地下水準儀在鋼尺的讀數為A2，在B點尺上的讀數為B2。已知A點高程為HA，則B點高程HB可通過下面的公式求得。

HA+A1=HB+B2+(B1-A2),從而HB=HA+A1-B1+A2-B2。

懸掛鋼尺法的關鍵技術要求如下：

1)測定近井水準點高程的地面近井水準路線，應附合在地面水準控制點上，并按規范4.2節水準測量有關技術要求進行；

2)地上和地下安置的兩臺水準儀應同時讀數，高差應進行溫度、尺長改正，當井深超過50 m時應進行鋼尺自重張力改正；

3)傳遞高程時，每次應獨立觀測三測回，測回間應變動儀器高，三測回測得地上、地下水準點間的高差較差應小于3 mm。

2.3.2 傳遞高程測量在石碶站的應用

石碶站是鄞石區間和石輕區間盾構的接收車站，為順利地與相鄰區間進行貫通測量，需在石碶站進行聯系測量，將坐標和高程導入井下。這里我們選取傳遞高程測量部分進行介紹。

我們以石碶站附近的地面水準控制點BM[2]06,BM[2]07為起算依據，測設一條包含近井點JJD在內的附合水準路線。在車站左右線各布置兩個井下水準點構成閉合(環線)水準路線，通過懸掛鋼尺的方法將高程從JJD傳遞至井下水準點。傳遞高程時、井下同時安置一臺水準儀進行觀測，并進行溫度和尺長改正，測量后通過平差計算，結果見表4，表5。

表4 傳遞高程測量計算表(第一組)

表5 傳遞高程測量計算表(第二組)

從表4，表5可以看出，測回間高差較差遠小于3 mm，兩組高差平均值的較差也很小，精度滿足要求。同時該井深20多米，高差經過溫度和尺長改正后，不用進行鋼尺自重張力改正。特別提醒，用于懸掛的重錘需是鋼尺檢定時標注的特定質量的重錘，不能用其他重物代替。

3 結語

熟練掌握一井定向、兩井定向和傳遞高程測量方法能解決地鐵工程聯系測量的基本需要。經過多年的工程實踐，這些方法配合高精度的測量儀器，能夠滿足地鐵建設過程中的測量精度需要。我們測量工作者，在掌握這些方法的同時，還要根據工程實際，積極學習、探索和實踐測量新技術、新方法，以達到制定合理的聯系測量方案，優化測量生產的效果。

[1] GB 50308—2008，城市軌道交通工程測量規范[S].

[2] 秦長利.城市軌道交通工程測量[M].北京：中國建筑工業出版社,2008.

Discussion on subway engineering contacting measurement methods and its application

Zhang Liwen Zha Xiaojun

(NingboHuadongBranchInstitute,BeijingUrbanConstructionSurveyingDesignInstitute,Ningbo315000,China)

This article describes the basic principles and key techniques of single shaft orientation, two shaft orientation and transfer height measurement, etc.. The application of these methods and the details of the implementation of these methods are introduced with the examples of Ningbo metro engineering, with a view to improve the measurement accuracy in the subway construction process.

single shaft orientation， two shaft orientation， transfer height， contacting measurement

1009-6825(2017)06-0233-03

2016-12-19

張力文(1990- )，男； 査小君(1985- )，男，工程師

TU198

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