地鐵小井口豎井后方交會(huì)和雙聯(lián)系三角形測量精度分析

劉瑞敏，高帥，馬全明

(北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101)

1 引 言

平面聯(lián)系測量是將地面坐標(biāo)和方位傳遞到地下隧道，作為地下導(dǎo)線的起算坐標(biāo)和起始方位角，用于指導(dǎo)和控制隧道的開挖并保證其正確貫通。隨著城市的快速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)步伐也日益加快，建設(shè)單位既要保證施工質(zhì)量又要嚴(yán)控工期。在地鐵建設(shè)過程中，尤其是長大區(qū)間的開挖，為了增加開挖面、提高開挖速度，保證貫通精度，小井口豎井的數(shù)量也在逐漸增加。目前小井口豎井常用的平面聯(lián)系測量方法主要是一井定向，通過布設(shè)單聯(lián)系三角形或雙聯(lián)系三角形完成。采用聯(lián)系三角形對圖形的布設(shè)要求比較嚴(yán)格，需要測量項(xiàng)比較多，從而測量時(shí)占用井口時(shí)間較長。采用后方交會(huì)法測量時(shí)對圖形條件要求不太嚴(yán)格，測量項(xiàng)也較少。綜合參考雙井聯(lián)系測量與懸鏡法相結(jié)合的后方交會(huì)法的應(yīng)用實(shí)踐和全站儀后方交會(huì)法在傾斜天溜井中進(jìn)行聯(lián)系測量的可行性研究，筆者嘗試在北京地鐵8號(hào)線二期工程中采用后方交會(huì)的方法來實(shí)現(xiàn)小井口豎井的平面聯(lián)系測量，并與聯(lián)系三角形的測量精度進(jìn)行了比較分析。

2 工程實(shí)踐

2.1 工程概況

北京地鐵8號(hào)線二期工程出入段線起于回龍觀東大街站北端折返線終點(diǎn)，由南向北行進(jìn)在黃平西側(cè)路下，至回南北路向西偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入平西府車輛基地。該出入段線由暗挖區(qū)間及明挖區(qū)間組成。暗挖區(qū)間長 714 m，馬蹄形斷面，交叉中隔墻法施工，為單洞雙線結(jié)構(gòu)。明挖段長 440 m，其中明挖暗埋部分長 200 m，為單層雙跨箱型結(jié)構(gòu)；U型槽段長 240 m，逐漸過渡至地面并與平西府車輛段相接。

2.2 平面聯(lián)系測量施測

本工程采用的主要測量設(shè)備：0.5″級(jí)精度全站儀徠卡TCA2003及配套覘牌、5 m盒尺、鋼絲及 5 kg重錘。由于計(jì)劃采用后方交會(huì)法施測，并同時(shí)采用聯(lián)系三角形法進(jìn)行檢核，因此筆者在布設(shè)鋼絲時(shí)，分別在豎井西側(cè)的南北方向各懸吊1根鋼絲、在豎井東側(cè)中部懸吊1根鋼絲，盡量同時(shí)滿足后方交會(huì)及雙聯(lián)系三角形的圖形條件。

圖1 平面聯(lián)系測量檢測示意圖

施測時(shí)以北京地鐵8號(hào)線二期精密導(dǎo)線點(diǎn)DT[8]4-1、DT[8]04、DT[8]05、DT[8]06為起算點(diǎn)布設(shè)附合導(dǎo)線，聯(lián)測至近井點(diǎn)JJD。在近井點(diǎn)JJD上用極坐標(biāo)法對三根鋼絲進(jìn)行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；在中導(dǎo)洞底板以B點(diǎn)后視，分別在C點(diǎn)和A點(diǎn)設(shè)站，用極坐標(biāo)法對三根鋼絲進(jìn)行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；之后在B點(diǎn)設(shè)站對A、B和C三點(diǎn)的邊角關(guān)系進(jìn)行檢測；在下導(dǎo)洞底板以K點(diǎn)后視，分別在C1點(diǎn)和M點(diǎn)設(shè)站，用極坐標(biāo)法對三根鋼絲進(jìn)行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；之后在K點(diǎn)設(shè)站對M、K和C1三點(diǎn)的邊角關(guān)系進(jìn)行檢測，如圖1所示。

測量外業(yè)按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中精密導(dǎo)線的技術(shù)要求進(jìn)行作業(yè)。測量水平角左右角各兩測回，邊長觀測兩測回。為了保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，筆者根據(jù)隧道的開挖進(jìn)度，先后兩次進(jìn)行了平面聯(lián)系測量檢測，并且每次都按后方交會(huì)和雙聯(lián)系三角形這兩種方法進(jìn)行測量數(shù)據(jù)精度比較。

3 測量成果精度比較

3.1 兩次雙聯(lián)系三角形測量成果比較

兩次測量的地面近井導(dǎo)線精度：最大點(diǎn)位中誤差為 ±2.4 mm，最大點(diǎn)間中誤差為±2.1 mm，導(dǎo)線全長相對閉合差最大為1/75559，滿足規(guī)范要求，如表1所示；兩次測量的地下控制點(diǎn)坐標(biāo)和起始方位角，控制點(diǎn)坐標(biāo)差值最大為 -2 mm，起始方位角差值最大為12″，均滿足規(guī)范要求，如表2、表3所示。

地面近井導(dǎo)線測量成果精度表 表1

兩次雙聯(lián)系三角形測量坐標(biāo)成果比較表 表2

兩次雙聯(lián)系三角形測量起始方位角比較表 表3

說明：1-1和1-2分別為第一次測量采用C點(diǎn)(或C1點(diǎn))設(shè)站組成雙聯(lián)系三角形；
2-1和2-2分別為第二次測量采用C點(diǎn)(或C1點(diǎn))設(shè)站組成雙聯(lián)系三角形。

3.2 兩次后方交會(huì)測量成果比較

兩次測量采用后方交會(huì)法解算后的坐標(biāo)及起始方位角，坐標(biāo)差值最大為 1 mm，起始方位角最大差值為11″，滿足規(guī)范要求，如表4、表5所示。

兩次后方交會(huì)測量坐標(biāo)成果比較表 表4

兩次后方交會(huì)測量起算方位角比較表 表5

3.3 雙聯(lián)系三角形和后方交會(huì)測量成果比較

采用雙聯(lián)系三角形和后方交會(huì)兩種方法測量成果比較情況如表6、表7所示。通過表6和表7可得出，采用雙聯(lián)系三角形和后方交會(huì)法測量，同一點(diǎn)的坐標(biāo)差值最大為 1 mm；地下同一起始邊的方位角差值最大為6″，滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中“各次地下近井定向邊方位角較差應(yīng)小于16″”的精度要求。另外，該出入段線區(qū)間豎井與回龍觀東大街站區(qū)段貫通誤差精度：橫向貫通中誤差為 ±13 mm，縱向貫通中誤差為 ±7 mm，高程貫通中誤差為 ±1 mm，均滿足規(guī)范及工程施工精度要求。

雙聯(lián)系三角形和后方交會(huì)測量坐標(biāo)成果比較表 表6

說明：雙聯(lián)系三角形的數(shù)據(jù)取的同一次測量時(shí)上下導(dǎo)洞的平均值。

雙聯(lián)系三角形和后方交會(huì)測量起始方位角比較表 表7

說明：雙聯(lián)系三角形的數(shù)據(jù)取的同一次測量時(shí)上下導(dǎo)洞的平均值。

3.4 需要說明的問題

由于小井口豎井的現(xiàn)場測量環(huán)境限制，很大程度上影響了近井點(diǎn)的選擇、鋼絲與近井點(diǎn)的距離、聯(lián)系三角形的布設(shè)等，為一井定向測量帶來了諸多不便。如果采用后方交會(huì)法測量，在布設(shè)鋼絲時(shí)一般可以選擇任意位置布設(shè)3-4根鋼絲(注意不要構(gòu)成危險(xiǎn)圓)。而且，采用后方交會(huì)進(jìn)行平面聯(lián)系測量，占用井口時(shí)間有所縮短，一定程度上節(jié)省了人力物力。

此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取僅是在布設(shè)雙聯(lián)系三角形的前提下布設(shè)的鋼絲，鋼絲位置難免受聯(lián)系三角形的圖形限制，再加上受限于施工進(jìn)展，沒能有機(jī)會(huì)獲取更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是不同鋼絲位置時(shí)的測量成果數(shù)據(jù)，因此，本文的試驗(yàn)結(jié)果可能具有一定的片面性和局限性。

另外，由于施工開挖進(jìn)度及場地測量條件限制，豎井內(nèi)待檢測控制點(diǎn)間的距離一般較短(此實(shí)例中起始邊大多約 20 m，最短的僅 17.8 m)，若縱坐標(biāo)差值 1 mm的話，方位角將影響近12″。因此，在測量檢測過程中，一定要嚴(yán)格控制測量點(diǎn)的對中誤差和反射片的測距誤差；并在隧道開挖至較長距離后及時(shí)進(jìn)行下一次聯(lián)系測量，加大對起始邊方位角的檢核頻次。

4 結(jié) 語

本文通過初步在北京地鐵8號(hào)線二期工程小井口豎井聯(lián)系測量中的應(yīng)用得出，采用后方交會(huì)法進(jìn)行平面聯(lián)系測量是完全可行的，其施測過程比聯(lián)系三角形測量相對簡單，測量精度也滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中相關(guān)精度要求，對今后的小井口豎井平面聯(lián)系測量具有一定的指導(dǎo)意義。