平面聯(lián)系測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)分析及其在地鐵工程中的運(yùn)用研究

李強(qiáng)LI Qiang

（合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，合肥 230001）

0 引言

在地鐵工程中，能否按照施工設(shè)計(jì)圖紙順利進(jìn)行隧道的開挖是地鐵工程施工的主要問(wèn)題。由于地鐵工程中地鐵暗挖的控制要求非常高，并且盾構(gòu)區(qū)間隧道測(cè)量的要求非常嚴(yán)格，使用合適的測(cè)量方法十分重要。平面聯(lián)系測(cè)量是豎井聯(lián)系測(cè)量中的一種測(cè)量方法，在地鐵工程中能夠幫助施工人員快速有效的完成地鐵施工中的測(cè)量部分工作。

1 平面聯(lián)系測(cè)量簡(jiǎn)述

平面聯(lián)系測(cè)量能夠幫助施工人員確定地面的平面坐標(biāo)和方位角與井下位置的對(duì)照情況，并借此確定井下經(jīng)緯儀導(dǎo)線的起始點(diǎn)和起始邊，使井上和井下能夠使用相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。在平面聯(lián)系測(cè)量中，方位角的傳遞有非常重要的意義，方位角的誤差會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線各點(diǎn)點(diǎn)位的誤差變大，而坐標(biāo)誤差的影響非常小，可以基本忽略。平面聯(lián)系測(cè)量的方法主要有四種，包括有三種幾何方法，分別是通過(guò)平硐或斜井的幾何定向、一井定向以及兩井定向，一種物理方法，即陀螺經(jīng)緯儀定向，其中一井定向、兩井定向和陀螺經(jīng)緯儀定向在實(shí)際的測(cè)量工作中使用更為廣泛[1]。一井定向是通過(guò)一個(gè)豎井進(jìn)行幾何定向，定向工作可以分為兩部分，一是投點(diǎn)，也即在豎井的井筒中懸掛重錘線至定向水平，此處的投點(diǎn)誤差會(huì)引起方位角的較大誤差，因此這一部分需要采取措施并且注意減少誤差；二是連接，連接的方法有很多，比較常用的是連接三角形法以及瞄直法，其中瞄直法的精度相對(duì)較低，不適用于大型工程項(xiàng)目。兩井定向是當(dāng)存在兩個(gè)立井，并且兩個(gè)立井之間有定向水平的相同巷道時(shí)采用的測(cè)量方法，兩井定向的定向工作包括三部分，與一井定向相同的工作有投點(diǎn)和連接，最后一部分的工作時(shí)內(nèi)業(yè)計(jì)算，內(nèi)業(yè)計(jì)算是一種假定坐標(biāo)系統(tǒng)之后進(jìn)行換算從而得出與地面坐標(biāo)系統(tǒng)一致的方位角的計(jì)算方法，兩井定向相比一井定向測(cè)量精度更高，在有條件的情況下一般首先考慮兩井定向[2]。陀螺經(jīng)緯儀定向是一種定向精度更高的測(cè)量方法，陀螺經(jīng)緯儀是陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合成的定向儀器，使用時(shí)能夠精確地測(cè)量出測(cè)量位置一邊的天文方位角，在計(jì)算中加入子午線收斂角之后就可以算出坐標(biāo)方位角。陀螺經(jīng)緯儀定向是相對(duì)而言更為經(jīng)濟(jì)使用并且精度更高的測(cè)量方法。

2 工程案例

2.1 工程概況

2019 年6 月6 日合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程工程測(cè)量項(xiàng)目部對(duì)合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程天水路站——物流大道站進(jìn)行區(qū)間聯(lián)系測(cè)量工作，2021 年8 月16 日至2021 年8 月19 日對(duì)合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程天水路站出入場(chǎng)線進(jìn)行了聯(lián)系測(cè)量工作。兩次測(cè)量工作均投入一個(gè)作業(yè)組，組內(nèi)共六人，儀器設(shè)備使用了TM50全站儀、溫度計(jì)、氣壓表，以及配套棱鏡和腳架。外業(yè)測(cè)量中導(dǎo)線測(cè)量按照《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》中的精密導(dǎo)線要求施測(cè)，內(nèi)業(yè)處理中精密導(dǎo)線平差計(jì)算使用武漢測(cè)繪科技大學(xué)所研制的科傻系統(tǒng)（COSA），該系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行閉合差計(jì)算、概算、平差、精度評(píng)定以及原始數(shù)據(jù)表格和結(jié)果表格的輸出。

2.2 平面聯(lián)系測(cè)量

2.2.1 測(cè)量方法選擇

在地鐵工程施工過(guò)程中必須進(jìn)行平面聯(lián)系測(cè)量，平面聯(lián)系測(cè)量能夠幫助施工人員同步地上和地下的坐標(biāo)系統(tǒng)，并基于此按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工。平面聯(lián)系測(cè)量有多種測(cè)量方法，常見的有一井定向、兩井定向、陀螺經(jīng)緯儀定向等。本次工程測(cè)量使用的TM50 全站儀，全站儀是一種測(cè)量?jī)x器，全名為全站型電子測(cè)距儀，是一種集水平角、垂直角、斜距、平距以及高差測(cè)量功能于一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器。全站儀由于能在安置儀器之后能夠一次性的完成測(cè)站的全部測(cè)量工作，因而一直廣泛應(yīng)用于地下隧道施工等精密工程測(cè)量領(lǐng)域[3]。

2.2.2 測(cè)量工作

導(dǎo)線測(cè)量時(shí)將測(cè)點(diǎn)按照相鄰的順序連接成一條折線，并通過(guò)測(cè)定折線邊的邊長(zhǎng)和轉(zhuǎn)折角，根據(jù)起始數(shù)據(jù)測(cè)算各測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)的一種技術(shù)。導(dǎo)線測(cè)量需要布設(shè)導(dǎo)線，導(dǎo)線布設(shè)一般需要結(jié)合測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況，結(jié)合本次工程的工程概況，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測(cè)量工作中采取附合導(dǎo)線，在天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量工作中使用閉合導(dǎo)線。具體的布設(shè)導(dǎo)線方法如下，無(wú)論是附合導(dǎo)線的布設(shè)還是閉合導(dǎo)線的布設(shè)中，首先都需要確定導(dǎo)線的測(cè)量控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的確定需要結(jié)合測(cè)區(qū)已有的地形圖和控制點(diǎn)的資料，之后根據(jù)設(shè)計(jì)書要求在地形圖上設(shè)計(jì)出大概的導(dǎo)線點(diǎn)位；導(dǎo)線施測(cè)之前需要對(duì)儀器設(shè)備以及其他輔助資料進(jìn)行檢查，首先檢查設(shè)備是否能夠正常使用、電量是否充足，儀器加常數(shù)、乘常數(shù)等參數(shù)及其他指標(biāo)是否正常，之后檢查棱鏡、基座、腳架等數(shù)量是否足夠、狀態(tài)是否有損壞，最后還需要檢查其他輔助物品是否齊全、正常，比如檢查記錄手簿、鉛筆、鋼卷尺等。導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作主要有踏勘選點(diǎn)并建立標(biāo)志、測(cè)量導(dǎo)線邊長(zhǎng)、測(cè)量轉(zhuǎn)折角和連接測(cè)量，此時(shí)就需要使用到全站儀[4]。

2.2.3 天水路站——物流大道站區(qū)間聯(lián)系測(cè)量結(jié)果

在對(duì)合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測(cè)量工作中，使用附合導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中分別對(duì)精密導(dǎo)線1 以及精密導(dǎo)線2的前后視邊角進(jìn)行測(cè)量，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。附合導(dǎo)線是在能確定導(dǎo)線起算點(diǎn)之后進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量方法，在精密導(dǎo)線1 的測(cè)量中，選擇GPS4 和GPS5 作為導(dǎo)線起算點(diǎn)，此線路中包含待定點(diǎn)6 個(gè)，其中有4 個(gè)臨時(shí)點(diǎn)，分別是ZD5、ZD4、JD1 和Z8；在精密導(dǎo)線2 的測(cè)量中，同樣選擇GPS4 和GPS5 作為導(dǎo)線起算點(diǎn)，此線路中包含待定點(diǎn)6 個(gè)，其中有4 個(gè)臨時(shí)點(diǎn)，分別是ZD5、ZD4、JD2 和Z3。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程中首先將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度、氣壓以及儀器加乘常數(shù)輸入儀器，之后再開始進(jìn)行測(cè)量，在得出測(cè)量結(jié)果之后通過(guò)平差計(jì)算確定未知點(diǎn)平面坐標(biāo)。未知點(diǎn)平面坐標(biāo)如表1 所示。

表1 未知點(diǎn)平面坐標(biāo)

2.2.4 天水路站出入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量結(jié)果

在合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量工作中，由于起算時(shí)無(wú)定向點(diǎn)，因此采取無(wú)定向?qū)Ь€進(jìn)行測(cè)量前后視邊角數(shù)據(jù)。測(cè)量時(shí)選擇GPS6-1 和GPS7-1 作為導(dǎo)線起算點(diǎn)，線路中包含待定點(diǎn)20 個(gè)，其中臨時(shí)點(diǎn)2 個(gè)，分別是JJDB 和JJDN，懸掛鋼絲點(diǎn)3 個(gè)，分別是GSB1、GSB2 和GSN1。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作時(shí)先將現(xiàn)場(chǎng)溫度、氣壓以及儀器加乘常數(shù)輸入儀器，之后再開始進(jìn)行測(cè)量，未知點(diǎn)平面坐標(biāo)如表2 所示。

表2 未知點(diǎn)平面坐標(biāo)

2.3 內(nèi)業(yè)處理

在合肥市軌道交通1 號(hào)線三期工程的測(cè)量工作中，業(yè)內(nèi)處理均使用科傻系統(tǒng)（COSA）進(jìn)行計(jì)算處理，在平差的計(jì)算中平差參考系為1954 北京坐標(biāo)系，平差類型為約束平差，且方位角閉合差為1.6″。業(yè)內(nèi)處理的結(jié)果包括天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測(cè)量工作中附合導(dǎo)線業(yè)內(nèi)處理結(jié)果（表3），以及天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量工作中閉合導(dǎo)線的業(yè)內(nèi)處理結(jié)果（表4）。

表3 附合導(dǎo)線業(yè)內(nèi)處理結(jié)果（天水路站——物流大道站區(qū)間聯(lián)系測(cè)量）

表4 閉合導(dǎo)線業(yè)內(nèi)處理結(jié)果（天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量）

根據(jù)附合導(dǎo)線業(yè)內(nèi)處理結(jié)果可以得出，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測(cè)量中，加密導(dǎo)線點(diǎn)的最大坐標(biāo)互差為9mm（WL4），符合最大坐標(biāo)互差≤±12mm 的要求，地下定向邊最大方向互差為9.6″（WL1-WL4）[5]。

根據(jù)閉合導(dǎo)線業(yè)內(nèi)處理結(jié)果可以得出，在天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量中，加密導(dǎo)線點(diǎn)的最大坐標(biāo)互差為4.8mm（TSY3），符合最大坐標(biāo)互差≤±12mm 的要求，地下定向邊最大方向互差為2.1″（TSY3-CRCXY1），符合定向邊最大方面互差≤±16″的要求。

2.4 精度分析

測(cè)量精度是評(píng)價(jià)測(cè)量誤差大小的量，測(cè)量精度的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)包括精確度、準(zhǔn)確度和精度。當(dāng)測(cè)量誤差大時(shí)，則測(cè)量精度低；當(dāng)測(cè)量誤差小時(shí)，則測(cè)量精度高。由于地鐵工程施工的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，在實(shí)際的測(cè)量中必須保證測(cè)量精度足夠高[6]。根據(jù)平面聯(lián)系測(cè)量結(jié)果能夠得出，在天水路站——物流大道站的區(qū)間聯(lián)系測(cè)量中，精密導(dǎo)線1 的導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為1/173307，精密導(dǎo)線2 的導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為1/138312，均符合導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差允許1/35000 的要求；精密導(dǎo)線1 的方位角閉合差為5.0″，精密導(dǎo)線2 的方位角閉合差為3.0″，符合方位角閉合差±16.5″的要求；精密導(dǎo)線1 的最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中差值為1/75000，精密導(dǎo)線2 的最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中差值為1/73000，符合最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中差值允許1/60000 的要求。根據(jù)平面聯(lián)系測(cè)量結(jié)果能夠得出，在天水路站入場(chǎng)線聯(lián)系測(cè)量中，地上導(dǎo)線的部分全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為1/229818，符合導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差允許1/35000 的要求；導(dǎo)線的方位角閉合差為1.6″，符合方位角閉合差±18.0″的要求；導(dǎo)線的最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中差值為1/15000，符合最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中差值允許1/60000 的要求[7]。

2.5 重要注意事項(xiàng)

地鐵工程平面聯(lián)系測(cè)量的工作中，由于導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作通常是在室外或井下進(jìn)行，因此要注意工作人員的人身安全問(wèn)題，在聯(lián)系測(cè)量工作開始之前的三小時(shí)內(nèi)，不應(yīng)使用炸藥類進(jìn)行隧道爆破，注意保證隧道內(nèi)溫度和氣流等穩(wěn)定和暢通。除此之外，還需要注意實(shí)際測(cè)量的精度，在進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)正確使用相關(guān)的儀器和設(shè)備，保證所獲取到的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確有效的，盡量降低環(huán)境和場(chǎng)地等其他因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。同時(shí)，要注意隧道內(nèi)的高壓電源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在測(cè)量工作開始之前應(yīng)當(dāng)關(guān)閉高壓電源[8]。

3 結(jié)論

在地鐵工程施工過(guò)程中，平面聯(lián)系測(cè)量工作是必不可缺的一項(xiàng)施工任務(wù)。由于地鐵工程本身耗資極大，在修建地鐵的過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制施工情況，保證施工的正常順利進(jìn)行，避免因測(cè)量等問(wèn)題導(dǎo)致的工程量增加等情況。平面聯(lián)系測(cè)量隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，測(cè)量的精度也逐漸提高，在地鐵工程合理有效的應(yīng)用平面聯(lián)系測(cè)量，能夠幫助地鐵工程的建設(shè)和施工更有效的開展。