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、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行誤差配賦, 從而進行聯(lián)系測量精度的設(shè)計。 經(jīng)推導, 地面 GPS 控制網(wǎng)點位測量中誤差為±20mm; 地面精密導線和近井導線測量中誤差為±15mm; 聯(lián)系測量中誤差為±20mm; 地下控制導線最遠點點位中誤差為±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 ￣ 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, 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系統(tǒng)進行聯(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 導線直接傳遞法 導線直接傳遞法是導線測量方法將坐標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 ￣ 八線熱電廠車站底板平面控制測量, 即采用導線直接傳遞法。其測量技術(shù)要求同精密導線, 但必須注意豎軸補償和測距儀原點與儀器豎軸同一性等問題。 導線直接傳遞坐標進行聯(lián)系測量如圖所示,常用的方法是對地下待定點(A、B)采用雙極坐標觀測。不同方向測定的 A、B 點的坐標互差一般小于 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,采用垂準儀或垂線直接將坐標傳遞到隧道內(nèi), 作為地下坐標起算數(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, 當隧道貫通距離較長時, 為控制隧道掘進的方向誤差, 對淺埋隧道可在地面鉆一孔, 將坐標直接傳入地下隧道內(nèi),加強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￣八線全線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵復 ￣ 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)濟的前提下, 高精度地為迅速開展的軌道交通建設(shè)保駕護航。參考文獻[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 ￣ 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, 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系統(tǒng)進行聯(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 導線直接傳遞法 導線直接傳遞法是導線測量方法將坐標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 ￣ 八線熱電廠車站底板平面控制測量, 即采用導線直接傳遞法。其測量技術(shù)要求同精密導線, 但必須注意豎軸補償和測距儀原點與儀器豎軸同一性等問題。 導線直接傳遞坐標進行聯(lián)系測量如圖所示,常用的方法是對地下待定點(A、B)采用雙極坐標觀測。不同方向測定的 A、B 點的坐標互差一般小于 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,采用垂準儀或垂線直接將坐標傳遞到隧道內(nèi), 作為地下坐標起算數(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, 當隧道貫通距離較長時, 為控制隧道掘進的方向誤差, 對淺埋隧道可在地面鉆一孔, 將坐標直接傳入地下隧道內(nèi),加強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￣八線全線貫通測量誤差統(tǒng)計 北京地鐵復 ￣ 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)濟的前提下, 高精度地為迅速開展的軌道交通建設(shè)保駕護航。參考文獻[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