轨道交通工程联系测量方法的应用[摘 要] 结合北京城市轨道交通建设中测量的实际经验, 通过对联系测量应用实例的介绍和隧道贯通测量数据的统计, 对影响隧道工程安全贯通的重要环节—联系测量的方法和手段进行了总结, 供测量工作者参考。[关键字] 轨道交通工程;联系测量;隧道贯通 城市轨道交通工程对隧道贯通有较严格的要求, 为确保隧道安全贯通, 城市轨道交通工程的测量工作, 从首级控制网的建立到地上地下联系测量以及地下控制测量等各环节均作了误差估算和精度分析。通过实践我们不难发现, 使地上地下坐标统一起来的联系测量, 是影响隧道贯通的主要误差来源之一, 同时也是由地上到贯通面整个测量工作中最难控制的环节。因此, 对城市轨道交通工程测量中有瓶颈效应的联系测量的方法研究与经验总结非常重要, 尤其是对新开展轨道交通工程建设的地区或城市, 显得更为必要。1 地下隧道工程联系测量精度设计 联系测量是一项综合测量工作, 它是将地面坐标、方位和高程传递到地下隧道, 作为地下控制测量起算数据的一组测量工作的统称, 是实现地下隧道工程贯通控制的核心与关键。 联系测量精度的确定, 首先依据《地下铁道工程施工及验收规范》确定贯通测量误差的允许值(88.3mm), 然后再根据测量误差的主要来源进行误差配赋, 从而进行联系测量精度的设计。 经推导, 地面 GPS 控制网点位测量中误差为±20mm; 地面精密导线和近井导线测量中误差为±15mm; 联系测量中误差为±20mm; 地下控制导线最远点点位中误差为±30mm。2 隧道工程联系测量方法与实例 依据施工场地环境和测量条件, 联系测量可选择联系三角形法、陀螺经纬仪与铅垂仪(钢丝) 组合法、导线直接传递法、投点法。2.1 联系三角形法 联系三角形法是一种传统方法, 在采矿业中广泛应用, 适合于井口小且深度大的竖井联系测量。虽然其作业工作量较大, 但其精度稳定, 因而国内地铁工程中许多单位在使用该法。 北京地铁 5 号线雍和宫盾构试验段盾构始发井采用联系三角形法, 悬挂 0.5mm 钢丝、施挂10kg 重锤并浸放在乏油阻尼液中。采用 LeicaTC2002 全站仪及配套觇板, 利用反射片测距(钢尺量边进行校核)。每次独立测量三测回, 每测回三次读数, 各测回较差小于 1mm; 地上与地下丈量的钢丝间距较差小于 2mm; 角度用方向观测法观测六测回, 测回间角度较差小于 6″。
2.2 全站仪、陀螺经纬仪、铅垂仪组合法 全站仪、铅锤仪和陀螺经纬仪联合定向方法, 与传统的联系三角形法相比, 克服了施工场地狭窄限制图形强度的提高、占用竖井时间过长等缺点, 其灵活快捷和多检核等特点更能适应轨道交通工程的环境条件, 因此在北京、广州等地广泛应用。 北京地铁复 ￣ 八线区间隧道联系测量, 采用Leica2002 全站仪 +NL1/20 万铅垂仪传递坐标, 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系统进行联系测量。 施工平面控制测量布置见下图。联系测量以施工竖井为测量单元, A、B 点为铅垂仪投测点,Y、Z 点分别为至隧道贯通方向的陀螺方位角测站点。 铅垂仪(A、B)标志点观测, 水平角四测回, 测回间互差小于 6″; 距离测量三测回(棱镜沿 120°位置互换), 每测回三次读数, 测回间较差小于1mm。 陀螺方位角测量, 当隧道开挖较短时观测Y—A、Y—B 边的方位角; 至隧道贯通方向隧道开挖较长时, 一般在某一条边上对向观测或在相邻边上观测, 并利用相关条件进行检核。每条边独立观测三测回, 测回间较差小于 25″。 一次测量成果精度情况, 投测点的点位中误差一般小于±8mm, 陀螺方位角中误差一般小于±14″。2.3 导线直接传递法 导线直接传递法是导线测量方法将坐标和方位直接传递到地下或隧道内的联系测量方法,较适合于井口大、深度浅等条件的明挖车站或明挖隧道, 也适合于出入隧道的斜井。此方法工作量小、精度高且简单易行, 在具备条件时应用较多。 北京地铁复 ￣ 八线热电厂车站底板平面控制测量, 即采用导线直接传递法。其测量技术要求同精密导线, 但必须注意竖轴补偿和测距仪原点与仪器竖轴同一性等问题。 导线直接传递坐标进行联系测量如图所示,常用的方法是对地下待定点(A、B)采用双极坐标观测。不同方向测定的 A、B 点的坐标互差一般小于 6mm。2.4 投点定向法 该方法利用车站两端的下料口、出土井等,采用垂准仪或垂线直接将坐标传递到隧道内, 作为地下坐标起算数据, 如果需要所投测点作为起算方位, 则相邻两点须通视。另外, 当隧道贯通距离较长时, 为控制隧道掘进的方向误差, 对浅埋隧道可在地面钻一孔, 将坐标直接传入地下隧道内,加强平面位置与方向的控制。此方法精度最优。3 贯通测量及精度统计3.1 北京地铁复￣八线全线贯通测量误差统计 北京地铁复 ￣ 八线已于 1998 年 9 月 28 日建成通车, 联系测量主要采用“全站仪、陀螺经纬仪(20″)、铅垂仪组合法”, 全线贯通情况如下: 横向贯通中误差平均值为±12.1 mm, 纵向贯通中误差平均值±13.51mm。3.2 北京地铁 5 号线地下段贯通测量误差统计 北京地铁 5 号线于 2007 年 9 月 20 日建成通车, 线路全长约 27.7km, 其中地下线 14.88km,占全线长度的 54%。联系测量主要采用“全站仪、陀螺经纬仪(20″)、铅垂仪组合法”和“联系三角形法”等。 地下段贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±15.9 mm, 纵向贯通中误差平均值±12.7 mm。3.3 北京地铁 10 号线, 各贯通段贯通测量误差精度统计见下表: 北京地铁十号线正线全长 24.6 公里, 起于万柳站止于劲松站, 全部是地下线, 工期自 2003 年12 月 27 日至 2007 年 12 月 31 日。联系测量方法主要为“:全站仪 + 铅锤仪 + 陀螺经纬仪 (20″)”和“全站仪 + 悬挂钢丝 + 陀螺经纬仪(5″)”等方法, 贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±16.3 mm, 纵向贯通中误差平均值±9.1 mm。3.4 北京地铁 4 号线贯通测量误差统计 北京地铁 4 号线, 马家楼至龙背村, 正线全长 28.39km。联系测量方法主要为“全站仪 + 铅锤仪 + 陀螺经纬仪(5″)”“、投点定向法”等方法。全线贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±9.4 mm, 纵向贯通中误差平均值±4.4mm。3.5 贯通测量误差分析 针对表 3￣ 表 6 不同地铁线路贯通测量误差数据作统计分析, 计算贯通测量误差的均值以及贯通误差实际测量值与所设计的贯通测量误差的允许值(88.3mm)的关系。规定: 横向贯通误差为t; 纵向贯通误差为 s 则: 贯通中误差均值 =Mi/n=±17.8mm 实际贯通中误差值为贯通测量中误差控制值的 40%。4 结论 通过上述的总结与统计不难看出, 城市轨道交通工程测量中的关键环节—联系测量, 其方法愈来愈多样、成熟与可靠, 随着经验的积累, 地下隧道贯通误差更加趋于安全和保险。 随着测绘科学技术的迅速发展, 尤其是 GPS定位技术、高精度陀螺经纬仪的普及和自动跟踪技术、全站仪空间交会解析技术等不断的发展和广泛地应用, 城市轨道交通工程测量技术定将会进入一个新时代。我们相信, 通过不断的积累与尝试, 工程测量各环节的新技术、新方法也将在安全经济的前提下, 高精度地为迅速开展的轨道交通建设保驾护航。参考文献[1] 地下铁道、轻轨交通工程测量规范 GB50308- 1999[S][2] 陈家鼎,刘宛如,汪仁官编.概率统计[M].1982
2.2 全站仪、陀螺经纬仪、铅垂仪组合法 全站仪、铅锤仪和陀螺经纬仪联合定向方法, 与传统的联系三角形法相比, 克服了施工场地狭窄限制图形强度的提高、占用竖井时间过长等缺点, 其灵活快捷和多检核等特点更能适应轨道交通工程的环境条件, 因此在北京、广州等地广泛应用。 北京地铁复 ￣ 八线区间隧道联系测量, 采用Leica2002 全站仪 +NL1/20 万铅垂仪传递坐标, 利用 GAK1(±20″)+DCCSF 定向系统进行联系测量。 施工平面控制测量布置见下图。联系测量以施工竖井为测量单元, A、B 点为铅垂仪投测点,Y、Z 点分别为至隧道贯通方向的陀螺方位角测站点。 铅垂仪(A、B)标志点观测, 水平角四测回, 测回间互差小于 6″; 距离测量三测回(棱镜沿 120°位置互换), 每测回三次读数, 测回间较差小于1mm。 陀螺方位角测量, 当隧道开挖较短时观测Y—A、Y—B 边的方位角; 至隧道贯通方向隧道开挖较长时, 一般在某一条边上对向观测或在相邻边上观测, 并利用相关条件进行检核。每条边独立观测三测回, 测回间较差小于 25″。 一次测量成果精度情况, 投测点的点位中误差一般小于±8mm, 陀螺方位角中误差一般小于±14″。2.3 导线直接传递法 导线直接传递法是导线测量方法将坐标和方位直接传递到地下或隧道内的联系测量方法,较适合于井口大、深度浅等条件的明挖车站或明挖隧道, 也适合于出入隧道的斜井。此方法工作量小、精度高且简单易行, 在具备条件时应用较多。 北京地铁复 ￣ 八线热电厂车站底板平面控制测量, 即采用导线直接传递法。其测量技术要求同精密导线, 但必须注意竖轴补偿和测距仪原点与仪器竖轴同一性等问题。 导线直接传递坐标进行联系测量如图所示,常用的方法是对地下待定点(A、B)采用双极坐标观测。不同方向测定的 A、B 点的坐标互差一般小于 6mm。2.4 投点定向法 该方法利用车站两端的下料口、出土井等,采用垂准仪或垂线直接将坐标传递到隧道内, 作为地下坐标起算数据, 如果需要所投测点作为起算方位, 则相邻两点须通视。另外, 当隧道贯通距离较长时, 为控制隧道掘进的方向误差, 对浅埋隧道可在地面钻一孔, 将坐标直接传入地下隧道内,加强平面位置与方向的控制。此方法精度最优。
3 贯通测量及精度统计3.1 北京地铁复￣八线全线贯通测量误差统计 北京地铁复 ￣ 八线已于 1998 年 9 月 28 日建成通车, 联系测量主要采用“全站仪、陀螺经纬仪(20″)、铅垂仪组合法”, 全线贯通情况如下: 横向贯通中误差平均值为±12.1 mm, 纵向贯通中误差平均值±13.51mm。3.2 北京地铁 5 号线地下段贯通测量误差统计 北京地铁 5 号线于 2007 年 9 月 20 日建成通车, 线路全长约 27.7km, 其中地下线 14.88km,占全线长度的 54%。联系测量主要采用“全站仪、陀螺经纬仪(20″)、铅垂仪组合法”和“联系三角形法”等。 地下段贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±15.9 mm, 纵向贯通中误差平均值±12.7 mm。3.3 北京地铁 10 号线, 各贯通段贯通测量误差精度统计见下表: 北京地铁十号线正线全长 24.6 公里, 起于万柳站止于劲松站, 全部是地下线, 工期自 2003 年12 月 27 日至 2007 年 12 月 31 日。联系测量方法主要为“:全站仪 + 铅锤仪 + 陀螺经纬仪 (20″)”和“全站仪 + 悬挂钢丝 + 陀螺经纬仪(5″)”等方法, 贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±16.3 mm, 纵向贯通中误差平均值±9.1 mm。3.4 北京地铁 4 号线贯通测量误差统计 北京地铁 4 号线, 马家楼至龙背村, 正线全长 28.39km。联系测量方法主要为“全站仪 + 铅锤仪 + 陀螺经纬仪(5″)”“、投点定向法”等方法。全线贯通情况统计如下: 横向贯通中误差平均值为±9.4 mm, 纵向贯通中误差平均值±4.4mm。3.5 贯通测量误差分析 针对表 3￣ 表 6 不同地铁线路贯通测量误差数据作统计分析, 计算贯通测量误差的均值以及贯通误差实际测量值与所设计的贯通测量误差的允许值(88.3mm)的关系。规定: 横向贯通误差为t; 纵向贯通误差为 s 则: 贯通中误差均值 =Mi/n=±17.8mm 实际贯通中误差值为贯通测量中误差控制值的 40%。4 结论 通过上述的总结与统计不难看出, 城市轨道交通工程测量中的关键环节—联系测量, 其方法愈来愈多样、成熟与可靠, 随着经验的积累, 地下隧道贯通误差更加趋于安全和保险。 随着测绘科学技术的迅速发展, 尤其是 GPS定位技术、高精度陀螺经纬仪的普及和自动跟踪技术、全站仪空间交会解析技术等不断的发展和广泛地应用, 城市轨道交通工程测量技术定将会进入一个新时代。我们相信, 通过不断的积累与尝试, 工程测量各环节的新技术、新方法也将在安全经济的前提下, 高精度地为迅速开展的轨道交通建设保驾护航。参考文献[1] 地下铁道、轻轨交通工程测量规范 GB50308- 1999[S][2] 陈家鼎,刘宛如,汪仁官编.概率统计[M].1982
