地铁小井口竖井后方交会和双联系三角形测量精度分析

刘瑞敏，高帅，马全明

(北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101)

1 引 言

平面联系测量是将地面坐标和方位传递到地下隧道，作为地下导线的起算坐标和起始方位角，用于指导和控制隧道的开挖并保证其正确贯通。随着城市的快速发展，城市轨道交通的建设步伐也日益加快，建设单位既要保证施工质量又要严控工期。在地铁建设过程中，尤其是长大区间的开挖，为了增加开挖面、提高开挖速度，保证贯通精度，小井口竖井的数量也在逐渐增加。目前小井口竖井常用的平面联系测量方法主要是一井定向，通过布设单联系三角形或双联系三角形完成。采用联系三角形对图形的布设要求比较严格，需要测量项比较多，从而测量时占用井口时间较长。采用后方交会法测量时对图形条件要求不太严格，测量项也较少。综合参考双井联系测量与悬镜法相结合的后方交会法的应用实践和全站仪后方交会法在倾斜天溜井中进行联系测量的可行性研究，笔者尝试在北京地铁8号线二期工程中采用后方交会的方法来实现小井口竖井的平面联系测量，并与联系三角形的测量精度进行了比较分析。

2 工程实践

2.1 工程概况

北京地铁8号线二期工程出入段线起于回龙观东大街站北端折返线终点，由南向北行进在黄平西侧路下，至回南北路向西偏转，进入平西府车辆基地。该出入段线由暗挖区间及明挖区间组成。暗挖区间长 714 m，马蹄形断面，交叉中隔墙法施工，为单洞双线结构。明挖段长 440 m，其中明挖暗埋部分长 200 m，为单层双跨箱型结构；U型槽段长 240 m，逐渐过渡至地面并与平西府车辆段相接。

2.2 平面联系测量施测

本工程采用的主要测量设备：0.5″级精度全站仪徕卡TCA2003及配套觇牌、5 m盒尺、钢丝及 5 kg重锤。由于计划采用后方交会法施测，并同时采用联系三角形法进行检核，因此笔者在布设钢丝时，分别在竖井西侧的南北方向各悬吊1根钢丝、在竖井东侧中部悬吊1根钢丝，尽量同时满足后方交会及双联系三角形的图形条件。

图1 平面联系测量检测示意图

施测时以北京地铁8号线二期精密导线点DT[8]4-1、DT[8]04、DT[8]05、DT[8]06为起算点布设附合导线，联测至近井点JJD。在近井点JJD上用极坐标法对三根钢丝进行测量，并测量钢丝GS1-GS2、GS1-GS3间的距离；在中导洞底板以B点后视，分别在C点和A点设站，用极坐标法对三根钢丝进行测量，并测量钢丝GS1-GS2、GS1-GS3间的距离；之后在B点设站对A、B和C三点的边角关系进行检测；在下导洞底板以K点后视，分别在C1点和M点设站，用极坐标法对三根钢丝进行测量，并测量钢丝GS1-GS2、GS1-GS3间的距离；之后在K点设站对M、K和C1三点的边角关系进行检测，如图1所示。

测量外业按《城市轨道交通工程测量规范》中精密导线的技术要求进行作业。测量水平角左右角各两测回，边长观测两测回。为了保证测量数据的准确性，笔者根据隧道的开挖进度，先后两次进行了平面联系测量检测，并且每次都按后方交会和双联系三角形这两种方法进行测量数据精度比较。

3 测量成果精度比较

3.1 两次双联系三角形测量成果比较

两次测量的地面近井导线精度：最大点位中误差为 ±2.4 mm，最大点间中误差为±2.1 mm，导线全长相对闭合差最大为1/75559，满足规范要求，如表1所示；两次测量的地下控制点坐标和起始方位角，控制点坐标差值最大为 -2 mm，起始方位角差值最大为12″，均满足规范要求，如表2、表3所示。

地面近井导线测量成果精度表 表1

两次双联系三角形测量坐标成果比较表 表2

两次双联系三角形测量起始方位角比较表 表3

说明：1-1和1-2分别为第一次测量采用C点(或C1点)设站组成双联系三角形；
2-1和2-2分别为第二次测量采用C点(或C1点)设站组成双联系三角形。

3.2 两次后方交会测量成果比较

两次测量采用后方交会法解算后的坐标及起始方位角，坐标差值最大为 1 mm，起始方位角最大差值为11″，满足规范要求，如表4、表5所示。

两次后方交会测量坐标成果比较表 表4

两次后方交会测量起算方位角比较表 表5

3.3 双联系三角形和后方交会测量成果比较

采用双联系三角形和后方交会两种方法测量成果比较情况如表6、表7所示。通过表6和表7可得出，采用双联系三角形和后方交会法测量，同一点的坐标差值最大为 1 mm；地下同一起始边的方位角差值最大为6″，满足《城市轨道交通工程测量规范》中“各次地下近井定向边方位角较差应小于16″”的精度要求。另外，该出入段线区间竖井与回龙观东大街站区段贯通误差精度：横向贯通中误差为 ±13 mm，纵向贯通中误差为 ±7 mm，高程贯通中误差为 ±1 mm，均满足规范及工程施工精度要求。

双联系三角形和后方交会测量坐标成果比较表 表6

说明：双联系三角形的数据取的同一次测量时上下导洞的平均值。

双联系三角形和后方交会测量起始方位角比较表 表7

说明：双联系三角形的数据取的同一次测量时上下导洞的平均值。

3.4 需要说明的问题

由于小井口竖井的现场测量环境限制，很大程度上影响了近井点的选择、钢丝与近井点的距离、联系三角形的布设等，为一井定向测量带来了诸多不便。如果采用后方交会法测量，在布设钢丝时一般可以选择任意位置布设3-4根钢丝(注意不要构成危险圆)。而且，采用后方交会进行平面联系测量，占用井口时间有所缩短，一定程度上节省了人力物力。

此次试验数据的获取仅是在布设双联系三角形的前提下布设的钢丝，钢丝位置难免受联系三角形的图形限制，再加上受限于施工进展，没能有机会获取更多的试验数据，尤其是不同钢丝位置时的测量成果数据，因此，本文的试验结果可能具有一定的片面性和局限性。

另外，由于施工开挖进度及场地测量条件限制，竖井内待检测控制点间的距离一般较短(此实例中起始边大多约 20 m，最短的仅 17.8 m)，若纵坐标差值 1 mm的话，方位角将影响近12″。因此，在测量检测过程中，一定要严格控制测量点的对中误差和反射片的测距误差；并在隧道开挖至较长距离后及时进行下一次联系测量，加大对起始边方位角的检核频次。

4 结 语

本文通过初步在北京地铁8号线二期工程小井口竖井联系测量中的应用得出，采用后方交会法进行平面联系测量是完全可行的，其施测过程比联系三角形测量相对简单，测量精度也满足《城市轨道交通工程测量规范》中相关精度要求，对今后的小井口竖井平面联系测量具有一定的指导意义。