城市轨道交通工程测量中的联系测量的应用及精度分析与控制措施

济南市房产测绘研究院 山东济南 250001

联系测量是城市轨道交通常规测量工作的挂件环节，是实现隧道顺利贯通的核心，也是隧道测量最难控制的部分。联系测量包括平面联系测量和高成联系测量。平面联系测量包括投点仪法，导线直传法，联系三角形法，陀螺经纬仪联合定向法。

目前城市轨道交通的隧道部分长度多为800 米到2000 米之间，地下起始位置的角误差引起最终贯通误差的计算公式为：

S 表示隧道的长度，γ是地下起始位置的角误差，ρ是换算系数，Δ 是起始位置方位角误差引起的最终贯通误差。如果，最终贯通误差约为，由此可见，如果起始位置的方位角误差计算有误，对整个隧道的最终贯通影响很大。

1 导线直传法

该测量法运用精密导线测量法传递方位与坐标。这个测量法作业简单便捷，测量人员的工作量也不大。导线直传法在测量水平角时，观察的边长可以很短，倾角较大，水平角的值则比较小。而水平角观测出现的误差会受到导线直传法所用的仪器影响，仪器对中误差、三轴误差、目标偏心误差都会影响水平角观测的误差。

1.1 仪器对中误差造成的影响

导线直传法的导线边较短，如果设站方式是采用安置脚架形式，仪器对中误差会极大影响水平观测方向的测量值。因此，不舍导线时在各个导线点都要埋设观测墩或者金属吊篮，这些设备具有强制对中效果，可有效减弱甚至消除仪器对重误差造成的影响。

1.2 仪器三轴误差造成的影响

仪器三轴中视准轴和横轴不水平，这两种误差的影响可以采用盘右盘坐观测或者多测反复测量取平均值的方法来消除。竖轴倾斜给水平观测带来的影响可以用公式计算：

其中n 是水准器的气泡与中央偏离的个数，τ是水准器显示的格值，α是观测方向垂直角。

1.3 目标偏心误差造成的影响

联系测量从地上将尺寸传递到地下的边长比较短，约为10 米到20 米之间，如果觇牌中线和基座的旋转中心户型不一致，就会产生误差，在方位角误差传递上会被扩大。测量之前，要对觇牌进行校正教研，保证觇牌符合测量要求。基座架头应该配置精密水准长气泡，可保证平整对中。在进行方位传递时，照准目标长短边的距离比约为10:1，尽量减少仪器调焦误差，采用同一方位正镜倒镜观测方法，线盘坐，再盘右，观测零方向，在对另一方向瞄准，调焦，先盘右，再盘左开始观测[1]。

2 联系三角形法

该测量方法适用于深度较大，井口较小的竖井的测量。该测量方法精度高且比较稳定，在城市轨道交通的联系测量中应用很多，缺点是测量过程非常繁琐，测量人员的工作量大，设备安装也很复杂。

图1 联系三角形测量法隧道剖面图

如图1 所示，A 为地面控制点，O1 和O2 是投影钢丝，B 是地下控制点。

图2 联系三角形测量原理

地面控制点A 的位置可以测定其与钢丝的角度，得到ϖ、α，三角形三边长a/b/c，通常是将反射片粘贴在钢丝上进行测定，计算钢丝坐标以及钢丝之间方位角。在地下控制点位置，认为钢丝方位角和坐标一致，由控制点B 来测定其与钢丝间角度ϖ'、α'，以及三角形三边长a'/b'/c'，完成方位与坐标的传递[2]。

2.1 该测量法的注意事项

联系三角形的布设应该做成直伸形状，竖井中钢丝悬挂，距离α尽量长一些。联系三角形的锐角α、α'最好不大于1°，呈现出直伸三角形模式。不大于1.5。联系三角形测量应该选用直径0.3mm 钢丝，悬挂重锤，重锤在10kg 以上。重锤要完全浸没在阻尼液中。联系三角形测量边长时，可以利用经过检定的钢尺或者光电测距。每次独立测量三次，每次读数三次，每次读书的差不大于1mm。井上和井下测量同一边的校差不应大于2mm。在使用钢尺测量时，要施以鉴定拉力，做好温度、倾斜、尺长修正。角度观测过程中要采用I级全站仪，测角误差应该不大于2.5″[3]。

2.2 经过改进的联系三角形测量法

为提高测量精度，对联系三角形测量法进行改进，改进方法有：双联系三角形，双站联系三角形法，移动吊垂线法等。

双联系三角形法也被称为三丝法，方向传递可分为两种方式：S ＞A ＞O3 ＞O2 ＞B ＞T，S ＞A ＞O3 ＞O1 ＞B ＞T。双联系三角形法通过两次独立传递方位，该测量法地下起始边精度提高了大概倍以上。该方法精度高，但是对设备要求也较高，测量占用空间比较大，如果投向出现误差较大的情况，最终误差累积较大。

采用双测站联系三角形法，较为简便。近井位置设置两个测量点A、A’，进行两次独立的联系测量。联系三角形要满足延伸条件，两个测量点位置要距离较近。可以在对中墩上设置对中中心作为测量点，这个方法比较简便，更容易实现。该测量法方位传递的路线是S ＞A ＞O2 ＞O1 ＞B ＞T，S ＞A’＞O2 ＞O1 ＞B ＞T。该方法可以提高定向精度，增加检核条件，测量时间短，测量人员的作业强度更低，并且实现过程比双联系三角形法更简单。

第三种移动吊垂线法，通过移动吊锤的位置让方向经历三组联系三角形进行三次测量，三次传递，取平均值，达到提高精度和检核的目的。该方法实际操作不易控制，并且测量时间会成倍增加。

3 两种测量方法优势与精度比较

3.1 两种测量法的优缺点

联系三角形测量法的测量点位是不固定的，每次控制导线进行复测时，都要重新布置测量点位。直接传递法则是采用强制归集到中心点的方式，可以避免多次布设测量点带来的误差和工作量。

联系三角形法耗费的人力物力较多，比较适合深度大井口小的竖井内的联系测量，该测量法的精度较为稳定。直接传递法适用于深度浅井口大的隧道的测量，例如明挖隧道或者明挖车站，该方法精度较高，简便易操作，测量人员工作量也较小。

3.2 两种测量法的精度比较

联系三角形测量法的误差主要来源于：尺长、温度等因素给钢尺带来的变化而产生的误差；钢丝垂线由于风力、碰触、操作不当等问题发生摆动而产生的误差。导线直传法误差来源有：仪器的对中误差、三周误差、目标偏心误差等[4]。

根据某城市轨道交通的测量实例，井深15m，井口宽度20m，为了保障地下隧道可以顺利贯通，在始发井现场同时用两种测量法进行测量，取平均值得到最后测量结果从而指导施工。

表1 两种测量法实例数据

从实际测量数据可见，两种方法测量结果差异较小，数据都是可靠的，可以为彼此数据做校核。

4 结语

城市轨道交通工程的联系测量中，联系三角形法与导线直传法都是当前联系测量常用的测量方法。将两种测量方法进行实践和比较，得到结论，两种方法的精度差异不大，结果都是准确可靠的。使用两种测量方法需要注意一些问题：要根据施工现场条件，灵活选择使用何种测量方法；两种方法都要运用登记较高的仪器进行观测和测量；在测量前要对仪器进行符合要求的校正和检验；使用联系三角形法进行测量时，应合理设置三角形图形，严格依照规范要求进行科学合理的测量。