地铁区间逆向联系测量方法

许锋，杨定强，崔晓，马俊成

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

地铁建设通常分标段、分工区独立施工，由于人为及系统原因，标段间存在测量衔接误差。标段完工后，为保证竣工测量和CPⅢ测量精度，需要进行区间地下控制点联测和数据精密平差[1]。

众多学者对地铁区间控制点联测及CPⅢ控制网测量进行了研究。王智等[2]通过对超长地铁隧道区间贯通后两站一区间控制点联测方法研究，分析了平差精度与约束点的关系；张志华等[3]探讨了区间贯通前铺轨的测量条件，提出了以CORS作为地铁测量基准的优越性；马建新等[4]通过不同类型结构下CPⅢ控制网布设，对地铁轨道施工测量精度的影响因素进行分析。但对划定五站四区间或四站三区间为一个测量单元情况下，无法正常联测的情况鲜有研究。

本文提出一种基于逆向联系测量的地铁区间联测方法，通过对观测方法、数据处理、误差来源等内容综合分析，克服复杂环境对联测工作的影响，预估区间控制点联测精度。

1 传统联测方法

1.1 两站一区间

传统联测工作一般以两站一区间为测量单元进行平差计算。原则上以两端车站的控制点作为联测的起算数据，通过区间导线点组成附合导线，线路观测模式为车站控制边—区间导线点—车站控制边。

1.2 五站四区间

为提高相邻区间测量精度、减少衔接误差、满足后续轨道工程的平顺性，区间一般以五站四区间或四站三区间为一个测量单元进行隧道贯通后地下控制点联测。原则上以两端车站的控制点作为地下控制点联测的起算数据，为提高联测精度，可在中间车站位置选取适量稳定的控制点进行约束平差。

2 逆向联系测量方法

实际工作中，由于机械设备故障、突发安全事故、环保工作等原因，会出现各种间歇性停工，常出现部分已贯通区间开始联测工作，而其他区间仍在进行盾构掘进的情况；五站四区间的联测单元无法按期进行控制点联测。为保证工期，实际工作中急需一种在划定联测单元情况下，对未贯通的区间进行联测，同时保证联测成果精度、满足后续控制网建立要求的新方法。

本文提出通过悬吊2根钢丝进行逆向联系测量，将贯通区间地下起算点的坐标和方位传递至地面起算点，作为未贯通区间地面起算数据的逆向联系测量方法。

2.1 联测方法

逆向联系测量联测方法用于单元内贯通区间与未贯通区间之间的控制点联测，见图1。

图1 逆向联系测量原理

1）检查起算点J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10稳定性。

2）地铁贯通区间分别以两端车站的控制点作为地下控制点联测的起算点并以附合导线的形式平差区间内的控制点，贯通区间观测模式为车站控制边—区间导线点—车站控制边；即左侧控制点联测按照J1～J2-D1-D2-D3-J3～J4的线路进行，右侧控制点联 测 按 照J5～J6-D7-D8-D9-J7～J8-D10-D11-D12-J9～J10的线路进行。

3）在未贯通区间与相邻贯通区间之间分别悬吊2根钢丝，采用逆向联系测量的方式，分别将与2根钢丝对应的贯通区间的2个地下起算点坐标和方位传递至已敷设好的2个地面起算点，作为未贯通区间地面起算数据；然后以附合导线的形式平差未贯通区间的地面控制点。以左侧竖井为例，在竖井内悬挂2根钢丝GS1、GS2，分别在地下基线点J3、J4处设站，分别后视J4、J3，观测钢丝GS1、GS2；井上部分分别在地面起算点Q1、Q2设站，后视Q2、Q1进行边长与角度的观测；观测完毕后，托起油桶重锤，移动钢丝GS1、GS2的位置，待钢丝位置固定后，放下重锤；静止一段时间后，按照上述方法进行第二、三组钢丝的观测。

4）地面部分按精密导线测量要求进行测量，精度满足规范技术要求后，证明所选择的地下基线点精度稳定可靠，可作为后续该未贯通区间的起算数据；地面控制点按照Q1～Q2-K1-K2-K3-Q3～Q4的线路方式进行角度和距离观测。

5）待中间部分隧道贯通后，将中间部分隧道联测数据纳入整网进行数据修正，保证整体联测精度；地下控制点整体联测按照J1～J2-D1-D2-D3-J3～J4-D4-D5-D6-J5～J6-D7-D8-D9-J7～J8-D10-D11-D12-J9～J10的线路方式进行测量。

2.2 联测数据处理

1)钢丝部分。将外业采集的3组逆向联系测量观测数据进行整理，分别导入数据处理软件进行无定向导线整体平差，分别得到地面基线边Q1～Q2和Q3～Q4的3组观测成果，满足要求后，取3组成果均值作为最终观测成果[5]。

2)地面部分。将地面基线边Q1～Q2、Q3～Q4成果纳入地面附和导线进行平差。如联测精度满足测角中误差＜±2.5″，角度闭合差应＜±5n，全长相对闭合差＜1/35 000，测距相对中误差应＜1/80 000的要求，说明地下起算点稳定可靠，能满足后续未贯通区间地下控制点联测要求；若不满足精度要求，则应查找多方面的原因，重新进行平差计算。

3 误差来源分析

3.1 起算点坐标

地铁控制点联测起算点一般为地下车站稳定的底板控制点。联测时，首先应根据网形确定具体采用的起算点；其次应进行控制点稳定性检查，对控制点外观以及控制点之间角度与距离进行检核；最后根据前期控制点测量数据情况，取多组数据的加权平均成果作为最终成果。

3.2 钢丝悬挂

悬挂过程中可能出现钢丝打结、被障碍物阻挡、铅锤托底靠壁等现象。为减少钢丝悬挂误差，悬挂后应先检查铅锤在油桶是否能自由活动，然后检查钢丝是否被障碍物遮挡，最后用全站仪目镜竖丝检查钢丝是否铅直。为提高钢丝悬挂质量，应提前在受施工影响较小的安全稳定区域安装固定支架。钢丝直径0.3 mm，重锤10 kg且应沉浸在阻尼液中。

3.3 联系测量

采用两井定向法进行逆向联系测量时，2个作业组井上、井下宜同时进行角度和距离测量；同时在钢丝角度观测过程中应采用长基线边作为定向边，减少定向误差。在投点误差一定的条件下，钢丝间距越大，投向误差越小，联系测量的精度越高；因此测量过程中应控制钢丝的间距≮60 m。距离测量时，应注意棱镜与反射片观测模式的切换，确保距离测量正确。

3.4 导线观测

导线测量过程中，不可避免的存在人为观测错误或误差。为提高观测精度，杜绝错误出现和减少人为观测误差，建议采用测量机器人，自动多次观测取均值。区间控制点的距离在满足通视的条件下应尽量长，一般条件下，直线段点间距平均宜为120 m，如果条件允许可达200 m左右；曲线段点间距不应＜60 m。地下控制点周围应无遮挡，减少旁向折光对测距的影响。

3.5 温度气压

联测需要从地下传递至地上，温度、湿度及气压等外界因素不可避免影响整个测量过程；因此，在外业数据采集过程中，需及时测量温度、湿度及气压等信息并及时进行修正[6]。在地上和地下测量转换过程中，应将仪器静置一段时间，以适应环境温度的变化。

4 结论

1）逆向联系测量法克服了联测单元中未贯通区间对地下控制点联测的制约，预估了隧道未贯通前的联测精度，保证了后续轨道工程控制网建立及限界测量起算数据的精度可靠性；同时也满足了设备定位对起算数据精度的要求。

2）未贯通区间地面起算点经过数次逆向联系测量平差得到且数据来源于贯通区间地下起算点，通过钢丝逆向联系测量的方式，可以验证地下未贯通区间起算数据的精度及可靠性，以满足后续未贯通区间地下控制点的联测要求。

3）地面部分联测精度满足要求后，联测单元中已贯通隧道部分即可进行断面测量、调整中线、测设CPⅢ控制点及变形监测等工作，继而在未贯通区间存在的工况下，增加地铁施工工作面、缩短施工周期、节约成本，为保证地铁顺利开通创造积极条件。

4）逆向联系测量法测量精确度高、可操作性强、工期短，较好地克服了复杂环境对联测工作的影响；基于现有测量技术理论，技术成熟度高，为地铁测量提供了一种反向思维，为今后遇到的各种测量问题提供一种新的解决思路。