城市轨道交通工程平面联系测量方法研究与分析

2023-07-26张志生

品牌与标准化 2023年3期

关键词：应用探究

【摘要】城市轨道交通工程以地下工程为主，施工测量环节中如何进行高精度的地上、地下坐标及方位角传递成为施工及测量的技术关键，本文主要对城市轨道交通工程施工过程中所使用的平面联系测量方式进行了探究和分析，期望能够为相关工程建设提供一定的参考。

【关键词】城市轨道交通工程；平面联系测量；应用探究

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.062

Research and Analysis on Plane Contact Measurement Method of Urban Rail Transit Engineering

ZHANG Zhisheng

（Nanjing Surveying and Mapping Survey and Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China）

Abstract：Urban rail transit engineering is mainly underground engineering，and how to transmit high-precision coordinates and azimuth angles between the ground and underground in the construction survey is the key of construction and survey technology. This paper mainly explores and analyzes the plane contact survey method used in the construction of urban rail transit engineering，hoping to provide some reference for related engineering construction.

Key words：urban rail transit project；plane contact measurement；applied inquiry

城市轨道交通工程的施工过程中，隧道贯通是整个工程的重点、难点之一，工程建设单位需要对其进行重点规划和研究，相关测量技术人员应充分掌握现场工况，积极采用先进技术和工艺，制定联系测量方案并严格执行，为盾构导向控制网在精度方面提供基础保障。

1城市轨道交通工程平面联系测量方法

1.1一井定向法

通过一个竖井口，用铅垂线投影法将地面控制点的坐标和方位角传递至井下隧道施工面，称为“一井定向”。一井定向法常见为两根钢丝垂线投影、也可采用三根钢丝的双联系三角形垂线投影。三根钢丝投影检核条件较多，投点精度更高，因此应用更广泛。一井定向法常常被应用到各种城市轨道交通工程中，主要原因为：一井定向法实施过程中只需要占用一个井筒即可完成作业；三根钢丝组成的双联系三角形垂线投影很大程度上提高了投点精度，但是该方法也存在着一定的缺点：实施过程有着较大的工程作业量；联系三角形布设条件苛刻；对测量技术人员的观测水平要求极高；图1为一井定向法的剖面示意图，图2为一井定向法的原理示意图。

以两根钢丝为例：在一井定向法剖面示意图中可以知道，井上控制点的位置在图中A处，垂线投影钢丝为Ο1、Ο2，井下控制点的位置在图中的B处。

首先，测定钢丝之间ω、α的角度和ΔAO1O2三角形三条边之间的间距，即a、b、c都通过图中A处的井上控制点来进行测量（现在一般都是将反射片粘贴在钢丝上进行直接测量），同时还要对钢丝的坐标和它们之间的方位角进行计算。之后，默认为钢丝的坐标和方位角是已知的数值，然后通过图中B处的井下控制点来对钢丝间的角度ω′、α′，ΔBO1O三角形三条边之间的距离[1]进行测量，从而实现井上、井下坐标及方位角传递。

在对该方法进行使用时，应该注意的是：需要保证所布置的联系三角形呈现出直伸的形状，要尽量保证悬挂在竖井中的钢丝之间a具有较长的距离；联系三角形中的锐角应该保证其角度在1°以内，并表现出直角三角形的形态；其中b a、b′a′应该控制在1.5倍以下；在使用该方式进行测量时，所使用的钢丝最适合的直径宜为0.3 mm，并将重量为10 kg的重锤进行悬挂，同时还要将重锤浸泡在阻尼液中；联系三角形的边长可采用光电测距或者经过校验的钢尺进行量测，每进行一次测量都要保证独立测量3测回，每测回3次读数，各测回互差应小于1 mm，地上与地下丈量的钢丝间距检测较差也应小于1 mm[2]。

1.2两井定向法

在隧道施工时，为方便通风及出土方便，往往在竖井附近增加一通风井或者出土井。此时通常应用“两井定向”方法进行平面联系测量。克服了“一井定向”时垂线投影线相距过近而影响方位角传递精度。两井定向时，井上仍采用精密導线测量方法测定两投影点的坐标（趋近导线）。在井下，利用两竖井间的贯通巷道，在两垂线投影点之间布设无定向导线，以求得连接两投影点间的方位角和计算井下导线点的坐标及方位角。在对该方法进行应用时，由于钢丝之间不能直接通视，而是通过精密导线连接起来的，因此，在连接测量时必须测出井上、井下导线各边的边长及其连接水平角。在明确两个竖井位置的情况下，对该方法进行应用，较“一井定向”而言，两钢丝间距离大大增加，使投点误差明显减小，从而使投点精度得到更好的提高。

1.3陀螺全站仪测量法

在隧道掘进过程中，常规导向方式是以始发边（通过联系测量传递至井下的盾构掘进控制边）为起算，采用精密导线法进行井下坐标及方位角向掘进面延伸的，为提高精度，延伸过程对测角精度有极高要求。因实际作业时井下检核条件困难，且延伸过程存在方位角误差累积，导致定向效果不理想，最终贯通误差超限（限差：横向贯通中误差≤±50 mm）。

1.4导线直传法

导线直传法对坐标和方位角进行传递时主要依靠了精密导线测量的方式。一般为从地面经车站中板，再从中板到盾构区间（底板）进行坐标和方位角传递测量，这种方式所具有的特点就是工作量不大，且作业操作简洁。其中导线直传法的水平角观测所具有的特点为：边长较短、较大的倾角和比较小的水平角数值，导线直传法主要是沿着竖井的竖直方向布设导。

在进行水平角观测的过程中常常会产生一定的误差，其主要受到了三个方面的因素的影响：

1）仪器三轴误差的影响

在上述公式内，水准器气泡偏离中央的格数使用n来进行表示；水准器格值用ι来表示；观测方向的垂直角用α来表示。

2）仪器对中误差的影响

因为导线具有比较短的边，所以想要在设站时对脚架安置的方法进行使用，那么水平观测方向值会受到仪器对中误差的影响。所以，在布置导线的过程中，要将具有强制对中装置的观测墩或者拥有内外架式的金属吊篮埋设到各个导线点的位置，从而使仪器对中误差所产生的影响得到有效削减或者消除。

3）目标偏心误差的影响

因为从地上向地下进行传递的边长只有10～20 m，使得觇牌中心和基座旋转中心之间出现了不同导致了误差的出现，这种误差会严重影响到方位角误差传递。所以，在进行测量之前，需要检查和校验觇牌，保证其能够满足使用方面的需求。除此之外，在进行整平对中时，还要配备有着精密水准气泡，即长气泡的基座架头。与此同时，在进行方位传递的过程中，要保证照准目标的长边和短边之间相距的比值大概在10∶1[4]，为了能够使仪器在调焦过程中所产生的误差得到有效降低，可以对同一方向正倒镜观测方式进行使用。其主要测量的流程是：先盘左、盘右观测零方向，然后在另一个方向瞄准时进行调焦，之后再盤右、盘左进行观测。

1.5钻孔投点定向法

钻孔投点法，是在隧道对应地面上方进行钻孔或利用已有竖井孔洞，采用垂准仪进行激光投点，作业原理是：同一条铅垂线上，井上、井下坐标相同。

具体操作为：钻取圆孔一个，圆孔大小以方便架设仪器、激光光束下投为宜。将经鉴定（标称精度优于1∶200000）光学垂准仪置于方孔上方，置平后，按0°、90°、180°、270°相互垂直的四个方向在井下投得四点，相邻光点中心连线可构成四边形，当边长小于5 mm时，取四边形对角线交点为井下投点结果[5]。

钻孔投点法因其作业方法成熟，原理、工序简单、测量定向作业时间短、定向精度高，故而在轨道交通建设初期得到广泛应用，但随着科技进步、全站仪的标称精度的不断提高，测量技术人员作业水平及责任心显著提高，钻孔投点法使用频率逐渐降低。由于钻孔投点法，需要进行原地钻孔，钻工过程会对成型隧道管片造成不可逆破坏，严重影响隧道防水效果，使得隧道存在严重运营安全隐患。因此，从质量安全方面来考虑，钻孔投点法已逐渐被其他四种方法所取代。