浅析城市轨道交通工程精密施工测量技术的应用

浅析城市轨道交通工程精密施工测量技术的应用

李少波

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摘要:以多年城市轨道交通工程建设的实际测量作业为背景，通过分析、研究与总结，从城市轨道交通工程测量精度设计的主要原则和要求、地面控制测量技术方法、竖井联系测量技术方法、隧道施工控制测量及贯通测量技术方法四个部分，论述轨道交通工程施工测量的精度要求及主要测量的手段和方法。

关键词:城市轨道交通;GPS;精密导线;联系测量;贯通测量

1.城市轨道交通工程精密导线网测量技术方法

城市轨道交通工程精密导线网是为其工程线路区间隧道设计、施工而建立的平面控制导线。它附合在GPS控制网中，导线一般沿轨道交通线路布设成直伸形，附合长度在3～4km，平均边长控制在350m左右。图1为北京地铁某区段精密导线点布设示意图。

图1  北京地铁某区段精密导线点布设示意图

该段精密导线点的设置除按一般选点条件考虑外，为提高角度和边长的传算精度，采用了增加导线辅点的方法增强图形强度。导线点标石为人工混凝土结构，标石底部埋设在冻土层以下(即1.2m以下)，标石中心为镶有直径1mm铜芯的不锈钢标志。标石埋设后稳定一个月才进行观测。

导线采用TCA2003全站仪施测，水平角观测四测回(分左、右角观测)，边长往返观测四测回，每测回三次读数。为提高观测精度，照准目标选用高精度专用觇牌，观测中觇牌和仪器两次对中;水平角观测遇到长、短边需要调焦时，采用“盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦”的观测顺序进行观测，消除了多次调焦对观测的影响;测前对使用的仪器和设备进行全面检核。由于采用上述措施，尽管导线较长、测站较多，仍取得测角中误差Mβ=±0.9″，导线全长相对误差为1/14万的高精度成果，为下一步竖井联系测量和地下控制导线测量工作奠定了良好的基础。

2.城市轨道交通工程精密水准网测量技术方法

由于受城市轨道交通工程施工中降水和施工等因素影响，易造成水准点变化，精密水准点一般选在轨道交通工程线路中线两侧40m以外，远离地表变形区，水准点以墙上标志为主，埋设在年代较长的永久建筑物上。图2为北京地铁某区段精密水准路线布设图。

图2  北京地铁某区段精密水准路线布设示意图

该段精密水准路线起算于I京良2、I京良3和I京西2三个北京市I等水准点，由9个水准点组成，水准路线全长4.6km。水准测量采用NA2+GPM3自动安平水准仪和因钢水准尺，按Ⅱ等水准测量的方法和水准路线闭合差小于(L为水准路线长，以km计)的精度要求进行施测。其往返闭合差＜±3mm，平差后每km高程偶然中误差＜±1mm。满足了城市轨道交通工程地面高程控制测量的精度要求。

3、城市轨道交通工程竖井联系测量技术方法

3.1.竖井定向测量方法

常规定向工作大多采用悬吊钢丝的联系三角形法，不仅对三角形图形几何条件要求高、工作时间长、劳动强度大，而且由于竖井风流等外界因素影响，定向精度很难达到。

为提高定向测量精度，缩短定向时间，在城市轨道交通工程测量实践中经分析和研究后，决定采用“全站仪+投点仪+陀螺经纬仪”组成的定向测量系统来完成竖井联系测量工作。其工作原理如图3所示。

图3  竖井定向测量工作原理示意图

该定向测量系统具体工作方法如下:

1)将两台NL1/20万自动安平投点仪分别安置在竖井井架a、b两点上，并分别精确和井下a'、b'两点对中。

2)在地面将全站仪TCA2003安置在近井点Q点上，通过观测角度β1、β2和边长S1、S2分别测定a、b两点坐标。由于a和a'，b和b'分别位于同一铅垂线上，因此它们的两组坐标一致，亦即将a、b坐标传到井下a'、b'上。

3)在井下将GAK1陀螺经纬仪安置在“西2”点上，采用逆转点法三个测回分别单独测定陀螺方位α1(a'—西2)、α2(b'—西2)，然后取下GAK1陀螺经纬仪，再在“西2”点上安置全站仪TCA2003，观测β1'、β2'以及S1'、S2'，从而确定“西2”点的坐标和西2—西3边方位角，定向工作完毕。

此外为提高定向精度和成果的可靠性，在定向工作的前、后都在紧靠竖井的精密导线边上进行陀螺常数测定;在一个测回陀螺定向的前、后都进行陀螺经纬仪零位测定。

3.2高程传递测量技术方法

通过竖井传递高程，是将竖井附近的近井水准点的高程，通过竖井传递到井下高程测量起始点上。通过竖井传递高程的方法如图4所示。

图4   竖井高程传递测量工作示意图

在地面建立一悬挂钢尺尺架，将检定过的钢尺悬挂其上，下放到井下，并挂上10kg重的工作垂球。井上、井下安置两台水准仪，同时观测近井水准点BM上、BM下的水准尺和钢尺并读数，通过钢尺将地面近井水准点BM上的标高传到井下水准点BM下。

水准测量时井上、井下同时测定温度。为防止出现粗差和提高观测精度，三次变更仪器高进行观测，测定井上、井下水准点高差的不符值(高差的不符值＜±3mm)。

在水准测量数据处理时，对观测值进行温度、拉力、钢尺自重等项改正，取三次观测成果平均值，得到高精度井下水准点(BM

下)的高程成果。

4隧道施工控制测量及贯通测量的技术方法

城市轨道交通工程测量最主要的任务在于确保地下隧道在预定误差范围内的正确贯通。隧道施工控制测量是在隧道内建立起一套平面和高程测量控制网，其用途在于放样隧道的中线位置，指示隧道掘进的方向，以及放样施工中各设施的位置等。

4.1隧道平面施工控制测量技术方法

1)以竖井定向测设的基线边的坐标和方位角为起算依据，观测采用Ⅰ级全站仪进行测量，测角四测回(左、右角各两测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″);测边往返观测各两测回。施工控制网最远点相对于起始点的横向中误差小于±25mm。

2)隧道内控制点设置有多种形式。根据施工方法和隧道结构形状确定，可埋设在隧道底板的线路中线上，采用钢板在上面钻2mm小孔镶铜丝作为点的标志;也可埋设在线路中线一侧结构边墙上，安装放置仪器的强制对中支架。

由于在隧道贯通前的地下控制是一条支导线，这条导线起着指示隧道掘进方向的作用，所以它必须是十分准确的。为提高地下控制测量精度，常采用布设交叉导线和双导线的形式，在每设置一个新的导线点时，均由两条导线测得其坐标，当检核无误后，取其平均值作为新点的测量数据。另外由于地下施工场地为一个不稳定的载体，测量控制点埋设在上面其稳定性必然受到影响，为保证测量成果的可靠，随着导线的延伸必须进行重复测量。

4.2隧道高程施工控制测量技术方法

1)洞内水准测量以竖井高程传递到井下的水准点为起算依据，采用二等精密水准测量方法和水准路线闭合差小于±8槡Lmm的精度要求进行施测。

2)地下水准点可与导线设在一起，在设置导线点的钢板上焊一突出的金属标志，作为水准点，也可以在边墙上设置水准点。

4.3隧道贯通误差测量技术方法

暗挖隧道贯通后及时进行贯通误差测量，以证实所有测量工作是否满足精度要求，地铁隧道是否按设计准确就位，贯通测量包括纵、横向贯通误差测量和高程贯通误差测量。

1)隧道的纵、横向贯通误差可根据隧道两侧控制导线点，相向测定贯通面上同一点的坐标闭合差确定，实测的坐标闭合差分别投影到线路和线路的法线方向上，计算纵、横向贯通误差值。

2)隧道高程贯通误差应由两侧控制水准点测定贯通面附近同一水准点的高程差值确定。

5结束语

随着测绘科学技术的迅速发展，城市轨道交通工程测量技术也在不断地创新和进步。GPS控制测量技术、智能化全站仪(测量机器人)、高精度的电子水准仪、激光投点仪、自动定向陀螺仪、三维激光扫描仪以及全站仪与计算机组合断面测量和数据处理系统、施工变形测量和监控量测自动化系统等在全国轨道交通工程测量中都得到了应用和发展。今后随着城市轨道交通事业的发展，服务于轨道交通工程建设的工程测量工作，必将从理论和实践上进一步完善和发展，工程测量新技术、新方法也将在轨道交通工程测量中得到更广泛的应用。

参考文献

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