城市軌道交通聯(lián)系測量的研究與應(yīng)用

何 偉

(上海市測繪院,上海200063)

0 引 言

其中,γ為地下起始邊方位角誤差,ρ=206 265為換算系數(shù),S為隧道長度,Δ為方位角引起的貫通誤差。假設(shè)γ=±4″,S=1 500 m,則引起的貫通誤差為±29 mm?？梢娖鹗挤轿唤钦`差對隧道的貫通影響是極大的。上海軌道交通11號線2期主要采用的方法為導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法。

聯(lián)系測量是隧道控制測量工作的重要環(huán)節(jié),是實(shí)現(xiàn)城市地下隧道順利貫通的關(guān)鍵與核心,同時也是整個隧道測量最難控制的環(huán)節(jié)[1-3]。聯(lián)系測量包括高程聯(lián)系測量和平面聯(lián)系測量,高程聯(lián)系測量因高程傳遞較為簡單,本文不再贅述。而平面聯(lián)系測量方法主要包括導(dǎo)線直傳法、投點(diǎn)儀法、陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向法以及聯(lián)系三角形法等[4]。

根據(jù)上海軌道交通的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),城市軌道交通地下隧道長度一般為800～2 000 m,地下起始邊方位角誤差引起的貫通誤差計算如下:

1 導(dǎo)線直傳法

導(dǎo)線直傳法即采用精密導(dǎo)線測量的方法傳遞坐標(biāo)和方位。此方法工作量小,作業(yè)簡便。導(dǎo)線直傳法的水平角觀測具有邊長很短、傾角很大、水平角值較小等特點(diǎn)。

水平角觀測的誤差主要受儀器的三軸誤差、儀器對中誤差及目標(biāo)偏心誤差影響。

1.1 儀器三軸誤差的影響

儀器三軸誤差中視準(zhǔn)軸誤差和橫軸不水平誤差的影響可采用盤左、盤右觀測或多測回測量取平均值的方法予以消除,豎軸傾斜誤差對水平觀測方向的影響(即豎軸傾斜改正數(shù))Δv可按式(2)計算:

式(2)中,n為水準(zhǔn)器氣泡偏離中央的格數(shù);τ為水準(zhǔn)器格值;α為觀測方向的垂直角。

1.2 儀器對中誤差的影響

由于導(dǎo)線邊很短,若采用安置腳架的方式設(shè)站,儀器的對中誤差對水平觀測方向值有較大影響。因此,在導(dǎo)線布設(shè)時各導(dǎo)線點(diǎn)均須埋設(shè)具有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩或帶有內(nèi)外架式的金屬吊籃,這將有效消除或減弱儀器對中誤差的影響。

1.3 目標(biāo)偏心誤差的影響

由地上向地下傳遞的邊長較短(10～20 m),覘牌中心與基座旋轉(zhuǎn)中心不一致產(chǎn)生的誤差,會給方位角誤差傳遞帶來不容忽視的影響。因此,測量前應(yīng)對覘牌進(jìn)行檢驗(yàn)和校正,確保符合使用要求。同時應(yīng)配置附有精密水準(zhǔn)氣泡(長氣泡)的基座架頭來整平對中。此外,在方位傳遞時,照準(zhǔn)目標(biāo)的長、短邊距離之比約10∶1,為了減少儀器調(diào)焦引起的誤差,可采用同一方向正倒鏡觀測法,其測量步驟為:先盤左、盤右觀測零方向,再瞄準(zhǔn)另一方向調(diào)焦后,對盤右、盤左進(jìn)行觀測。

2 聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法測量適用于井口小、深度大的豎井測量。該方法的精度較高且穩(wěn)定,在城市軌道交通地下隧道的聯(lián)系測量中應(yīng)用較多,其缺點(diǎn)是工作量較大,作業(yè)過程繁瑣,設(shè)備安裝較為復(fù)雜(圖1、圖2)。

圖1 聯(lián)系三角形剖面示意圖

圖1中,A點(diǎn)為井上控制點(diǎn),O1、O2為投影鋼絲,B為井下控制點(diǎn)。

我們從外部所看到的，會計電算化是將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到會計核算工作中去，通過計算機(jī)去完成那些原本屬于會計工作人員的工作，減少會計工作人員繁雜工作的工作量，進(jìn)而提高會計核算的速度和精度。從其內(nèi)部卻可以看到，會計電算化不僅僅是核算工具和核算方法的改進(jìn)，而是會改進(jìn)會計工作人員的工作分工，而會計工作人員的素質(zhì)也會提高，會計工作人員的知識結(jié)構(gòu)也會發(fā)生改變，會計工作效率也會大大提高，會計工作的質(zhì)量也會有飛躍性變化。實(shí)行會計電算化，要求會計人員在了解自己的專業(yè)知識即會計專業(yè)知識的前提下，又要掌握電子計算機(jī)的相關(guān)知識，因此，使會計人員接觸到更多層面的知識，從而提高會計人員的素質(zhì)。

圖2 聯(lián)系三角形原理示意圖

首先,由井上控制點(diǎn)A測定與鋼絲間的角度ω、α以及三角形ΔAO1O2的三邊距離a、b、c(現(xiàn)通常在鋼絲上粘貼反射片直接測定),并計算出鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角。然后,在井下認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角己知,同樣由控制點(diǎn)B測定與鋼絲間的角度ω'、α',以及三角形ΔBO1O2的三邊距離a'、b'、c',實(shí)現(xiàn)把坐標(biāo)與方位的傳遞。

2.1 聯(lián)系三角形法的注意事項

聯(lián)系三角形應(yīng)布設(shè)成直伸形狀,豎井中懸掛鋼絲間的距離a應(yīng)盡量長;聯(lián)系三角形銳角α和α'宜小于1°,呈直伸三角形;b/a及b'/a宜小于1.5;聯(lián)系三角形測量宜選用直徑0.3 mm的鋼絲,懸掛10 kg重錘,且重錘應(yīng)浸沒在阻尼液中;聯(lián)系三角形邊長測量可采用光電測距或經(jīng)檢定的鋼尺,每次獨(dú)立測量3測回,每測回3次讀數(shù),各測回較差應(yīng)小于1 mm。地上與地下測量同一條邊的較差應(yīng)小于2 mm。鋼尺丈量時應(yīng)施加鋼尺鑒定時的拉力,并進(jìn)行傾斜、溫度及尺長改正;角度觀測時應(yīng)使用I級全站儀,測角中誤差應(yīng)在±2.5″之內(nèi)。

2.2 改進(jìn)的聯(lián)系三角形法

為了提高聯(lián)系測量的精度,王鐵生等[5-7]提出了一系列改進(jìn)的聯(lián)系三角形方法:如雙聯(lián)系三角形、移動吊錘線法、雙站聯(lián)系三角形法等(圖3)。

圖3 雙聯(lián)系三角形法示意圖

2.2.1 雙聯(lián)系三角形法(三絲法)(圖3)

雙聯(lián)系三角形法的方向傳遞可分為兩組:S-＞A-＞O3-＞O2-＞B-＞T方向和S-＞A-＞O3-＞O1-＞B-＞T方向。雙聯(lián)系三角形法相當(dāng)兩次獨(dú)立傳遞方位,使用該方法井下起始邊精度可提高約倍但該方法對設(shè)備要求較高,占用空間較大,且當(dāng)投向誤差較大時,誤差積累較大。

2.2.2 移動吊錘線法

2.2.3 雙測站聯(lián)系三角形法

相對以上方法,雙側(cè)站聯(lián)系三角形法則更為方便。在近井點(diǎn)處設(shè)置成雙測站A和A',然后分別進(jìn)行兩次獨(dú)立的聯(lián)系測量。聯(lián)系三角形須滿足延伸形狀的條件,所以測站A和A'的間距應(yīng)較小(圖4)。崔旭升等[7]提出可以在強(qiáng)制對中墩上設(shè)置兩個對中中心作為雙測站,該方法操作簡單,容易實(shí)現(xiàn)。

圖4 雙測站聯(lián)系三角形法示意圖

雙測站聯(lián)系三角形法的方位傳遞路線分別為S-＞A-＞O2-＞O1-＞B-＞T方向和S-＞A'-＞O2-＞O1-＞B-＞T方向。該方法同樣可達(dá)到增加檢核條件和提高定向精度的目的,且觀測時間較短,作業(yè)強(qiáng)度較低,實(shí)現(xiàn)過程比三絲法更容易。

3 工程實(shí)例

上海軌道交通11號線二期工程線路規(guī)劃起點(diǎn)為長寧區(qū)華山路中間風(fēng)井。全線共設(shè)車站13座及停車場1座。二期工程的聯(lián)系測量主要采用了導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法進(jìn)行傳遞。

3.1 兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

(1)聯(lián)系三角形法點(diǎn)位不固定,每次控制導(dǎo)線復(fù)測時都需重新布設(shè)點(diǎn)位。直接傳遞法采用強(qiáng)制歸心點(diǎn),可以避免多次布點(diǎn)所帶來的繁重工作量。

(2)聯(lián)系三角形法需要花費(fèi)大量人力和物力,但其適用于井口小且深度大的豎井聯(lián)系測量,且該方法精度穩(wěn)定。直接傳遞法適合于井口大、深度淺等目標(biāo)的測量,如明挖車站或明挖隧道等,該方法具有工作量小、精度高及簡單易行的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 兩種方法精度比較

聯(lián)系三角形法誤差來源有:① 鋼尺因溫度、尺長等產(chǎn)生的量距誤差;② 鋼絲垂線因風(fēng)力擺動產(chǎn)生的誤差等。而導(dǎo)線直傳法誤差主要來源于儀器的三軸誤差、儀器對中誤差及目標(biāo)偏心誤差的影響。

上海軌道交通11號線二期工程三林站至濟(jì)三風(fēng)井區(qū)段始發(fā)井的深度約為15 m,井口寬度為20 m,為保證隧道順利貫通,始發(fā)井現(xiàn)場同時采用導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法兩種方法測量,并取平均值作為最終成果指導(dǎo)施工(表1)。

表1 井下起始邊方位角數(shù)據(jù)

由表1可看出,導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法的成果差異較小,最大互差僅為3.0″,且同時證明2011年12月上行線的井下起始邊發(fā)生了變化。所以,這兩種方法都是可靠的,并可以互相校核。

4 結(jié) 語

導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法是目前我國城市地下隧道平面聯(lián)系測量所使用的主要方法。本文以上海軌道交通11號線二期工程為例,使用這兩種方法測量,得出,導(dǎo)線直傳法和聯(lián)系三角形法的成果差異較小,結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

在使用這兩種方法時還需注意以下幾個問題:① 應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場情況,靈活選擇導(dǎo)線直傳法或者聯(lián)系三角形法;② 兩種方法都應(yīng)選擇較高等級的儀器進(jìn)行觀測,如I級全站儀;③ 施測前應(yīng)對儀器進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)、校正;④ 選擇聯(lián)系三角形法時應(yīng)合理設(shè)計三角形的圖形,嚴(yán)格滿足相關(guān)規(guī)范要求。