武漢軌道交通水準(zhǔn)測量精度的影響因素及控制

聶發(fā)懿 王艷

摘要：對于城市軌道交通工程項目來講，施工過程中的測量工作有著非常重要的作用。高程是確定地面點(diǎn)位置的基本要素，水準(zhǔn)測量是高程測量中最常用、最精密測量。測量精度直接影響到城市軌道交通工程建設(shè)的質(zhì)量。當(dāng)前工程項目在開展測量工作的過程中，受多種因素的影響導(dǎo)致沒有掌握好測量的精度，使得水準(zhǔn)測量的結(jié)果有一定的偏差，限制了高程的準(zhǔn)確性。為了充分保證軌道交通水準(zhǔn)測量過程中的精度，需要對影響精度的因素展開分析，并制定合理的控制措施。基于此，文章就武漢軌道交通水準(zhǔn)測量過程中精度的影響因素及控制措施展開論述。

Abstract： For urban rail transit project， the measurement work in the construction process plays a very important role. Elevation is the basic element to determine the location of ground points， and leveling is the most commonly used and precise survey in elevation survey. The measurement accuracy directly affects the quality of urban rail transit construction. At present， in the process of carrying out the survey work of the engineering project， due to the influence of many factors， the accuracy of the survey is not well mastered， which makes the result of the leveling survey have certain deviation and limits the accuracy of the elevation. In order to fully ensure the accuracy of rail transit leveling， it is necessary to analyze the factors affecting the accuracy and formulate reasonable control measures. Based on this， this paper discusses the influence factors and control measures of the accuracy in the process of Wuhan Rail Transit leveling.

關(guān)鍵詞：軌道交通;測量精度;影響因素;控制因素

Key words： rail transit;measurement accuracy;influencing factors;control factors

中圖分類號：P258? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0266-02

1? 工程概況

本標(biāo)段為武漢市軌道交通6號線二期工程土建工程第一標(biāo)段，項目位于武漢市東西湖區(qū)，工程包含是3個盾構(gòu)區(qū)間：金銀湖公園站～金銀湖停車場站盾構(gòu)區(qū)間、金銀湖停車場站～二雅路站盾構(gòu)區(qū)間、二雅路站～臨空港大道站盾構(gòu)區(qū)間，線路全長6.81公里。

2? 測量難點(diǎn)

根據(jù)勘探報告，對本工程的測量難點(diǎn)進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，本標(biāo)段地質(zhì)主為長江II級階地和長江Ⅲ級階地，隧道靠近二雅路站存在可溶性白云巖，風(fēng)化砂質(zhì)白云巖及風(fēng)化白云巖中存在溶洞。金銀湖公園站～金銀湖停車場站盾構(gòu)區(qū)間下穿既有6號線一期出入線區(qū)間，區(qū)間隧道頂與出入線區(qū)間底豎向凈距最小約3.2m，目前明挖出入線區(qū)間已經(jīng)正常運(yùn)營;且正下穿既有出入線工法樁及鉆孔灌注樁，其中工法樁進(jìn)入本區(qū)間盾構(gòu)隧道約3.6m，距離鉆孔灌注樁樁底最小凈距約1.85m。金二區(qū)間中間穿越硚孝高速橋樁及設(shè)1個聯(lián)絡(luò)通道兼作聯(lián)絡(luò)通道及排水泵房。依據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》（GB50652-2011）條文說明第7.3.4條表6，盾構(gòu)隧道與既有明挖區(qū)間最小豎向凈距<0.7D，接近重要設(shè)施，風(fēng)險等級為二級，考慮既有運(yùn)營線安全及結(jié)合類似工程經(jīng)驗，將風(fēng)險等級提升為一級。

3? 水準(zhǔn)測量的含義

水準(zhǔn)測量使用由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三部分組成的水準(zhǔn)儀進(jìn)行儀器安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精平和讀數(shù)等操作步驟進(jìn)行高程測量[1]。利用由水準(zhǔn)儀提供的水平視線和借助帶有分度的水準(zhǔn)尺，直接測定測站兩點(diǎn)的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)高程和測得的高差，推出未知點(diǎn)的高程。若在測量過程中由A到B的方向進(jìn)行，則A為后視點(diǎn)，B為前視點(diǎn)。a與b分別為后視讀數(shù)與前視讀數(shù)，即B點(diǎn)（未知點(diǎn)）的高程等于A點(diǎn)（已知點(diǎn)）的高程加上兩點(diǎn)間的高差：

HB=HA+hAB=HA+（a-b）

A與B之間的高差：hAB=a-b

4? 影響水準(zhǔn)測量精度的因素

4.1 測量儀器自身誤差

武漢軌道交通項目在使用儀器前測量人員雖進(jìn)行矯正，但i角仍有微小的殘余誤差，導(dǎo)致視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行。在調(diào)焦過程中，調(diào)焦透鏡光心與望遠(yuǎn)鏡的光軸所移動的軌跡不重合，即在改變調(diào)焦的過程中視準(zhǔn)軸也會發(fā)生一定的變化，從而視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸之間的平行關(guān)系發(fā)生改變。水準(zhǔn)尺在使用過程中有尺長變化，尺身彎曲及標(biāo)尺每米的鑒定精度誤差。雖科技發(fā)展，鑒定精度在提高但每米真長仍存在±0.01mm左右的鑒定誤差，最大鑒定誤差值可達(dá)0.014mm，繼而對百米高差而言每米真長測定誤差就達(dá)±1.4mm。[2]水準(zhǔn)尺使用過程中存在與視線方向的左右傾斜，觀測時通過觀測望遠(yuǎn)鏡十字絲很容易察覺后糾正。如果水準(zhǔn)尺的視線方向與傾斜方向一致，就很難察覺，直接導(dǎo)致對尺子的讀數(shù)就偏大。因為尺子傾斜對讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大小有關(guān)。水準(zhǔn)尺的傾斜角越大，對讀數(shù)的影響就越大;水準(zhǔn)尺上讀數(shù)越大，對結(jié)果的影響就越大[3]。

4.2 日常項目管理

對于軌道交通建設(shè)項目的測量工作，要借助專業(yè)的測量儀器。每年更新?lián)Q代的精密高科技儀器設(shè)備投入，給武漢軌道交通中的施工單位帶來了一定的壓力。因成本控制需要，施工單位選擇了少許老舊的儀器設(shè)備，不夠先進(jìn)的儀器設(shè)備使得水準(zhǔn)測量工作誤差偏大，獲得的數(shù)據(jù)對于施工項目的使用有不利因素。還有就是，武漢軌道交通的施工單位對于測量人員的管理落實(shí)工作不及時。測量時的原始記錄必須準(zhǔn)確完整記錄，測量結(jié)果堅持復(fù)核和簽字制度，以及結(jié)果不得隨意涂改和損壞，工程測量資料和測量成果資料妥善歸檔保管，裝訂成冊。工作的落實(shí)不及時造成了測量工作沒有受到更嚴(yán)格監(jiān)管，影響測量精度。

4.3 自然環(huán)境的影響

軌道交通臨建場地內(nèi)地面被大型機(jī)械及人為破壞，測站地面土質(zhì)疏松及地表參差不齊使儀器下沉，導(dǎo)致視線降低，從而引起高度誤差。水準(zhǔn)測量視線通過不均勻的空氣介質(zhì)，空氣介質(zhì)中有大量微粒的存在，愈靠近地面空氣密度就會愈大，視線通過不同密度的介質(zhì)后而產(chǎn)生折射，所以，實(shí)際上視線并不水平而呈彎曲狀，這就是大氣折光的影響，一般用γ表示。實(shí)驗證明，在穩(wěn)定的氣象條件下，γ約等于C的1/7，即

r=C/7=0.07（D2/R）

而地球曲率和大氣折光的共同影響

f為f=C-r=0.43（D2/R）

【引：在水平視線代替大地水準(zhǔn)面在尺上讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為C=D2（2R）】[4]地球在太陽行星軌道上，使得地面存在引潮力，影響地球表面的重力方向，導(dǎo)致儀器水準(zhǔn)軸的水平位置會發(fā)生差異。日、月引力主要影響方向在南北方向上的積累，當(dāng)日、月之間的角距離都為45度時影響最大，最大影響可達(dá)0.1mm/km。從而對于高精度的水準(zhǔn)網(wǎng)是不能小覷的，需考慮潮汐的影響。[5]

5? 水準(zhǔn)測量精度的控制

5.1 測量過程標(biāo)準(zhǔn)化

在武漢軌道交通項目施工單位、監(jiān)測單位及第三方監(jiān)測單位相關(guān)測量人員在水準(zhǔn)測量前強(qiáng)化水準(zhǔn)儀的檢驗矯正，使得圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸，圓水準(zhǔn)氣泡居中，豎軸位于鉛錘位置。在十字絲的橫絲垂直于豎軸后，轉(zhuǎn)動水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸。加強(qiáng)測量管理，測量人員均取得測量員證，全站儀徠卡TS60及電子水準(zhǔn)儀天寶DINI03等測量儀器取得國家計量相關(guān)部門鑒定后使用。在水準(zhǔn)測量過程中，盡可能保持前視與后視之間的距離相等，使得前視與后視讀數(shù)過程中不改變調(diào)焦。當(dāng)因某種原因產(chǎn)生某一測站的前視（或后視）距離較大時，要使在下一測站上使后視（或前視）距離也應(yīng)較大[6]在測站的觀測過程中，須采取后一前一前一后的觀測順序;測量水準(zhǔn)線路時，還應(yīng)進(jìn)行往返觀測。為確保水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)埋淺固定牢靠，將直徑22mm長度1.5～2m埋入工作基點(diǎn)位置，然后對測點(diǎn)鋼筋上部50cm的高度利用混凝土對其進(jìn)行固定，并使用保護(hù)套管和封蓋保護(hù)。

5.2 測量方案合理化

在對軌道交通項目技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計工作前，要充分了解施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境，確保技術(shù)設(shè)計方案的科學(xué)、準(zhǔn)確以及方案實(shí)施的可行性。在測量作業(yè)前，對水準(zhǔn)儀及配套因瓦尺進(jìn)行全面檢驗。測量主管編制作業(yè)計劃表，確保施測線路安全可行，線路要盡量注意避免通過高樓、樹林等折光影響嚴(yán)重的地區(qū)，確保外業(yè)觀測有序開展;測量時間段避免交通高峰時間段，保護(hù)人身安全及財產(chǎn)安全。設(shè)站時，應(yīng)使前后視距盡量相等，視線離地面應(yīng)有足夠的高度在測量過程中，在同一測站上用兩個不同的儀器高度，測得兩次高差進(jìn)行檢核，如若在坡度較大的測段作業(yè)時，應(yīng)適當(dāng)縮短視距。對于水準(zhǔn)尺而言，應(yīng)分別對水準(zhǔn)尺的黑面和紅面進(jìn)行觀測，使得其兩面的前視與后視讀數(shù)高差是否近似。烈日當(dāng)空時，水準(zhǔn)測量會因其水準(zhǔn)管受熱不均勻，氣泡會向溫度高的方向移動，則要給儀器遮陽，避免陽光均勻及暴曬，減少外界環(huán)境的影響。如若在有條件的情況下，可以考慮陰天觀測。

6? 結(jié)束語

成果的分群現(xiàn)象仍是精密水準(zhǔn)測量中的一個難題。客觀存在的現(xiàn)象諸如往測與往測、返測與返測之間數(shù)據(jù)十分接近;往返測之差又大大超限，經(jīng)多次重測還是數(shù)據(jù)不合。目前存在的客觀誤差現(xiàn)象還不能用現(xiàn)在的科學(xué)理論進(jìn)行解釋，因此我們臆測一定存在與已知誤差來源無關(guān)的一種或多種物理現(xiàn)象，水準(zhǔn)測量成果受其干擾。加強(qiáng)對水準(zhǔn)測量的精度控制，要在作業(yè)方法、儀器和數(shù)據(jù)分析等方面多加以研究，分析精度誤差原因采取相應(yīng)措施，盡量避免或削弱不利誤差的影響?？偠灾?，水準(zhǔn)測量精度誤差是客觀存在的，要有效地控制工程建設(shè)項目中影響精度的各種因素，保證測量工作的準(zhǔn)確性。充分發(fā)揮水準(zhǔn)精度在建設(shè)項目中的作用，保障建設(shè)項目順利完工。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧琳.測量學(xué)[M].天津大學(xué)，2018.

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[4]沙從術(shù).現(xiàn)代測量學(xué)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[5]李青岳，陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1995.

[6]梁振英，董鴻聞，口恒煉，等.精密水準(zhǔn)測量的理論和實(shí)踐[M].北京：測繪出版社，2004.