摘要：本文分析当前地铁工程建设过程中所涉及到的竖井联系测量控制技术，这里主要以创新性地采取了悬镜法并同时运用后方交会的方式来配合操作，以技术理论为基础，结合实际案例，从而有效改善联系测量点位的精准度。在此基础上，总结出作业方便、精准度高且行之有效的地铁竖井联系测量作业流程，为同行业发展提供借鉴。
关键词：悬镜法；地铁竖井；联系测量；技术研究
1 概述
长期以来，地铁竖井联系测量精度水平一直是不太理想的，由于其控制水平低下，长期困扰着广大施工人员。目前广泛应用的盾构法施工，其作业区间都明显增大到2 km之上，过去常用的全站仪精度测量技术，已经无法有效满足当前竖井联系测量高标准要求。当前创新性地运用悬镜法完成竖井联系精度测量控制，这在实际作业过程中更加快捷方便，并且在投点精度选择上相对于传统的操作模式和精准度方面有较大的改进，而且在开展地面测量阶段引入精度更高的多站点后方交会的测量作业流程，这对于从根本上改善竖井联系测量的精准水平有着非常关键性的作用。
2 工程概况介绍
某市地铁4#线工程魁奇站—火车南站区间轨道路线是从魁奇向阳路开始，沿海五路方向持续向前延伸横跨百佳花园，然后穿过火车站刚竣工的南头客运大桥，最后到达火车南站。这里利用盾构施工的左线距离是2103.365 m，右线盾构作业距离是2106.587 m。盾构机魁奇路光明大道北部开始，直到火车南站盾构吊出井。
3 测量方案实施
3.1 传统的导线联系测量方法
传统的导线联系测量方法主要是以导线垂线式投点测量为主。向阳路站地表面附近设置Q1-Q4共4个井点，底部同时设置T1-T4一共4个控制点的环导线，具体见下图1。按分步实施要求，图中所示即可实现T1-T4方位角和坐标的测量。
图1 导线垂线式投点布置
3.2 悬镜法联系测量方法
按图2的要求，在起始点布置K1-K4一共4个对中墩，形成图2的四边形精密平面控制网点。测量过程中所用的悬镜主要包括棱镜框、棱镜、旋转三大部件，悬镜框强度要求较高满足大于500N拉力不受损的要求，原装进口SIN棱镜。旋转部件主要是实现棱镜偏离观测方向后可以及时作出小范围调整，注意要保正在安装过程中上、下两个棱镜中心线偏差不能超过0.3毫米，具体按图4所示，可以避免投点精度损失过大，减少联系测量偶然误差出现的概率。
图2 精密平面控制网
图3 悬镜 图4 悬镜安装示意
作业过程中使用0. 5 mm 钢丝，且不允许有死结、拧劲或者损伤问题出现。钢丝与棱镜框要加强禁锢，避免脱钩。钢丝进入棱镜框可旋转件，其中心线和棱镜的中心线应当保持同轴度一致。钢丝下面用10 kg重锤拉紧引入油桶，要注意油液面高出重锤一段距离，这样能够防止钢丝在空气中摆动。依据标准规范，联系测量所使用的全站仪要满足高精度要求，其自身的测角精度不可以超过± 0. 5″；测距精度要高于±1 mm+1 ppm。所以在使用设备之前，棱镜常数必须满足省级测绘局仪器检测部门测定修正要求。还有自动搜索及照准目标的专项功能也要兼顾到。这一系列的措施都要保证测角、测边的精度可靠有效。
竖井联系测量的主要目标是向阳路站盾构机吊出井及出口。利用上面所说的方法制作6个联系测量钢丝悬镜，采取高精密度全站仪并配合先进的后方交会测量方法，相对来说采集的数据点位精度要比1 mm的钢丝上棱镜坐标更为精确。井上联系平面控制网的检测要注意满足每站观测4 ～ 6 个点位，完成不少于3个测回动作，测量时按照每个点在不同的测站上的检测不少于2次，单个测站观测距离要在150米以内，相邻的两个测站距离也要满足120 m以内的基本条件。
4 测量精度对比分析
4.1 按照常规导线联系测量的精度分析
按照常规竖井导线联系测量方法，制定一套测量模型，如图5。
图5 导线测量示意图
单位权长度基本都是用1千米长导线，依据以往经验计算所得，导线的平均边长≈70 m。由此可得最弱点W的权为
根据相关要求总结得出，权中误差计算公式为
上面的公式中，n是单位权长度导线边数；ms是测边偶然误差；λ 测边系统误差；L 为单位权导线闭合边长度；mβ为测角中误差，按照规范要求，测角中误差mβ = 2. 5″。
最弱点W的点位精度误差是：
4. 2 悬镜法竖井联系测量精度
为满足对中作业要求，多半是将多站边角后方交会技术方案应用于地表测量。洞内地下控制网根据向阳路站底板控制点为控制测量的起算依据（从T1到T4）。起算点是T1、T3，XZ1、XZ2、XZ3……左线延伸控制网一直延伸到挖掘推进中。在返回另一侧作业中，借助转点回到站内T2、T4 完成附和导线，如图6所示。隧道内部使用强制对中观测点。强制对中点设在已成隧道的管片侧壁上，离地面≈1. 5；每隔80 m 设置一对强制对中点，并且左右对称。施测时采用Leica 全站仪、原装精密对中棱镜底座、原装进口高精度专业棱镜。洞内平面控制网施测采用自由设站的后方交会法，控制网的检测要注意满足每站观测4 ～ 6 个点位，完成不少于3个测回动作，测量时按照每个点在不同的测站上的检测不少于2次，单个测站观测距离要在150米以内，相邻的两个测站距离也要满足120 m以内的基本条件，具体按照图7所示。
图6 地下洞内控制网布设示意
图7 地下洞内平面控制网详图示意
在地铁洞内平面控制测量中，强制对中结合后方交会测量的方式也有非常好的高贯通点位精度效果，特别是在地铁隧道超过2千米的时候，其挖掘的进度就有非常明显的领先优势。
（1）测角精度
水平角观测的误差来源包括：
照准误差，
其中注意一点V是望远镜放大倍率。
仪器误差，
其中定义外界条件影响：mV = ±0. 5″，这也只是估算。
目标照准差，
按悬镜最大偏心0. 3 mm、边长100 m 计。
0.6
半测回方向中误差：
水平角观测3个完整的测回，保证误差就是 mβ =±1. 3″。
（2）测边精度
边长测量作3 测回观测（边长按100 m 计算），测距精度：1+1×0. 1 = 1. 1 mm。
一测回精度：
；
三测回测距精度：由于外界因素较多，测边精度多数采用经验值来替代。
（3）测站点点位精度
测站点设置为0，地上控制点A、B 为已知点，井上、井下联系点 P为悬镜点，按照3测回观测的基本要求执行，如图8所示。已知点误差对于常规方法和本方案一样，因此已知点误差忽略不计，按照误差传播定律可得则：
则一个已知点交会测站点O 的点位精度为mO = ±1. 8（mm）。
在2 个已知点交会情况下：mO = ±1. 8 /槡2 = ±1. 3（mm）
（4）悬镜点点位精度分析
根据计算公式，按照误差传播定律推算结果如下：
图8 自由建站示意
根据测量计算结果发现，P 点的点位最小误差为：mP = 1. 2（mm）。根据数据显示，传统的全站仪导线测量方式，分析点位误差值为2.9 毫米；悬镜法的李用悬镜、自由建站、后方交会联系测量点位误差为1. 2 mm。根据表1、2、3实测数据显示，其投点精度的准确性相比于前提升了约3倍。
5 结语
结合测量点位理论方法的分析研究，并统计了一系列实测数据对照分析，形成了一套符合当前我国国情且在实施上更简便，可靠性稳定性高，且高效运作的测量方法一套操作简单、精度高、切实可行的地铁竖井联系测量的方法。在探索应用钢丝配合加可旋转棱镜竖井联系测量方案上，除了操作上的效率提升，其点位精度的准确性也提高了约3倍。地表联系测量选择后方交会，在投保点上确定观测不少于3次以上，这对于大幅度提升联系测量的投点精度有非常好的促进作用，。另外一方面来看，强制对中结合后方交会测量的方式也有非常好的高贯通点位精度效果，特别是在地铁隧道超过2千米的时候，其挖掘的进度效果显著，通常的测量作业中，过程点与点不需要通视配合，保证施工作业的连续性，保证工程顺利施工。
参考文献：
[1]王玉振，包永刚，王建华.地铁竖井联系测量技术研究[J].城市轨道交通研究.2016.07
论文作者:廖志军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：测量论文; 精度论文; 竖井论文; 误差论文; 棱镜论文; 导线论文; 作业论文; 《基层建设》2019年第26期论文;