豎井聯(lián)系測量在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用摘 要 以廣州地鐵的控制測量為例,介紹地鐵施工中豎井聯(lián)系測量的3種方法:陀螺定向法、鉆孔投點法和聯(lián)系三角形法。關(guān)鍵詞 豎井聯(lián)系測量 陀螺定向法 鉆孔投點法 聯(lián)系三角形法 城市地鐵建設(shè)主要是通過豎井提供工作面進行施工,如何保證井下按設(shè)計開挖就成為施工的首要問題。豎井聯(lián)系測量(平面)的目的就是將地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)和方位按要求精度準(zhǔn)確地傳遞給井下導(dǎo)線,為施工提供依據(jù)。筆者根據(jù)參加廣州地鐵控制測量的工作經(jīng)驗,將廣州地鐵豎井聯(lián)系測量所采用的幾種方法總結(jié)如下,供地鐵測量工作參考應(yīng)用。1陀螺定向法 陀螺定向法是采用光學(xué)垂準(zhǔn)儀(或重錘球)投出井上、井下在同一鉛錘線上的點位,根據(jù)井上、井下陀螺定向成果,求算投點在空間的平面夾角,使得井上、井下的導(dǎo)線連成一體,把井上導(dǎo)線坐標(biāo)、方位傳遞到井下導(dǎo)線。 下面以廣州地鐵楊體區(qū)間豎井聯(lián)系測量為例,介紹陀螺定向法實施的特點。1.1儀器設(shè)備 TC1610全站儀,GAK1+T2陀螺經(jīng)緯儀,NL光學(xué)垂準(zhǔn)儀。1.2 作業(yè)實施 (1)豎井投點 井上、井下導(dǎo)線布置情況如圖1所示,供電局、J54、A為井上已知導(dǎo)線點,Z1、Z2、Z3為井下待求導(dǎo)線點。在井口選定T1、T2兩個點位,在井蓋上相應(yīng)位置預(yù)留有可遮蓋的小孔,將垂準(zhǔn)儀置于小孔上方,垂準(zhǔn)儀在井上及井下投下T1和T1′、T2和T2′。T1、T1′在空間上為2個點,但投影到同一平面時就成為1個點;T2、T2′情況相同。井上、井下導(dǎo)線通過投點連成一閉合環(huán)。
(2)陀螺經(jīng)緯儀定向 定向時采用逆轉(zhuǎn)點法進行。對一條邊定向時,完成一端定向為半測回,完成兩端定向為一測回。由于井筒上下不宜安置陀螺經(jīng)緯儀,故井上選擇AJ54為定向邊,井下選擇Z1Z3為定向邊,進行陀螺定向觀測。求出陀螺儀的定向常數(shù),并進行改正。 假定陀螺經(jīng)緯儀測得的AJ54陀螺方位角為N0,Z1Z3陀螺方位角為N5。 (3)導(dǎo)線邊角測量 ①測b0、b1、b4、b5、b6角度; ②量d1、d2、d3、d4、d5、d6邊長。(4)空間夾角計算b2為AT1、T1′Z1在空間上的夾角,b3為AT2、T2′Z2在空間上的夾角。 (5)導(dǎo)線計算 根據(jù)以上導(dǎo)線測量成果,進行導(dǎo)線平差計算。坐標(biāo)、方位從井上導(dǎo)線點傳遞到井下導(dǎo)線點,Z1、Z2、Z3坐標(biāo)成果用于指導(dǎo)施工。1.3工作體會 ①陀螺定向法的主要優(yōu)點是占用井筒時間短、精度高、觀測作業(yè)簡單,在地鐵施工的豎井中均可采用此方法進行聯(lián)系測量,是一種值得推廣應(yīng)用的作業(yè)方法。 ②陀螺定向的實質(zhì)是通過投點、定向,把井上、井下的導(dǎo)線聯(lián)成一體,陀螺經(jīng)緯儀起了測空間邊夾角的作用。 ③陀螺定向應(yīng)選擇固定邊進行,每條邊由不同的觀測員觀測1～2個測回。以后再進行豎井聯(lián)系測量時,陀螺定位應(yīng)在上次定位邊上進行,以利檢核。 ④陀螺定向法的不足之處是陀螺經(jīng)緯儀的價格昂貴,擁有陀螺經(jīng)緯儀的單位較少,難以推廣應(yīng)用。2鉆孔投點法 鉆孔投點法是根據(jù)地鐵淺埋的特點,應(yīng)用一根垂線上平面坐標(biāo)相同的原理而總結(jié)出的豎井聯(lián)系測量方法。下面以廣州地鐵東楊區(qū)間2號豎井為例,對鉆孔投點法作一介紹(如圖2所示)。2.1儀器設(shè)備 東楊區(qū)間按鉆孔投點法進行聯(lián)系測量時,使用的儀器設(shè)備為TC1610全站儀和NL垂準(zhǔn)儀,并聘請有鉆機的單位予以配合。2.2 作業(yè)實施 (1)導(dǎo)線布設(shè) 根據(jù)現(xiàn)場情況,選擇豎井井蓋上一點為T1(利用豎井,不需鉆孔);在已經(jīng)開挖的豎井通道或中線導(dǎo)洞上方選擇一點T2,并用鉆機鉆出約20cm的圓孔。地面投點T1、T2,從地面已知導(dǎo)線SGK24、SGK25、DY 2、DY1引測。 (2)鉆孔和豎井投點 鉆孔投點與豎井投點的方法及要求相同:利用垂準(zhǔn)儀在豎井和鉆孔分別投出井上點T1、T2和井下點T1′、T2′。地下投點T1′、T2′要預(yù)先埋設(shè)固定鋼標(biāo),投點后刻好標(biāo)記。 (3)地面投點坐標(biāo) 地面投點T1、T2邊角測量:測b1、b2、b3、b4角度,量d1、d2、d3邊長。 根據(jù)以上測量成果,計算出T1、T2坐標(biāo)。 (4)地下投點坐標(biāo) 如前所述,因地下投點T1′、T2′和地面投點T1、T2分別位于同一根垂線上,所以取T1′坐標(biāo)等于T1坐標(biāo),T2′坐標(biāo)等于T2坐標(biāo)。T1′、T2′用于指導(dǎo)洞內(nèi)施工。2.3工作體會 ①鉆孔投點法是一種適合于淺埋(埋深小于30m)工程的豎井聯(lián)系測量方法,具有作業(yè)時間短、測量精度高、簡單直觀、容易操作的特點。當(dāng)具有鉆孔條件時,地鐵豎井應(yīng)優(yōu)先考慮采用此法進行聯(lián)系測量。 ②當(dāng)工程埋深大于30m時,應(yīng)結(jié)合鉆孔費用、投點誤差、投點作業(yè)環(huán)境等具體情況,慎重考慮是否采用鉆孔投點法。 ③鉆孔投點距離以大于150m為宜,以減少投點誤差對坐標(biāo)方位的影響。 ④鉆孔投點法不足之處是準(zhǔn)備工作繁多,如恢復(fù)地面中線,確定投點位置;尋找鉆孔隊伍,現(xiàn)場鉆孔等;不利于鉆孔投點法的推廣應(yīng)用。3聯(lián)系三角形法 聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)的豎井聯(lián)系測量方法。下面以黃沙盾構(gòu)豎井聯(lián)系測量為例對聯(lián)系三角形法作一介紹(如圖3所示)。3.1儀器設(shè)備TC1800全站儀;10kg重錘2個;Φ0.5mm高強鋼絲60m;小絞車、導(dǎo)向滑輪及經(jīng)過比長的鋼卷尺等。3.2 作業(yè)實施 (1)導(dǎo)線布設(shè) 導(dǎo)線布設(shè)情況如圖3。垂線1、垂線2是通過豎井絞車及導(dǎo)向滑輪懸掛并吊有垂錘的高強鋼絲。Z、A為已知的地面導(dǎo)線點,B、G為待求的井下導(dǎo)線點,井下、井上三角形布設(shè)時應(yīng)滿足下列要求:①垂線邊距a、a′應(yīng)盡量布置長些; ②e、f、e′、f′角度應(yīng)盡量小,最大不應(yīng)大于2°; ③b/a、b′/a′'之比值應(yīng)盡量小,最大值不應(yīng)大于1 5。 (2)三角形測量 ①測e、f、e′、f′角度; ②量a、b、c、a′、b′、c′邊長。 (3)三角形平差計算 根據(jù)a、b、c、f求j:sinj=bsinf/a c的計算值:c算=bcosf+asinj c的不符值:h=c算-c a邊改正值:Δa=-h/4 b邊改正值:Δb=-h/4 c邊改正值:Δc=h/2 以改正后的邊長a、b、c為平差值,按正弦定理計算出i、j,即為平差后的角值。f改正很小,仍采用原測角值。 采用上述方法可計算出井下三角形平差后的邊角a′、b′、c′、i′、j′。f′改正很小,仍采用原測角值。(4)坐標(biāo)和方位傳遞計算 已知A點坐標(biāo)為XA、YA,AZ方位角為Z0。根據(jù)平差后的三角形邊角進行計算。 ①BG方位角Z0′ AF方位角Z1=Z0+e FE方位角Z2=Z1+180+j E′B方位角Z3=Z2+180-j′ 求算邊BG方位角Z0′=Z3+180+e′ ②B點坐標(biāo) XB=XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3 YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3(5)重復(fù)觀測 進行聯(lián)系三角形測量時,為保證精度,要重復(fù)觀測數(shù)組。每組只將兩垂線位置稍加移動,測量方法完全相同。由各組推算井下同一導(dǎo)線點之坐標(biāo)和同一導(dǎo)線邊之坐標(biāo)方位角。各組數(shù)值互差滿足限差規(guī)定時,取各組的平均值作為該次測量的最后成果。3.3工作體會 聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)的豎井幾何聯(lián)系測量方法,存在設(shè)備笨重、工序繁多、工作時間長、勞動強度大等不足,與其他方法相比已顯得比較落后。只是在不具備其他方法作業(yè)條件的情況下,可采用此法進行豎井聯(lián)系測量。參考文獻［1］ TB10101—99 新建鐵路工程測量規(guī)范［S］［2］ GB50308—1999 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范［S］［3］ GB50026—93 工程測量規(guī)范［S］
(2)陀螺經(jīng)緯儀定向 定向時采用逆轉(zhuǎn)點法進行。對一條邊定向時,完成一端定向為半測回,完成兩端定向為一測回。由于井筒上下不宜安置陀螺經(jīng)緯儀,故井上選擇AJ54為定向邊,井下選擇Z1Z3為定向邊,進行陀螺定向觀測。求出陀螺儀的定向常數(shù),并進行改正。 假定陀螺經(jīng)緯儀測得的AJ54陀螺方位角為N0,Z1Z3陀螺方位角為N5。 (3)導(dǎo)線邊角測量 ①測b0、b1、b4、b5、b6角度; ②量d1、d2、d3、d4、d5、d6邊長。(4)空間夾角計算b2為AT1、T1′Z1在空間上的夾角,b3為AT2、T2′Z2在空間上的夾角。 (5)導(dǎo)線計算 根據(jù)以上導(dǎo)線測量成果,進行導(dǎo)線平差計算。坐標(biāo)、方位從井上導(dǎo)線點傳遞到井下導(dǎo)線點,Z1、Z2、Z3坐標(biāo)成果用于指導(dǎo)施工。1.3工作體會 ①陀螺定向法的主要優(yōu)點是占用井筒時間短、精度高、觀測作業(yè)簡單,在地鐵施工的豎井中均可采用此方法進行聯(lián)系測量,是一種值得推廣應(yīng)用的作業(yè)方法。 ②陀螺定向的實質(zhì)是通過投點、定向,把井上、井下的導(dǎo)線聯(lián)成一體,陀螺經(jīng)緯儀起了測空間邊夾角的作用。 ③陀螺定向應(yīng)選擇固定邊進行,每條邊由不同的觀測員觀測1～2個測回。以后再進行豎井聯(lián)系測量時,陀螺定位應(yīng)在上次定位邊上進行,以利檢核。 ④陀螺定向法的不足之處是陀螺經(jīng)緯儀的價格昂貴,擁有陀螺經(jīng)緯儀的單位較少,難以推廣應(yīng)用。2鉆孔投點法 鉆孔投點法是根據(jù)地鐵淺埋的特點,應(yīng)用一根垂線上平面坐標(biāo)相同的原理而總結(jié)出的豎井聯(lián)系測量方法。下面以廣州地鐵東楊區(qū)間2號豎井為例,對鉆孔投點法作一介紹(如圖2所示)。2.1儀器設(shè)備 東楊區(qū)間按鉆孔投點法進行聯(lián)系測量時,使用的儀器設(shè)備為TC1610全站儀和NL垂準(zhǔn)儀,并聘請有鉆機的單位予以配合。2.2 作業(yè)實施 (1)導(dǎo)線布設(shè) 根據(jù)現(xiàn)場情況,選擇豎井井蓋上一點為T1(利用豎井,不需鉆孔);在已經(jīng)開挖的豎井通道或中線導(dǎo)洞上方選擇一點T2,并用鉆機鉆出約20cm的圓孔。地面投點T1、T2,從地面已知導(dǎo)線SGK24、SGK25、DY 2、DY1引測。 (2)鉆孔和豎井投點 鉆孔投點與豎井投點的方法及要求相同:利用垂準(zhǔn)儀在豎井和鉆孔分別投出井上點T1、T2和井下點T1′、T2′。地下投點T1′、T2′要預(yù)先埋設(shè)固定鋼標(biāo),投點后刻好標(biāo)記。 (3)地面投點坐標(biāo) 地面投點T1、T2邊角測量:測b1、b2、b3、b4角度,量d1、d2、d3邊長。 根據(jù)以上測量成果,計算出T1、T2坐標(biāo)。 (4)地下投點坐標(biāo) 如前所述,因地下投點T1′、T2′和地面投點T1、T2分別位于同一根垂線上,所以取T1′坐標(biāo)等于T1坐標(biāo),T2′坐標(biāo)等于T2坐標(biāo)。T1′、T2′用于指導(dǎo)洞內(nèi)施工。2.3工作體會 ①鉆孔投點法是一種適合于淺埋(埋深小于30m)工程的豎井聯(lián)系測量方法,具有作業(yè)時間短、測量精度高、簡單直觀、容易操作的特點。當(dāng)具有鉆孔條件時,地鐵豎井應(yīng)優(yōu)先考慮采用此法進行聯(lián)系測量。 ②當(dāng)工程埋深大于30m時,應(yīng)結(jié)合鉆孔費用、投點誤差、投點作業(yè)環(huán)境等具體情況,慎重考慮是否采用鉆孔投點法。 ③鉆孔投點距離以大于150m為宜,以減少投點誤差對坐標(biāo)方位的影響。 ④鉆孔投點法不足之處是準(zhǔn)備工作繁多,如恢復(fù)地面中線,確定投點位置;尋找鉆孔隊伍,現(xiàn)場鉆孔等;不利于鉆孔投點法的推廣應(yīng)用。3聯(lián)系三角形法 聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)的豎井聯(lián)系測量方法。下面以黃沙盾構(gòu)豎井聯(lián)系測量為例對聯(lián)系三角形法作一介紹(如圖3所示)。3.1儀器設(shè)備TC1800全站儀;10kg重錘2個;Φ0.5mm高強鋼絲60m;小絞車、導(dǎo)向滑輪及經(jīng)過比長的鋼卷尺等。3.2 作業(yè)實施 (1)導(dǎo)線布設(shè) 導(dǎo)線布設(shè)情況如圖3。垂線1、垂線2是通過豎井絞車及導(dǎo)向滑輪懸掛并吊有垂錘的高強鋼絲。Z、A為已知的地面導(dǎo)線點,B、G為待求的井下導(dǎo)線點,井下、井上三角形布設(shè)時應(yīng)滿足下列要求:①垂線邊距a、a′應(yīng)盡量布置長些; ②e、f、e′、f′角度應(yīng)盡量小,最大不應(yīng)大于2°; ③b/a、b′/a′'之比值應(yīng)盡量小,最大值不應(yīng)大于1 5。 (2)三角形測量 ①測e、f、e′、f′角度; ②量a、b、c、a′、b′、c′邊長。 (3)三角形平差計算 根據(jù)a、b、c、f求j:sinj=bsinf/a c的計算值:c算=bcosf+asinj c的不符值:h=c算-c a邊改正值:Δa=-h/4 b邊改正值:Δb=-h/4 c邊改正值:Δc=h/2 以改正后的邊長a、b、c為平差值,按正弦定理計算出i、j,即為平差后的角值。f改正很小,仍采用原測角值。 采用上述方法可計算出井下三角形平差后的邊角a′、b′、c′、i′、j′。f′改正很小,仍采用原測角值。(4)坐標(biāo)和方位傳遞計算 已知A點坐標(biāo)為XA、YA,AZ方位角為Z0。根據(jù)平差后的三角形邊角進行計算。 ①BG方位角Z0′ AF方位角Z1=Z0+e FE方位角Z2=Z1+180+j E′B方位角Z3=Z2+180-j′ 求算邊BG方位角Z0′=Z3+180+e′ ②B點坐標(biāo) XB=XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3 YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3(5)重復(fù)觀測 進行聯(lián)系三角形測量時,為保證精度,要重復(fù)觀測數(shù)組。每組只將兩垂線位置稍加移動,測量方法完全相同。由各組推算井下同一導(dǎo)線點之坐標(biāo)和同一導(dǎo)線邊之坐標(biāo)方位角。各組數(shù)值互差滿足限差規(guī)定時,取各組的平均值作為該次測量的最后成果。3.3工作體會 聯(lián)系三角形法是一種傳統(tǒng)的豎井幾何聯(lián)系測量方法,存在設(shè)備笨重、工序繁多、工作時間長、勞動強度大等不足,與其他方法相比已顯得比較落后。只是在不具備其他方法作業(yè)條件的情況下,可采用此法進行豎井聯(lián)系測量。參考文獻［1］ TB10101—99 新建鐵路工程測量規(guī)范［S］［2］ GB50308—1999 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范［S］［3］ GB50026—93 工程測量規(guī)范［S］
