豎井聯系測量在地鐵建設中的應用摘 要 以廣州地鐵的控制測量為例,介紹地鐵施工中豎井聯系測量的3種方法:陀螺定向法、鉆孔投點法和聯系三角形法。關鍵詞 豎井聯系測量 陀螺定向法 鉆孔投點法 聯系三角形法 城市地鐵建設主要是通過豎井提供工作面進行施工,如何保證井下按設計開挖就成為施工的首要問題。豎井聯系測量(平面)的目的就是將地面控制網的坐標和方位按要求精度準確地傳遞給井下導線,為施工提供依據。筆者根據參加廣州地鐵控制測量的工作經驗,將廣州地鐵豎井聯系測量所采用的幾種方法總結如下,供地鐵測量工作參考應用。1陀螺定向法 陀螺定向法是采用光學垂準儀(或重錘球)投出井上、井下在同一鉛錘線上的點位,根據井上、井下陀螺定向成果,求算投點在空間的平面夾角,使得井上、井下的導線連成一體,把井上導線坐標、方位傳遞到井下導線。 下面以廣州地鐵楊體區間豎井聯系測量為例,介紹陀螺定向法實施的特點。1.1儀器設備 TC1610全站儀,GAK1+T2陀螺經緯儀,NL光學垂準儀。1.2 作業實施 (1)豎井投點 井上、井下導線布置情況如圖1所示,供電局、J54、A為井上已知導線點,Z1、Z2、Z3為井下待求導線點。在井口選定T1、T2兩個點位,在井蓋上相應位置預留有可遮蓋的小孔,將垂準儀置于小孔上方,垂準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、井下導線通過投點連成一閉合環。
(2)陀螺經緯儀定向 定向時采用逆轉點法進行。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,并進行改正。 假定陀螺經緯儀測得的AJ54陀螺方位角為N0,Z1Z3陀螺方位角為N5。 (3)導線邊角測量 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)導線計算 根據以上導線測量成果,進行導線平差計算。坐標、方位從井上導線點傳遞到井下導線點,Z1、Z2、Z3坐標成果用于指導施工。1.3工作體會 ①陀螺定向法的主要優點是占用井筒時間短、精度高、觀測作業簡單,在地鐵施工的豎井中均可采用此方法進行聯系測量,是一種值得推廣應用的作業方法。 ②陀螺定向的實質是通過投點、定向,把井上、井下的導線聯成一體,陀螺經緯儀起了測空間邊夾角的作用。 ③陀螺定向應選擇固定邊進行,每條邊由不同的觀測員觀測1～2個測回。以后再進行豎井聯系測量時,陀螺定位應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緯儀的價格昂貴,擁有陀螺經緯儀的單位較少,難以推廣應用。2鉆孔投點法 鉆孔投點法是根據地鐵淺埋的特點,應用一根垂線上平面坐標相同的原理而總結出的豎井聯系測量方法。下面以廣州地鐵東楊區間2號豎井為例,對鉆孔投點法作一介紹(如圖2所示)。2.1儀器設備 東楊區間按鉆孔投點法進行聯系測量時,使用的儀器設備為TC1610全站儀和NL垂準儀,并聘請有鉆機的單位予以配合。2.2 作業實施 (1)導線布設 根據現場情況,選擇豎井井蓋上一點為T1(利用豎井,不需鉆孔);在已經開挖的豎井通道或中線導洞上方選擇一點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′要預先埋設固定鋼標,投點后刻好標記。 (3)地面投點坐標 地面投點T1、T2邊角測量:測b1、b2、b3、b4角度,量d1、d2、d3邊長。 根據以上測量成果,計算出T1、T2坐標。 (4)地下投點坐標 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′坐標等于T1坐標,T2′坐標等于T2坐標。T1′、T2′用于指導洞內施工。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)工程的豎井聯系測量方法,具有作業時間短、測量精度高、簡單直觀、容易操作的特點。當具有鉆孔條件時,地鐵豎井應優先考慮采用此法進行聯系測量。 ②當工程埋深大于30m時,應結合鉆孔費用、投點誤差、投點作業環境等具體情況,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方位的影響。 ④鉆孔投點法不足之處是準備工作繁多,如恢復地面中線,確定投點位置;尋找鉆孔隊伍,現場鉆孔等;不利于鉆孔投點法的推廣應用。3聯系三角形法 聯系三角形法是一種傳統的豎井聯系測量方法。下面以黃沙盾構豎井聯系測量為例對聯系三角形法作一介紹(如圖3所示)。3.1儀器設備TC1800全站儀;10kg重錘2個;Φ0.5mm高強鋼絲60m;小絞車、導向滑輪及經過比長的鋼卷尺等。3.2 作業實施 (1)導線布設 導線布設情況如圖3。垂線1、垂線2是通過豎井絞車及導向滑輪懸掛并吊有垂錘的高強鋼絲。Z、A為已知的地面導線點,B、G為待求的井下導線點,井下、井上三角形布設時應滿足下列要求:①垂線邊距a、a′應盡量布置長些; ②e、f、e′、f′角度應盡量小,最大不應大于2°; ③b/a、b′/a′'之比值應盡量小,最大值不應大于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)坐標和方位傳遞計算 已知A點坐標為XA、YA,AZ方位角為Z0。根據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 XB=XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3 YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3(5)重復觀測 進行聯系三角形測量時,為保證精度,要重復觀測數組。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線點之坐標和同一導線邊之坐標方位角。各組數值互差滿足限差規定時,取各組的平均值作為該次測量的最后成果。3.3工作體會 聯系三角形法是一種傳統的豎井幾何聯系測量方法,存在設備笨重、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條件的情況下,可采用此法進行豎井聯系測量。參考文獻［1］ TB10101—99 新建鐵路工程測量規范［S］［2］ GB50308—1999 地下鐵道、輕軌交通工程測量規范［S］［3］ GB50026—93 工程測量規范［S］
(2)陀螺經緯儀定向 定向時采用逆轉點法進行。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,并進行改正。 假定陀螺經緯儀測得的AJ54陀螺方位角為N0,Z1Z3陀螺方位角為N5。 (3)導線邊角測量 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)導線計算 根據以上導線測量成果,進行導線平差計算。坐標、方位從井上導線點傳遞到井下導線點,Z1、Z2、Z3坐標成果用于指導施工。1.3工作體會 ①陀螺定向法的主要優點是占用井筒時間短、精度高、觀測作業簡單,在地鐵施工的豎井中均可采用此方法進行聯系測量,是一種值得推廣應用的作業方法。 ②陀螺定向的實質是通過投點、定向,把井上、井下的導線聯成一體,陀螺經緯儀起了測空間邊夾角的作用。 ③陀螺定向應選擇固定邊進行,每條邊由不同的觀測員觀測1～2個測回。以后再進行豎井聯系測量時,陀螺定位應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緯儀的價格昂貴,擁有陀螺經緯儀的單位較少,難以推廣應用。2鉆孔投點法 鉆孔投點法是根據地鐵淺埋的特點,應用一根垂線上平面坐標相同的原理而總結出的豎井聯系測量方法。下面以廣州地鐵東楊區間2號豎井為例,對鉆孔投點法作一介紹(如圖2所示)。2.1儀器設備 東楊區間按鉆孔投點法進行聯系測量時,使用的儀器設備為TC1610全站儀和NL垂準儀,并聘請有鉆機的單位予以配合。2.2 作業實施 (1)導線布設 根據現場情況,選擇豎井井蓋上一點為T1(利用豎井,不需鉆孔);在已經開挖的豎井通道或中線導洞上方選擇一點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′要預先埋設固定鋼標,投點后刻好標記。 (3)地面投點坐標 地面投點T1、T2邊角測量:測b1、b2、b3、b4角度,量d1、d2、d3邊長。 根據以上測量成果,計算出T1、T2坐標。 (4)地下投點坐標 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′坐標等于T1坐標,T2′坐標等于T2坐標。T1′、T2′用于指導洞內施工。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)工程的豎井聯系測量方法,具有作業時間短、測量精度高、簡單直觀、容易操作的特點。當具有鉆孔條件時,地鐵豎井應優先考慮采用此法進行聯系測量。 ②當工程埋深大于30m時,應結合鉆孔費用、投點誤差、投點作業環境等具體情況,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方位的影響。 ④鉆孔投點法不足之處是準備工作繁多,如恢復地面中線,確定投點位置;尋找鉆孔隊伍,現場鉆孔等;不利于鉆孔投點法的推廣應用。3聯系三角形法 聯系三角形法是一種傳統的豎井聯系測量方法。下面以黃沙盾構豎井聯系測量為例對聯系三角形法作一介紹(如圖3所示)。3.1儀器設備TC1800全站儀;10kg重錘2個;Φ0.5mm高強鋼絲60m;小絞車、導向滑輪及經過比長的鋼卷尺等。3.2 作業實施 (1)導線布設 導線布設情況如圖3。垂線1、垂線2是通過豎井絞車及導向滑輪懸掛并吊有垂錘的高強鋼絲。Z、A為已知的地面導線點,B、G為待求的井下導線點,井下、井上三角形布設時應滿足下列要求:①垂線邊距a、a′應盡量布置長些; ②e、f、e′、f′角度應盡量小,最大不應大于2°; ③b/a、b′/a′'之比值應盡量小,最大值不應大于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)坐標和方位傳遞計算 已知A點坐標為XA、YA,AZ方位角為Z0。根據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 XB=XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3 YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3(5)重復觀測 進行聯系三角形測量時,為保證精度,要重復觀測數組。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線點之坐標和同一導線邊之坐標方位角。各組數值互差滿足限差規定時,取各組的平均值作為該次測量的最后成果。3.3工作體會 聯系三角形法是一種傳統的豎井幾何聯系測量方法,存在設備笨重、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條件的情況下,可采用此法進行豎井聯系測量。參考文獻［1］ TB10101—99 新建鐵路工程測量規范［S］［2］ GB50308—1999 地下鐵道、輕軌交通工程測量規范［S］［3］ GB50026—93 工程測量規范［S］
