一井定向在地铁隧道竖井联系测量中的应用

一井定向在地铁隧道竖井联系测量中的
应用
摘要：我国正处于一个飞速发展的时期，各中大型城市都在发展自己的地铁线路，在城市地铁建设中，为了能够准确定位，引导地下隧道工程前进的方位，常采用联系测量法，而常用的有一井定向和二井定向，本文从一井定向作业法，并从计算的角度分了一井定向的数据处理，以及对一井定向的测量方式进行简单介绍，并从连接三角形法对称以及不对称的情况下和提高地下定向边精度就如何提高联系测量的精度进行了探讨。

以期对我国地铁施工项目中的更为精准高效的施工提供一定参考和帮助。

关键词：一井定向地铁隧道竖井联系测量
引言
地下空间作业没有直接的参照基准，需要将地面的已知坐标、方位及高程传递到地下，称之为竖井联系测量，通过这种传递方式可以将地面以及井下的坐标置于统一的坐标系下，从而为地铁隧道施工提供精确的指引，从而保证后续的隧道施工能够精准贯通。

竖井联系测量分为平面联系测量和高程联系测量。

本文在前人实践的基础上对一井竖井联系测量的作业方法以及数据处理的简单介绍，随后对如何提高联系测量精度进行了探究，从而为后续地铁隧道竖井联系测量工作提高作业精度提供帮助。

1.平面联系测量
常用的地铁隧道联系测量办法中，平面联系测量包括导线直传、一井定向、二井定向和陀螺经纬仪定向，本文则介绍一井定向法。

1.1一井定向法
一井定向法是指在一个工作竖井内进行定向测量，其主要工作包括投点和连接。

所谓投点，就是在竖井内自由悬挂两根或三根钢丝，当采用三根钢丝可以构
成两个联系三角形，达到检核条件并可提高一井定向测量的精度。

连接是指的是
从井上的一个近井点测量钢丝的角度以及距离等数据，正式施工时架设悬挂的钢
丝已知其方位角和坐标，根据已知的计算方式可以计算出地下最初地下施工边的
坐标和方位角，而这种计算方式就是连接三角形法。

1.2一井定向作业方法
（1）于地面井口附近布点。

在隧道竖井的附近布置一个参考点，称之为近
井点，近井点要能够与地面精密导线点之间能够通视，构成附和导线或导线网。

平面近井点要按照精密导线测量要求实施，最短边不小于50m。

近井点应尽量选
择在地铁隧道轴线上方，并设置强制对中装置，以减少对中误差对上下井方位角
传递的影响。

如果不采用强制队中点，近井点也应采用与地面精密导线点类似的
控制点，保证对中误差控制在1mm以内，减少仪器对中点误差对测量结果的影响。

（2）悬挂的钢丝宜选择直径0.3毫米,如果钢丝的直径太大,不容易瞄准中
心钢丝，在测量过程中误差较大。

吊钢丝时，需要在地面井口及井下钢丝适当位
置应粘贴多张反射片，各反射片之间应该有一定的旋转角,以确保总是会有一个
反射片能够正面朝向测量仪器。

底部固定钢丝时,应该在钢丝的底部挂10公斤重锤，并置于阻尼液中（可采用废机油或液压油），以确保重锤迅速稳定并在测量
过程中保持静止。

测站点与钢丝间构成的联系三角形应满足：悬挂钢丝的距离应
尽可能长；联系三角形锐角小于1°，构成直伸三角形；a/c，a′/c′的值不超
过1.5。

（3）联系测量时，井上井下使用两台精度不低于1″全站仪同步观测，角度
测量采用全圆方向观测法，观测4测回，各测回间角度差值应小于6″。

距离测量，采用全站仪测量地面近井点与钢丝的距离和井下测站点与钢丝的距离，观测
4个读数，并加入大气和温度改正。

1.3一井定向数据处理
（1）联系三角形平差计算
根据余弦定理，两根导线之间的距离由公式计算得出。

根据公式计算出两条
钢丝之间的距离，并核对计算和测量的距离。

根据公式，计算出三角形三个边对
应的正确边长数。

根据正弦方程，分别计算两个夹角，余弦定律应计算井距测量
值的平均值。

根据公式计算三角形的内角和闭合误差，分别得到两个角的修正数，并进行修正。

同理，可以计算出井下三角形的每个未知单元。

（2）地下导线起始方位角推算
已知地面起始方向的方位角、地面连接角和地下连接角，根据导线的计算方法，依据两个连接三角形计算的连接角计算地下起始边的方位角。

计算时，应根
据传输方向选择通过长边小角的路线。

2.联系测量精度提高的探讨
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竖井联系测量的精度对盾构隧道掘进起着决定性的作用，直接影响着隧道的
施工质量。

控制点坐标误差使地下导线点发生偏移，而隧道贯通误差属于系统误
差的方位传递误差，会使地下导线的方位角偏离正确位置，因此地下导线起始边
的方位角精度要求较高。

一井定向联系三角形法是通过测量悬挂在竖井的钢丝，
得到各边的长度和导线的水平角。

根据支导线的计算方法，可以实现将坐标从站
点转移到竖井钢丝的方法，即由多个导线点组成。

在坐标传递过程中，钢丝相当
于地下的起点，起点的精度直接决定了地下线测量的精度和质量。

这种杂散在传
输过程中缺乏严格的数据处理和错误分布。

数据的闭合处理可实现图形化标定和
误差分布，满足地下测点坐标和起始边方位角的精度。

2.1连接三角形法不对称的情况下
连接非对称三角形的方法是指地面连接三角形和地下连接三角形的两侧在两
根导线之间不相连，因此在地面上只能选择一根闭合线进行数据处理，可以选择
一根闭合线用于井下数据处理。

在计算闭合三角形的时候，为井下数据提供了一
个比较准确的起点，保证井下起始边方位角的准确性和可靠性，可以避免联系测量结果误差较大的影响。

2.2连接三角形法对称的情况下
连接三角形法的对称性是指地面连接三角形和地下连接三角形在两条钢丝的两侧。

通过选择地面和地下投影，使投影线重合，使得上下两个连接三角形投影成一个四边形，可以作为导线使用。

由于数据处理，为了调整和分配角度平差和坐标增量闭合差，计算比较严格的起点和钢丝坐标，为井下导线测量提供更准确的起点数据。

2.3提高地下定向边精度
地下起算边的坐标方位角误差对隧道的贯通误差的影响与隧道长度成正比例关系，影响着隧道的贯通质量。

而且随着地铁盾构长距离隧道的不断增多，仅依靠竖井联系测量的起始边的坐标方位角精度难以保证定向精度的要求，因此需要增加陀螺定向测量，来检核和校准井下定向边的坐标方位角，可以有效减小井下定向误差的积累。

3.结束语
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在城市轨道交通工程建设过程中，竖井联系测量环节是至关重要的环节，直接影响隧道的坐标和方位角能否通达，通过对传统的一井定向连接三角法计算导线与约束平差闭合导线法相结合的方法，保证了隧道井下起算边精度的安全性，同时通过增加陀螺定向边的测量，确保了井下定向边方位角的准确性。

在工程实践中，要充分重视每一个环节，提高联系测量的准确性和可靠性，避免由于联系测量结果误差而引起的工程质量事故。

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