陀螺全站仪在城市轨道交通工程测量中的应用

地球自转的影响ꎬ实现自动寻找北方向ꎬ能准确测定地
上或地下任意测站的真北方向和某一方向的真北方位
角ꎮ 陀螺定向原理关系图如图 ４ 所示ꎮ
图 ４ 陀螺定向原理关系图
在高斯投影下的坐标系中ꎬ任一测线的真北方位
角与坐标方位角存在以下关系:
Ａ ＝ α ＋γ ＝ △ ＋α Ｔ
其中:Ａ 为真北方位角ꎬα 为坐标方位角ꎬγ 为测站
２０２０ 年 ５ 月
Ｍａｙ.２０２０
城 市 勘 测
第２期
Ｕｒｂａｎ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ＆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ
Ｎｏ.２
引文格式:郭庆坤ꎬ全金谊ꎬ隋俭武等. 陀螺全站仪在城市轨道交通工程测量中的应用[ Ｊ] . 城市勘测ꎬ２０２０(２) :１６０－１６３.
文章编号:１６７２－８２６２(２０２０)０２－１６０－０４
用的布设方法有闭合导线、交叉双导线和全导线网ꎮ
２ １ 闭合导线
全导线网的布设和测量形式ꎬ与轨道交通 ＣＰⅢ测
控制点全部进行测边测角ꎬ具体布设形式如图 ３ 所示ꎮ
度ꎬ适用于大部分隧道 [３] ꎬ但测量作业工作量较大ꎮ
对于城市轨道交通隧道ꎬ可以根据具体的隧道线
闭合导线是常规导线布设方法ꎬ由车站底板平面
风井ꎮ 济南轨道交通 Ｒ２ 线一期工程平面控制网采用
济南市独立坐标系ꎬ某标段隧道内控制网布设为全导
线网ꎬ隧道内全导线网示意图如图 ５ 所示ꎮ 测量仪器
采用 ＴＳ５０ 高精度全站仪ꎬ测角标称精度为±０ ５″ꎬ测距
标称精度为±(０.６ ｍｍ ＋ １ ｐｐｍ ×Ｄ) ꎬ利用仪器中多测回
测角功能施测ꎬ每个测站角度和距离均测量 ４ 个测回ꎬ
控制点起算ꎬ沿隧道一侧测量边角ꎬ从隧道另一侧闭合
形、施工方法以及进度节点ꎬ合理的选择隧道内平面控
制网的布设方法ꎮ
到同一对车站底板平面控制点ꎬ布设形式如图 １ 所示ꎬ
该布设方法具有一定的检核条件和图形强度ꎬ且形式
简单、测量工作量较小ꎮ
图 ３ 全导线网布设形式图
图 １ 闭合导线布设形式图
∗ 收稿日期:２０１９—０７—１９
点子午线收敛角ꎬα Ｔ 为陀螺方位角ꎬ△为仪器常数ꎮ
在地上已知点 Ｃ 架设仪器ꎬ根据地上已知测站点
坐标方位角 α０ 、子午线收敛角 γ ０ 和测得的地上已知边
陀螺方位角 α Ｔ ꎬ利用式(１) ꎬ求得仪器常数:
△ ＝ α０ ＋γ ０ －α Ｔ
(２)
在地下未知点架设仪器ꎬ根据求得的仪器常数△ꎬ
地下未知边测站点测得的陀螺方位角 α ′Ｔ 和地下测站
４ １ 外业测量
以« 城市轨道交通工程测 量 规 范» ＧＢ / Ｔ ５０３０８ －
２０１７ 和« 济南轨道交通集团工程测量管理办法» 济轨
发[２０１６]３８ 号为作业指导和依据ꎬ分别在盾构机掘进
至约 ７５０ ｍ和约 １ ３５０ ｍ时对左右线隧道内各两条待
定边进行陀螺定向测量ꎬ根据« 城市轨道交通工程测量
测量时按照测点的气压、温度状况ꎬ校正气象数据常
数ꎮ 测量过程中对各项观测限差严格控制ꎬ保证外业
采集数据的可靠性 [５] ꎮ
为保证地下隧道顺利贯通ꎬ利用 ＢＴＪ －５(标称精度±
５″)陀螺全站仪ꎬ根据盾构机掘进里程节点ꎬ在某区间左
右线隧道内分别选择了两条未知边进行了陀螺定向测
量ꎮ 对隧道内导线方位角进行了检核ꎬ并对 ４ 条陀螺定
线相对于闭合导线ꎬ避免了靠近隧道壁的边长测量ꎬ而
快、效率高的优势ꎬ成为许多大中型城市解决交通拥挤情
采用隧道两侧控制点交叉测量边长的方法ꎬ布设形式
随着城市的发展ꎬ人口的增多ꎬ城市交通成为制约城
况的最佳选择 ꎮ 城市轨道交通隧道内平面控制网的布
[１]
设主要是导线法ꎬ但随着导线距离的延伸、测站数的增多ꎬ
交叉双导线与闭合导线类似ꎬ不同的是ꎬ交叉双导
３ 陀螺全站仪定向原理
陀螺全站仪是陀螺仪与全站仪的结合 [４] ꎬ它基于
作者简介:郭庆坤(１９８９—) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事轨道交通工程测量相关工作ꎮ
第２期
郭庆坤等 陀螺全站仪在城市轨道交通工程测量中的应用
陀螺仪本身的物理特性:定轴性和进动性ꎮ 同时敏感
１６１
向边数据的内符合精度和外符合精度进行了分析ꎮ
如图 ２ 所示ꎮ 该方法工作量与闭合导线相当ꎬ具有较
强的图形强度ꎬ精度较高ꎬ可有效减小横向贯通误差ꎮ
测量误差会逐渐累积ꎬ导致导线方位角的精度降低ꎮ 为
有效检核隧道内导线方位角的可靠性ꎬ减少隧道内导线
控制网的测角误差ꎬ提高隧道内平面控制网的精度ꎬ一方
面可以按照时间或里程节点要求对隧道内导线进行复
测ꎬ另一方面可以在地铁隧道内加测陀螺定向边ꎬ对隧道
用ꎬ介绍了测量过程ꎬ并对测量结果进行了分析ꎬ从内符合精度和外符合精度验证了仪器的稳定性和数据的可靠性ꎬ论证
了陀螺全站仪的定向精度满足城市轨道交通工程测量要求ꎬ可以有效检核地铁隧道内导线方位角的可靠性ꎮ
关键词:陀螺全站仪ꎻ城市轨道交通ꎻ平面控制网ꎻ陀螺定向ꎻ精度
１ 引 言
２ ２ 交叉双导线
市发展的一大因素ꎮ 城市轨道交通因其客运量大、速度
中图分类号:Ｐ２５８
文献标识码:Ｂ
陀螺全站仪在城市轨道交通工程测量中的应用
郭庆坤 ∗ ꎬ全金谊ꎬ隋俭武ꎬ朱君
( 济南市勘察测绘研究院ꎬ山东 济南 ２５０１０１)
摘 要:为探讨陀螺全站仪在城市轨道交通工程测量中的应用ꎬ文中总结了城市轨道交通隧道内平面控制网的常用布设
方法ꎬ介绍了陀螺全站仪的定向原理ꎮ 以 ＢＴＪ－５ 陀螺全站仪的应用为例ꎬ探讨了陀螺全站仪在城市轨道交通测量中的作
点子午线收敛角 γꎬ即可得地下未知边坐标方位角:
α ＝ △ ＋α ′Ｔ －γ
图 ５ 全导线网示意图(１)Biblioteka (３)４ 工程实例
本文以济南轨道交通 Ｒ２ 线一期工程某标段地下
区间的陀螺定向工作为例进行分析ꎮ 该区间起点里程
Ｋ２ ＋ １４２ꎬ终点里程 Ｋ５ ＋ ６１３ꎬ区间全长 ３ ４７２ ｍꎬ采用盾
构法施工ꎬ线间距 １１ ｍ ~ １４ ｍꎬ在 Ｋ４ ＋ ２８５ 处设置区间
图 ２ 交叉双导线布设形式图
内导线方位角进行有效改善[２] ꎬ提高贯通精度ꎮ
２ ３ 全导线网
２ 城市轨道交通隧道内平面控制网布设
量相似ꎬ即在每一个测站点上ꎬ把前后具备通视条件的
和结构ꎬ只能按照隧道线形布设成狭长网形ꎬ目前ꎬ常
全导线网的布设增加了网形强度ꎬ提高了横向贯通精
城市轨道交通隧道内平面控制网受限于隧道形状