地铁竖井联系测量方法论文

地铁竖井联系测量方法论文【摘要】：随着社会的发展，越来越多的城市开始修建地铁。

修建城市地铁离不开施工竖井，而竖井联系测量是地铁隧道能够顺利贯通的重要保证。

本文通过深圳地铁施工竖井联系测量的实践，介绍施工竖井联系测量的常用方法，并对各种方法的特点及优劣进行分析。

【主题词】：竖井联系测量方法随着我国经济的快速发展，城市规模不断扩大，堵车现象也日趋严重，给人们日常出行带来了很多不便。

为了解决这一矛盾，越来越多的城市开始修建地铁。

由于地铁一般都在闹市，施工场地都比较狭小，因此经由竖井施工成为地铁施工的重要手段，而竖井联系测量就成为保证地铁隧道顺利贯通的必要手段。

为了保证各相向开挖面能正确贯通，就必须将地面控制网中的坐标、坐标方位角及高程，经由竖井传递到井下去，这些传递工作称为竖井联系测量。

竖井联系的工作内容包括平面联系测量和高程联系测量，高程联系测量的常用方法有钢尺导入法和光电测距仪法等，平面联系测量的常用方法有：联系三角形法、钻孔投点法、直传法、陀螺经纬仪及铅垂仪联合定向法等。

由于高程联系测量比较简单，这里就不再多介绍，下面将通过几个具体的例子对常用竖井平面联系测量方法作一介绍。

一、联系三角形法联系三角形法就是在井口悬挂两根细钢丝，与地面、地下测站形成两个以悬挂钢丝为共同边长的三角形，通过解算三角形将地面的坐标和方位传递至井下。

如图一所示：图一联系三角形法测量示意图图一中A为地面的近井控制点，O1、O2为两钢丝，A’为井下近井点（将作为井下导线的起算点）。

O1O2距离不小于3米，连接角α不大于3°，b/a≈1.5。

分别在井上A站观测α角和连接角ω，并准确丈量井上三角形的边长a、b、c，井下A’站观测α’和连接角ω’，准确丈量井下三角形的边长a’、b’、c’.根据正弦定理计算β和γ：sinβ=sinα×b/asinγ=sinα×c/a计算三角形闭合差：f=α+β+γ-180计算三角形边长该正数va、vb、vc及平差值a平、b平、c平：va=vb=-f/（3α）×avc=+ f/（3α）×a则： a平=a+va b平=b+vb c平=c+vc计算角度改正数vβ、vγ和平差值β平、γ平：vβ=f/3×（b/a-1）vγ=-f/3×（c/a-1）则：β平=β+ vβ γ平=γ+ vγ井下三角形计算与井上相同，则可沿TA-AO2-O2O1-O1A’-A’T’的路线推算井下A’T’的坐标方位角和A’、T’的坐标。

联系三角形法原理比较简单、操作时所需设备成本较低（一般施工承包商均有配备）、作业时占用井口面积小、不需中断施工，是一种简单可行的办法，在我国已有较长历史，至今还有很多单位在用。

但该法也有其自身的弱点：精度较低。

在实践中一些单位也摸索出了很多切实可行的、比较好的方法来改善其中的薄弱环节，以达到提高精度的目的。

如下面图二的实例：图二图二是深圳地铁1#线购物公园～香蜜湖区间购物公园站端的盾构井，该区间全长1595米，独头掘进，是深圳地铁一期工程贯通距离最长的区间。

为提高测量精度，确保测量精度，对常用的联系三角形法进行了改进，将普通的单三角形法改为双三角形法，增加较核条件；图中O1、O2、O3为钢丝，钢丝下悬重物，置于油桶中（通过油的阻力来减小风力对钢丝的影响，增加其稳定性）；井上测站PT和井下测站LY均采用强制对中；丈量用的钢尺均经过检定，丈量时要经过温度和尺长改正；增加测回数（增加测回数需变动钢丝位置，而并非钢丝位置不动，连续多次观测）等。

虽然可以通过一些加强措施来提高精度，但总得来说，这种方法作业比较繁琐、所需时间长，且精度提高不明显。

二、钻孔投点法钻孔投点法就是通过钻孔或施工投料孔，用垂球或投点仪进行投点，从而将地面坐标和方位角传递到井下的方法。

该方法适用于埋深较浅、且已开挖一定长度的隧道。

该方法具有操作简便、测量精度高、不占用施工竖井、对施工影响较小等优点，缺点是测量钻孔难度较大（垂直度要求高），钻孔成本较高。

但由于该方法优点较为明显，有条件时应优先考虑该方法。

下面图三是竹子林～侨城东区间的一个实例：图三图三中T1、T2为两井上投点，T1’、T2’为两井下投点，DX436、DX437、DX437、GPS317为地面已知控制点，与T1、T2两投点可组成标准的附合导线，通过平差计算可得出T1、T2的坐标。

由于T1、T2和T1’、T2’投影在水平面上是同一个点，因此，该两点就成为地下导线的起算点，地下其它导线点的坐标可以通过T1’、T2’两投点求得。

竹侨区间右线横向贯通误差经测定只有6.8mm，远远高于规范100mm的限差要求。

钻孔投点法不仅限于钻孔或投料孔，也可用于车站预留口、风井等，但这时需要搭设投点平台。

投点平台一般搭设两层，一层架仪器，一层站仪器操作员，保证人和仪器分开，不互相干扰，才能保证投点精度。

为保证地下导线起算点的准确性，钻孔投点法对边长有一定的要求，对一些不适合钻孔的地段（如盾构区间）使用投点法，但边长又太短时，我们可以通过改善其它环节来保证其精度，如2B标段会展中心～福民站区间。

制定测量方案时考虑到钻孔会破坏盾构的结构，陀螺定向需要停工，会影响施工进度，因此在仔细考察了盾构井及周边建筑的情况后，我们选择用投点法进行联系测量，即利用盾构井和会展中心站一预留口进行投点。

盾构井只占用一个小角，两投点间距约40米。

为了将短边的影响降低到最小，我们将井下投点做成强制对中标志，这样就减少了对中误差，大大减弱了短边造成的不利影响。

该区间隧道贯通后经测定横向贯通误差只有8.5mm，只有贯通限差的8.5%，达到优良标准。

三、全站仪直传法全站仪直传法就是利用全站仪，直接将地面导线传递到地下。

该方法适用于施工场地比较开阔、地上地下通视良好的地段。

增加图形检核条件等；下面是7标段华岗盾构区间的一个例子：华岗区间盾构始发井设在华岗区间中部，尺寸大约为50×20米，施工场地比较开阔，但四周是果园。

该选用哪种方案呢？传统的联系三角形费时费力，陀螺定向要影响施工，投点法由于井口太大，搭设平台比较困难。

在经过仔细的比选后，我们选择了全站仪直传法，利用场地中通视良好的稳定处作为转点，直接将地面坐标和方位传至地下。

由于四周果树比较茂密，测成附合或闭合导线有一定的困难，我们采用了双后视的方法，而且通过多设一个转点来增加图形检核条件，如图四所示：图四图四中，置镜GPS306，双后视方向分别为DX424、DX423，ZD1、ZD2为地面转点，R1、R3为洞内控制点，通过增加转点ZD2、R3使图形强度得到了加强。

同时，为了保证测量精度，我们要求井上、井下联系边长不能太短，俯仰角不能大于30°，井上井下气象条件不能相差太大，最好选择在阴天进行；井上井下连接角要增加测回数，测回间重新对中整平等。

由于我们选用的方案比较合理，而且对测量过程中的薄弱环节进行了加强，有力地保证了测量精度。

这点也从我们完全的贯通精度上得到了反映，华岗区间右线中间井～华强路横向贯通误差仅为11.4mm。

四、陀螺经纬仪及铅垂仪联合定向法陀螺经纬仪及铅垂仪联合定向法就是利用铅垂仪向地下传递坐标，在地下用陀螺经纬仪测定定向边方位角的测量方法。

由于陀螺经纬仪是一种全天候的、不依赖其它条件能够测定真北方位的定向仪器，所以利用它可以快速地测定地下导线的方位。

该方法具有方法简单、测量精度高、作业时间短等优点，在地铁施工中不断得到推广。

但该方法缺点也较明显，即成本较高，测量时需要停工（陀螺定向需要一个相对平静的环境，不能有振动等干扰），对施工进度会造成一定影响。

下面将通过图五所示实例来说明陀螺经纬仪及铅垂仪联合定向法的一般做法。

图五图五为车公庙～竹子林区间1#竖井联系测量示意图。

竖井定向边应井上井下各选一条，定向边应选择在稳定可靠、通视良好、尤其附近不应有电磁场干扰的地方，最好是选择已知边如精密导线点或GPS点。

井上选择DX433～GPS315为定向边，井下选择横通道的D11～D13为定向边，每条定向边用陀螺经纬仪独立观测三测回。

投点可采用光学或激光投点仪进行，和投点法一样，投点时需要搭设投点平台，而且平台也需搭设两层，操作人员和仪器要分开，以免互相影响。

投点时按0°、90°、180°、270°四个方向各投一点，最后取重心作为投点位置。

井上、井下用相同方法各投一点。

投点和定向边的之间的关系可以用全站仪测得，从而可得投点坐标。

地下定向边的坐标方位角可以通过解算投点处的空间角推得（也可以通过子午线收敛角推算），并由此推得井下各点坐标。

假定DX433～GPS315陀螺方位为NT上，坐标方位角为W上，井下D11～D13陀螺方位为NT下，则边DX433～T陀螺方位NT=NT上+α边T’～D11 陀螺方位NT’=NT下-β则投点T处的空间角γ= NT’-NTD11～D13的坐标方位角W下=W上+α+γ+β-3×180地下所有控制点的坐标均可以根据D11～D13的坐标方位角W下和投点坐标推得。

陀螺经纬仪及铅垂仪联合定向法几乎适用于所有的地铁施工竖井，但对于每个具体的竖井，可能会由于竖井所处的位置和四周的环境不同，其测量方案又会有所不同。

深圳地铁施工竖井的形式也比较多样，有通过横通道与正线连接的，有竖井开在正线的。

竖井开在正线的，只需准确测定定向边的方位即可，而竖井通过横通道与正线连接的，则要考虑横通道对测量的影响。

【结束语】：从以上的实例可以看出，施工条件千差万别，合理、经济的测量方案是地铁隧道能够正确贯通的重要保证；也正是由于施工条件的千差万别，才能推动测量技术和手段不断更新，从而不断提高我们的测量水平。

针对我国目前地铁的施工现状，考虑到施工队的实际情况，我们提出了一些建议，供大家在以后的竖井联系测量中参考：1. 有条件时应优先考虑钻孔投点法；2. 联系测量时应选择在气象条件比较稳定、井上井下外界条件相差较小的天气进行；3. 要尽可能的增加检核条件；4. 进行多方案的比选，尽可能的选用最佳方案；5. 测量标志最好设置成强制对中。