联系测量在地铁工程中的应用

董天鸿，张能，吴伟

（1.中建三局集团有限公司，武汉430065；2.四川省川西南地质勘察工程公司，成都610031）

1 引言

地铁的修建不仅在一定程度上缓解了城市交通紧张问题，同时在一定程度上促进了我国城市的现代化发展[1]。地铁施工过程中保证隧道贯通是地铁测量的一项主要任务；在地铁测量中，主要任务是让隧道中线安全正确的贯通，如何将地面控制网中的坐标方向准确无误的传递到地下控制网是贯通测量中极为关键的一环。其精度直接影响到地铁贯通施工及铺轨施工质量的好坏，它包括平面联系测量和高程联系测量[2]。

2 联系测量简介

联系测量的本质是对所测点位地面坐标的准确定位，在地铁建设中，既要将地面信息与地下信息相结合，还要将图纸与实际相结合。这二者决定了工程是否能进行，也决定了工程质量的优劣。平面联系测量主要有联系三角形法、联系四边形法、陀螺定向法、投点定向法和导线直接传递法等；高程联系测量采用长钢尺导入法[3]。

2.1 平面联系测量

2.1.1 一井定向

一井定向测量也称联系三角形定向测量。一井定向是在一个竖井中悬挂两根钢丝，在地面近井点与钢丝组成三角形，并测定近井点与钢丝的距离和角度，从而算得两钢丝的坐标以及它们之间的方位角。同样在井下近井点也与钢丝构成三角形，并测定井下近井点与钢丝的距离和角度。由于钢丝处于自由悬挂状态，可以认为钢丝的坐标和方位角与地面一致，通过计算便可获得地下导线起算点的坐标和方位角。

图1一井定向示意图

图2 一井定向平面图

2.1.2 三丝法、双测站联系测量

三丝法联系测量是一井定向方法改进，该方法是在竖井中悬吊三根钢丝，组成两个联系三角形[4]。这样能提高精度，且具有复核作用，操作也容易，在实际生产中得到广泛应用。

在竖井中采用吊三根钢丝组成两个联系三角形来传递方向，此时，对于 A→B→C1→C2→A′→B′方向，可推算出井下定向边的误差mβ1，对于另一个联系三角形，按 A→B→C1→C3→A′→B′方向推算定向边的误差mβ2，两个联系三角形定向结果取平均值[5]。根据误差传播定律得

图3 三丝法平面图

2.1.3 两井定向

两井定向也是定向测量的一种常用方法，它适用于竖井井口较小，但两端均有井口的区域。两井定向是在两施工竖井中分别悬挂一根钢丝。由于两钢丝间的距离大大增加，因而减少了投点误差引起的方向误差，有利于提高地下导线的精度，这是两井定向的主要优点。两井定向是利用地面上布设的近井点或地面控制点采用导线测量或其他测量方法测定两钢丝的平面坐标值。地下使地下导线的两端点分别与两根钢丝联测，这样就组成一个附合图形。

图4 两井定向示意图

计算过程：按一般方法，算出两垂球线的坐标 yA、xA、yB、xB，根据算出的坐标，计算AB的方位角及长度：

假设A为坐标原Al边为x轴方向，即

应不超过井上、下连接测量中误差的两倍。再按照地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标。

2.2 高程联系测量

高程传递测量包括地面趋近水准及竖井高程传递测量，地面趋近水准测量附合在地面相邻城市二等水准点上，并按二等水准测量的技术要求施测。高程联系测量一般采用长钢尺导入法进行，具体过程如下：第一，在平面联系测量的基础上，地面选择井口水准基点作为高程导入基点，井下选一导线点作为导入高程的承接基点。第二，在立井选择合适位置下放长钢尺，下至井底后进行自由悬挂检查和钢尺稳定操作，确认钢尺自由悬挂及稳定后，井上、下同时开始导入高程观测。

3 联系测量在工程中的应用

3.1 平面联系测量

在本次采用的是成都轨道交通某条线路车站数据，该车站两端都有竖井，进行两井定向的条件比较符合，因此我们选用了两井定向的方法，在地面选择了两个GPS点位作为起算点，在车站的两个竖井上分别悬挂两根钢丝与GD01、GD02组成井上导线，在井下以右线的两个点与钢丝组成井下导线。具体工程示意图如下：

图5 平面联系测量示意图

表1 地面已知点数据

表2 观测记录表

表3 方向改正数与距离改正数

表4 平差结果

从上表数据可以看出，采用两井定向方法的方向改正和距离改正数都比较小，联系测量精度达到精密导线的要求，成果较为可靠。图形布置上都做到了直伸形，且能实现基线边保证较长长度，相较于一井定向具有明显的布置简单，精度实现容易的特点。

3.2 高程联系测量

高程联系测量是通过悬挂钢尺法进行测量示意图如下：

图6 高程联系测量示意图

具体的测量结果如下：h=（m-n）+（b-a）

表5 水准测量记录表

从上表可以看出往返测进行高程联系测量时高差较差都小于0.3mm,同时往返间的高程差值也比较小，精度也满足要求。

4 结论

为了保证地面上、下在同一基准下进行测量工作，从而指导地铁的施工，就必须进行联系测量，熟练掌握一井定向、两井定向和传递高程测量方法能解决地铁工程联系测量的基本需要。经过多年的工程实践，这些方法配合高精度的测量仪器，能够满足地铁建设过程中的测量精度需要。本文结合具体的工程实例分别对平面联系测量和高程联系测量的主要方法进行了论述，并在此基础上设计了两井定向和悬吊钢尺法进行高程联系测量，通过对观测数据的整理和分析，证明选择该方法的优势，同时也为该地铁线其他车站进行联系测量提供指导意义。