淺談軌道交通第三方竣工測量的實(shí)施

劉鵬程

(長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，湖南長沙 410007)

1 引言

發(fā)展城市軌道交通是解決大城市低碳出行和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最有效途徑之一，至2013年底，我國已有30多個(gè)城市正在進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)。城市軌道交通工程是一項(xiàng)線性的系統(tǒng)工程，投資量大、建設(shè)工期長、施工難度大、精度要求高、工程環(huán)節(jié)多、施工標(biāo)段多，同時(shí)也是各地政府部門和建設(shè)部門所關(guān)注的重點(diǎn)項(xiàng)目。土建施工完后，線路中線調(diào)整測量和結(jié)構(gòu)斷面測量是項(xiàng)目的關(guān)鍵性工程，是檢測和消除前期測量誤差、結(jié)構(gòu)施工誤差、后期沉降變形等諸多因素影響的現(xiàn)實(shí)平、縱斷面與施工設(shè)計(jì)圖存在差異的重要手段，是避免軌道施工引起返工和對(duì)運(yùn)營造成諸多影響的有力保證［1～3］，其測量成果的準(zhǔn)確性、可靠性需要第三方對(duì)施工方的成果進(jìn)行竣工檢測［5］，以保證最終設(shè)計(jì)出最合適的軌道平、縱斷面，確保安全運(yùn)營。本文以長沙市軌道交通2號(hào)線一期工程為例，淺談軌道交通第三方竣工測量的實(shí)施。

長沙市軌道交通2號(hào)線一期工程線路全長22.262 km，均為地下線，設(shè)站19座，如圖1所示。項(xiàng)目于2009年12月開始動(dòng)工建設(shè)，2012年上半年已完成大部分地下隧道的貫通工作(盾構(gòu))，即將進(jìn)入鋪軌前的準(zhǔn)備工作，受長沙市軌道交通建設(shè)集團(tuán)的委托，長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院于2012年6月承擔(dān)了此項(xiàng)目的第三方竣工測量，其主要內(nèi)容包括:地下控制網(wǎng)復(fù)測、線路中線調(diào)整測量和結(jié)構(gòu)斷面測量［1］。

2 地下控制網(wǎng)復(fù)測

圖1 長沙市軌道交通2號(hào)線一期工程線路圖

為保證第三方竣工測量成果的可靠性和準(zhǔn)確性，首先對(duì)施工方布設(shè)的地下控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測以地面經(jīng)檢測的四等精密導(dǎo)線點(diǎn)、二等水準(zhǔn)點(diǎn)為起算點(diǎn)，通過聯(lián)系測量將地面已知點(diǎn)成果傳遞到地下近井點(diǎn)，并對(duì)隧道間的控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。

2.1 聯(lián)系測量

聯(lián)系測量分為平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量。由于現(xiàn)場條件限制，平面聯(lián)系測量采用導(dǎo)線直接傳遞法進(jìn)行［4］，外業(yè)采用徠卡TS30精密全站儀按四等精密導(dǎo)線測量要求對(duì)地下近井點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立測量兩次。為減小對(duì)中誤差，提高測量精度，外業(yè)設(shè)站采用強(qiáng)制對(duì)中或三聯(lián)腳架法，邊長采用對(duì)向觀測，同時(shí)相鄰兩點(diǎn)的垂直角小于30°，平面聯(lián)系測量方式如圖2所示。平面聯(lián)系測量共完成往返導(dǎo)線30條，精度統(tǒng)計(jì)如表1所示。

圖2 平面聯(lián)系測量示意圖

平面聯(lián)系測量精度統(tǒng)計(jì)表 表1

高程聯(lián)系測量采用在豎井內(nèi)懸掛鋼尺的方法進(jìn)行，采用兩臺(tái)TOPCON S 0.5電子水準(zhǔn)儀分別在地上和地下對(duì)鋼尺同時(shí)讀數(shù)，每次獨(dú)立觀測三測回，測回間變動(dòng)儀器高，三測回測得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差小于 3 mm，所測高差數(shù)據(jù)經(jīng)溫度誤差補(bǔ)償改正、鋼尺張力誤差補(bǔ)正、因尺帶重力而引起的誤差補(bǔ)正后，作為最終高差成果，與水準(zhǔn)線路統(tǒng)一平差，高程聯(lián)系測量方式如圖3所示。

圖3 高程聯(lián)系測量示意圖

2.2 控制網(wǎng)復(fù)測

地下平面控制網(wǎng)復(fù)測，以通過聯(lián)系測量后的近井點(diǎn)作為起算點(diǎn)，外業(yè)采用索佳精密全站儀NET05按四等精密導(dǎo)線測量要求進(jìn)行觀測，點(diǎn)位直接利用隧道施工方布設(shè)的地下平面控制點(diǎn)標(biāo)石，點(diǎn)間平均邊長約為150 m，曲線段約 60 m。圖4為地下導(dǎo)線聯(lián)測示意圖。地下平面控制網(wǎng)共完成導(dǎo)線27條，其測量精度統(tǒng)計(jì)如表2所示。

圖4 地下導(dǎo)線聯(lián)測示意圖

地下平面控制網(wǎng)測量精度統(tǒng)計(jì)表 表2

地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測主要對(duì)隧道施工方布設(shè)的地下高程控制點(diǎn)和線路中線調(diào)整測量中布設(shè)的線路中心點(diǎn)進(jìn)行測量，外業(yè)采用TOPCON S 0.5電子水準(zhǔn)儀及與之配套的銦鋼條碼水準(zhǔn)尺按軌道交通二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行單線路往返觀測，外業(yè)所測高差經(jīng)正常水準(zhǔn)面不平行改正后［6］，與高程聯(lián)系測量成果一起進(jìn)行統(tǒng)一平差計(jì)算。地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測共完成水準(zhǔn)線路23條，其精度統(tǒng)計(jì)如表3所示。

地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)測量精度統(tǒng)計(jì)表 表3

3 線路中線調(diào)整測量

線路中線調(diào)整測量包括設(shè)計(jì)中線精確放樣和聯(lián)測，設(shè)計(jì)中線精確放樣以復(fù)測后的地下平面控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，采用索佳精密全站儀NET05按極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣，具體操作步驟如下:

(1)架設(shè)全站儀在離放樣中線點(diǎn)最近的控制點(diǎn)上，利用小棱鏡測量桿測量出初步中線點(diǎn)位，誤差控制在 2 mm～3 mm左右，并做好標(biāo)記;

(2)利用基座和腳架對(duì)中初步點(diǎn)位，并整平;再次精確放樣，微調(diào)基座獲取精確點(diǎn)位，并準(zhǔn)確標(biāo)記;

(3)利用沖擊鉆在精確點(diǎn)位鉆一直徑 12 mm、深約 70 mm的孔;用刷子清洗干凈后，注入適量的植筋膠;

(4)將“十”字測量不銹鋼標(biāo)志放入其中，利用基座對(duì)中器微調(diào)十字標(biāo)志至準(zhǔn)確位置，誤差控制在1 mm左右。

(5)做好保護(hù)措施，直至植筋膠凝固硬化。

中線點(diǎn)聯(lián)測采用索佳精密全站儀NET05按四等精密導(dǎo)線精度進(jìn)行測量，起算點(diǎn)采用經(jīng)復(fù)測的地下平面控制點(diǎn)，線路中線點(diǎn)高程聯(lián)測與地下二等水準(zhǔn)網(wǎng)測量同時(shí)進(jìn)行。中線點(diǎn)聯(lián)測共完成導(dǎo)線60條，精度統(tǒng)計(jì)如表 4所示，中線點(diǎn)放樣中誤差為:σx=3.1 mm，σy=3.0 mm，σs=4.3 mm。

中線測量精度統(tǒng)計(jì)表 表4

4 結(jié)構(gòu)斷面測量

結(jié)構(gòu)斷面測量主要是對(duì)土建施工單位施測的斷面測量資料進(jìn)行30% ～50%檢測，直線段每 18 m檢測一個(gè)斷面，曲線段每 13.5 m檢測一個(gè)斷面，結(jié)構(gòu)變化處、結(jié)構(gòu)變形處、施工誤差較大處、車站、岔道等斷面按100%檢測。結(jié)構(gòu)橫斷面測量采用直接測量斷面中線點(diǎn)至關(guān)鍵點(diǎn)的平距，分兩步進(jìn)行:首先利用中線點(diǎn)，放樣出所測斷面的中線點(diǎn)，并采用正倒鏡方式實(shí)測坐標(biāo)及高程，橫向誤差控制在 5 mm內(nèi)，縱向誤差控制在10 mm內(nèi);然后在斷面中線點(diǎn)上架設(shè)2″全站儀，采用高程放樣模式，放樣出關(guān)鍵點(diǎn)位置后，誤差控制在5 mm內(nèi)，然后直接測量平距。結(jié)構(gòu)斷面的類型主要分為圓形、矩形、馬蹄形隧道，圖5為圓形隧道斷面測量示意圖及現(xiàn)場圖。

圖5 圓形隧道斷面測量示意圖及現(xiàn)場圖

外業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的斷面測量數(shù)據(jù)處理軟件處理后，直接生成符合設(shè)計(jì)要求的斷面測量成果，極大地提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。表5為隧道斷面測量成果表。

隧道斷面測量成果表表5

對(duì)施工方提供的8 784個(gè)斷面進(jìn)行抽查檢測，共計(jì)抽查斷面(含道岔)4 662個(gè)，分23批次與施工方測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示，由表可知，測量結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

橫斷面測量精度統(tǒng)計(jì)表 表6

5 作業(yè)難點(diǎn)與解決方案

(1)平面聯(lián)系測量施測難度大。平面聯(lián)系測量成果是進(jìn)行第三方竣工測量的平面基準(zhǔn)，也是軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝的平面基準(zhǔn)，測量精度要求非常高，但車站僅留的小孔徑結(jié)構(gòu)孔和較深的埋深等不利因素給外業(yè)觀測帶來很大的影響。若采用傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法和鉛垂儀投點(diǎn)法很難滿足精度要求，為此，針對(duì)實(shí)際情況，采用導(dǎo)線直接傳遞測量的方法，利用徠卡TS30自動(dòng)測量儀器按三聯(lián)腳架法進(jìn)行外業(yè)觀測，有效減弱了不利因素的影響，提高了測量精度。從各車站往、返測地下定向邊方位角之差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，平面聯(lián)系測量內(nèi)符合精度高、可靠性強(qiáng)，從地下控制網(wǎng)測量平差結(jié)果顯示，作為起算數(shù)據(jù)的平面聯(lián)系測量成果具有較高的外符合精度。

(2)線路中線調(diào)整測量難度大。線路中線調(diào)整測量包括高精度實(shí)放設(shè)計(jì)線路中線點(diǎn)和聯(lián)測，其成果是調(diào)線調(diào)坡及斷面測量的重要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，放樣和聯(lián)測精度要求很高，誤差控制在 5 mm之內(nèi)。為此，采用索佳精密全站儀NET05進(jìn)行放樣和聯(lián)測，同時(shí)在點(diǎn)位放樣時(shí)，先高精度確定基座棱鏡的位置，后通過基座對(duì)中器確定實(shí)地點(diǎn)位，采用植筋的方法將標(biāo)志穩(wěn)固，保證了放樣點(diǎn)的精度。

(3)斷面測量數(shù)據(jù)處理難度大。斷面測量數(shù)據(jù)需按要求整理成規(guī)定格式的電子表格數(shù)據(jù)，若按常規(guī)人工輸入整理方法工作量巨大，出錯(cuò)幾率高。為此，針對(duì)斷面測量內(nèi)容及成果格式的特點(diǎn)，利用VB軟件開發(fā)工具，開發(fā)了斷面測量數(shù)據(jù)自動(dòng)提取程序，實(shí)現(xiàn)了斷面測量數(shù)據(jù)提取、整理過程的自動(dòng)化;同時(shí)，斷面測量數(shù)據(jù)處理完成后，需要與施工方施測的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析和精度統(tǒng)計(jì)，為此，利用MATLAB軟件具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理功能、編程簡單快捷的特點(diǎn)，開發(fā)了斷面數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)對(duì)比分析過程、精度統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化。兩個(gè)軟件的開發(fā)、使用，極大地提高了內(nèi)業(yè)處理效率和成果的可靠性。

6 結(jié)語

軌道交通第三方竣工測量是一項(xiàng)較復(fù)雜的測繪工程，如何在復(fù)雜的環(huán)境中，保證測繪成果的準(zhǔn)確性是工程的難點(diǎn)。本文以長沙市軌道交通2號(hào)線第三方竣工測量為實(shí)例，論述了導(dǎo)線直接傳遞平面聯(lián)系測量的方法、高精度中線放樣的方法、斷面測量及數(shù)據(jù)處理的方法在實(shí)施中的應(yīng)用，有效克服了不利因素的影響，取得了非常好的效果，確保了測量精度和數(shù)據(jù)的可靠性，為軌道交通第三方竣工測量積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為其他隧道的相關(guān)測量提供了借鑒之處。

［1］GB 50308－2008.城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.

［2］秦長利.城市軌道交通工程測量［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］王榮權(quán).軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測量技術(shù)與方法［J］.鐵道勘察，2008(1):17～19.

［4］周曉衛(wèi)，匡志威，劉鵬程等.導(dǎo)線傳遞法在地鐵平面聯(lián)系測量中的應(yīng)用［J］.城市勘測，2013，12(6):159～162.

［5］王建.城市軌道交通工程第三方測量檢測若干問題探討［J］.隧道建設(shè)，2011，31(5):547～549.

［6］GB/T 12897－2006.國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］.

［7］GB 50026－2007.工程測量規(guī)范［S］.