地铁保护区多测站串联监测方法探讨

2017-07-05 15:23黄小斌胡雷鸣吴灿鑫

测绘通报 2017年6期

关键词：棱镜偏置测站

黄小斌，胡雷鸣，吴灿鑫

(1. 杭州杭港地铁有限公司，浙江杭州 310014; 2. 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海 200032)

徕卡测量新技术应用专栏

地铁保护区多测站串联监测方法探讨

黄小斌1，胡雷鸣2，吴灿鑫2

(1. 杭州杭港地铁有限公司，浙江杭州 310014; 2. 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海 200032)

介绍了地铁保护区监测的特点，探讨了将多台全站仪串联的观测方式应用于运营地铁隧道自动化监测的可行性；通过分析基于偏置棱镜的串联观测与计算方法，并结合杭州地区某项目的自动化监测成果，表明基于偏置棱镜的多测站联测精度基本能满足要求。

地铁保护区；自动化监测；全站仪串联；偏置棱镜

徕卡TM系列全站仪正在越来越多地应用于运营地铁隧道的自动化保护监测中，已经在多个城市得到了广泛的应用[1～2]。通常情况下，对于一般项目单条隧道的自动化监测，采用1台全站仪即可覆盖整个测区。随着地铁沿线地块深、大基坑的不断涌现，隧道保护监测范围越来越长，采用单台全站仪单测站的布网形式往往无法满足测区要求，采用多台全站仪进行串联组网观测可大大增加监测范围，并能达到较好的精度效果，已经在众多超大、深基坑地铁保护监测中得到应用。

1 多测站串联的控制网问题

由于隧道通视条件的限制，管壁折光、粉尘、列车振动等因素对仪器观测精度影响非常大[3]。对于长距离的保护区监测，采用多台仪器串联观测，首先要解决的问题是多测站之间的联测，即通过测站与测区两端控制点之间的联测来确定各测站的三维坐标。

根据现有的技术条件，在全站仪上方安装同轴360°棱镜可实现全站仪之间的实时对向观测，布网方式如图1所示。

图1 多测站360°棱镜同轴联测示意图

徐亚明等对徕卡360°棱镜的精度进行了详细测试[4]，由于棱镜自身的结构，在不同的观测视角上存在周期性偏差，所引起的水平方向观测中误差约为±4″，水平距离观测中误差约为±2 mm。考虑到地铁隧道的变形控制值较小，通常允许水平位移、沉降变形不超过±5 mm。因此，采用图1中同轴串联的方式难以满足地铁保护区多测站联测的需求。

潘国荣等探讨了基于公共点的多台全站仪串联观测[5]，通过在靠近相邻测站中间的位置设置一个360°棱镜作为公共点棱镜，平差计算时引入旋转矩阵进行各个测站之间的坐标传递，在100 m左右测区范围内采用2台全站仪串联观测，得到了较好的精度效果。

2 基于偏置棱镜的多测站联测

偏置棱镜是指在全站仪的固定仪器台上，安装一个小棱镜，作为传递观测棱镜。由于隧道管片通过螺栓连接，当临近基坑施工时，易发生沉降、位移、管片收敛等变形，但是两环管片之间难以发生水平方向的旋转。因此，固定在仪器台上的全站仪与偏置小棱镜之间的坐标方位角相对稳定、可靠。在固定仪器台上安装偏置小棱镜，使仪器之间通过偏置小棱镜进行传递测量；同时，固定全站仪与偏置小棱镜之间的坐标方位角作为平差计算条件，可完成平差计算。基于偏置棱镜的组网方式如图2所示。

图2 基于偏置棱镜的多测站联测示意图

将每台全站仪与其上的偏置小棱镜之间的坐标方位角作为附加参数，采用附有限制条件的间接平差方式，即可对每台全站仪、偏置小棱镜的平面坐标进行平差计算。

对于仪器台的高程值计算，由于全站仪与偏置小棱镜空间方位固定，在仪器台与偏置小棱镜安装完成后，可简单测得仪器中心与偏置小棱镜的固定高差。平差计算时，只需将实测全站仪与偏置棱镜之间的高差减去其固定高差，即可得到相邻全站仪中心的高差。

3 基于偏置棱镜的案例应用

萧政储出(2012)23号地块项目采用2台全站仪串联观测，仪器台之间的距离约95 m，监测范围约260 m，在测区两侧受基坑施工影响范围外的管片上各布设8个后视大棱镜作为控制点，控制网计算采用MicroSurvey公司的StarNet平差软件。GeoMos测得的原始数据无法直接导入StarNet平差软件进行计算，为此徕卡公司开发了一套数据编辑小程序——GeoMos自动平差工具，实现了自动从SQL数据库中获取GeoMos测量的控制网原始数据，并按照StarNet软件能够识别的格式进行整理，保存为可进行平差计算的DAT文件。数据编辑小程序如图3所示。