武汉轨道交通水准测量精度的影响因素及控制

聂发懿 王艳

摘要：对于城市轨道交通工程项目来讲，施工过程中的测量工作有着非常重要的作用。高程是确定地面点位置的基本要素，水准测量是高程测量中最常用、最精密测量。测量精度直接影响到城市轨道交通工程建设的质量。当前工程项目在开展测量工作的过程中，受多种因素的影响导致没有掌握好测量的精度，使得水准测量的结果有一定的偏差，限制了高程的准确性。为了充分保证轨道交通水准测量过程中的精度，需要对影响精度的因素展开分析，并制定合理的控制措施。基于此，文章就武汉轨道交通水准测量过程中精度的影响因素及控制措施展开论述。

Abstract： For urban rail transit project， the measurement work in the construction process plays a very important role. Elevation is the basic element to determine the location of ground points， and leveling is the most commonly used and precise survey in elevation survey. The measurement accuracy directly affects the quality of urban rail transit construction. At present， in the process of carrying out the survey work of the engineering project， due to the influence of many factors， the accuracy of the survey is not well mastered， which makes the result of the leveling survey have certain deviation and limits the accuracy of the elevation. In order to fully ensure the accuracy of rail transit leveling， it is necessary to analyze the factors affecting the accuracy and formulate reasonable control measures. Based on this， this paper discusses the influence factors and control measures of the accuracy in the process of Wuhan Rail Transit leveling.

關键词：轨道交通;测量精度;影响因素;控制因素

Key words： rail transit;measurement accuracy;influencing factors;control factors

中图分类号：P258                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）02-0266-02

1  工程概况

本标段为武汉市轨道交通6号线二期工程土建工程第一标段，项目位于武汉市东西湖区，工程包含是3个盾构区间：金银湖公园站～金银湖停车场站盾构区间、金银湖停车场站～二雅路站盾构区间、二雅路站～临空港大道站盾构区间，线路全长6.81公里。

2  测量难点

根据勘探报告，对本工程的测量难点进行了分析发现，本标段地质主为长江II级阶地和长江Ⅲ级阶地，隧道靠近二雅路站存在可溶性白云岩，风化砂质白云岩及风化白云岩中存在溶洞。金银湖公园站～金银湖停车场站盾构区间下穿既有6号线一期出入线区间，区间隧道顶与出入线区间底竖向净距最小约3.2m，目前明挖出入线区间已经正常运营;且正下穿既有出入线工法桩及钻孔灌注桩，其中工法桩进入本区间盾构隧道约3.6m，距离钻孔灌注桩桩底最小净距约1.85m。金二区间中间穿越硚孝高速桥桩及设1个联络通道兼作联络通道及排水泵房。依据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011）条文说明第7.3.4条表6，盾构隧道与既有明挖区间最小竖向净距<0.7D，接近重要设施，风险等级为二级，考虑既有运营线安全及结合类似工程经验，将风险等级提升为一级。

3  水准测量的含义

水准测量使用由望远镜、水准器及基座三部分组成的水准仪进行仪器安置、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤进行高程测量[1]。利用由水准仪提供的水平视线和借助带有分度的水准尺，直接测定测站两点的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推出未知点的高程。若在测量过程中由A到B的方向进行，则A为后视点，B为前视点。a与b分别为后视读数与前视读数，即B点（未知点）的高程等于A点（已知点）的高程加上两点间的高差：

HB=HA+hAB=HA+（a-b）

A与B之间的高差：hAB=a-b

4  影响水准测量精度的因素

4.1 测量仪器自身误差

武汉轨道交通项目在使用仪器前测量人员虽进行矫正，但i角仍有微小的残余误差，导致视准轴与水准管轴不平行。在调焦过程中，调焦透镜光心与望远镜的光轴所移动的轨迹不重合，即在改变调焦的过程中视准轴也会发生一定的变化，从而视准轴与水准管轴之间的平行关系发生改变。水准尺在使用过程中有尺长变化，尺身弯曲及标尺每米的鉴定精度误差。虽科技发展，鉴定精度在提高但每米真长仍存在±0.01mm左右的鉴定误差，最大鉴定误差值可达0.014mm，继而对百米高差而言每米真长测定误差就达±1.4mm。[2]水准尺使用过程中存在与视线方向的左右倾斜，观测时通过观测望远镜十字丝很容易察觉后纠正。如果水准尺的视线方向与倾斜方向一致，就很难察觉，直接导致对尺子的读数就偏大。因为尺子倾斜对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小有关。水准尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大;水准尺上读数越大，对结果的影响就越大[3]。

4.2 日常项目管理

对于轨道交通建设项目的测量工作，要借助专业的测量仪器。每年更新换代的精密高科技仪器设备投入，给武汉轨道交通中的施工单位带来了一定的压力。因成本控制需要，施工单位选择了少许老旧的仪器设备，不够先进的仪器设备使得水准测量工作誤差偏大，获得的数据对于施工项目的使用有不利因素。还有就是，武汉轨道交通的施工单位对于测量人员的管理落实工作不及时。测量时的原始记录必须准确完整记录，测量结果坚持复核和签字制度，以及结果不得随意涂改和损坏，工程测量资料和测量成果资料妥善归档保管，装订成册。工作的落实不及时造成了测量工作没有受到更严格监管，影响测量精度。

4.3 自然环境的影响

轨道交通临建场地内地面被大型机械及人为破坏，测站地面土质疏松及地表参差不齐使仪器下沉，导致视线降低，从而引起高度误差。水准测量视线通过不均匀的空气介质，空气介质中有大量微粒的存在，愈靠近地面空气密度就会愈大，视线通过不同密度的介质后而产生折射，所以，实际上视线并不水平而呈弯曲状，这就是大气折光的影响，一般用γ表示。实验证明，在稳定的气象条件下，γ约等于C的1/7，即

r=C/7=0.07（D2/R）

而地球曲率和大气折光的共同影响

f为f=C-r=0.43（D2/R）

【引：在水平视线代替大地水准面在尺上读数产生的误差为C=D2（2R）】[4]地球在太阳行星轨道上，使得地面存在引潮力，影响地球表面的重力方向，导致仪器水准轴的水平位置会发生差异。日、月引力主要影响方向在南北方向上的积累，当日、月之间的角距离都为45度时影响最大，最大影响可达0.1mm/km。从而对于高精度的水准网是不能小觑的，需考虑潮汐的影响。[5]

5  水准测量精度的控制

5.1 测量过程标准化

在武汉轨道交通项目施工单位、监测单位及第三方监测单位相关测量人员在水准测量前强化水准仪的检验矫正，使得圆水准器轴平行于仪器竖轴，圆水准气泡居中，竖轴位于铅锤位置。在十字丝的横丝垂直于竖轴后，转动水准管轴平行于视准轴。加强测量管理，测量人员均取得测量员证，全站仪徕卡TS60及电子水准仪天宝DINI03等测量仪器取得国家计量相关部门鉴定后使用。在水准测量过程中，尽可能保持前视与后视之间的距离相等，使得前视与后视读数过程中不改变调焦。当因某种原因产生某一测站的前视（或后视）距离较大时，要使在下一测站上使后视（或前视）距离也应较大[6]在测站的观测过程中，须采取后一前一前一后的观测顺序;测量水准线路时，还应进行往返观测。为确保水准基准点埋浅固定牢靠，将直径22mm长度1.5～2m埋入工作基点位置，然后对测点钢筋上部50cm的高度利用混凝土对其进行固定，并使用保护套管和封盖保护。

5.2 测量方案合理化

在对轨道交通项目技术方案进行设计工作前，要充分了解施工现场及周边环境，确保技术设计方案的科学、准确以及方案实施的可行性。在测量作业前，对水准仪及配套因瓦尺进行全面检验。测量主管编制作业计划表，确保施测线路安全可行，线路要尽量注意避免通过高楼、树林等折光影响严重的地区，确保外业观测有序开展;测量时间段避免交通高峰时间段，保护人身安全及财产安全。设站时，应使前后视距尽量相等，视线离地面应有足够的高度在测量过程中，在同一测站上用两个不同的仪器高度，测得两次高差进行检核，如若在坡度较大的测段作业时，应适当缩短视距。对于水准尺而言，应分别对水准尺的黑面和红面进行观测，使得其两面的前视与后视读数高差是否近似。烈日当空时，水准测量会因其水准管受热不均匀，气泡会向温度高的方向移动，则要给仪器遮阳，避免阳光均匀及暴晒，减少外界环境的影响。如若在有条件的情况下，可以考虑阴天观测。

6  结束语

成果的分群现象仍是精密水准测量中的一个难题。客观存在的现象诸如往测与往测、返测与返测之间数据十分接近;往返测之差又大大超限，经多次重测还是数据不合。目前存在的客观误差现象还不能用现在的科学理论进行解释，因此我们臆测一定存在与已知误差来源无关的一种或多种物理现象，水准测量成果受其干扰。加强对水准测量的精度控制，要在作业方法、仪器和数据分析等方面多加以研究，分析精度误差原因采取相应措施，尽量避免或削弱不利误差的影响。总而言之，水准测量精度误差是客观存在的，要有效地控制工程建设项目中影响精度的各种因素，保证测量工作的准确性。充分发挥水准精度在建设项目中的作用，保障建设项目顺利完工。

参考文献：

[1]邓琳.测量学[M].天津大学，2018.

[2]刘爱军.工程测量[M].南京工业大学，2019.

[3]高井祥.建筑工程测量[M].中国矿业大学，2016.

[4]沙从术.现代测量学[M].化学工业出版社，2011.

[5]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995.

[6]梁振英，董鸿闻，口恒炼，等.精密水准测量的理论和实践[M].北京：测绘出版社，2004.