平面联系测量优势分析及其在地铁工程中的运用研究

李强LI Qiang

（合肥市测绘设计研究院，合肥 230001）

0 引言

在地铁工程中，能否按照施工设计图纸顺利进行隧道的开挖是地铁工程施工的主要问题。由于地铁工程中地铁暗挖的控制要求非常高，并且盾构区间隧道测量的要求非常严格，使用合适的测量方法十分重要。平面联系测量是竖井联系测量中的一种测量方法，在地铁工程中能够帮助施工人员快速有效的完成地铁施工中的测量部分工作。

1 平面联系测量简述

平面联系测量能够帮助施工人员确定地面的平面坐标和方位角与井下位置的对照情况，并借此确定井下经纬仪导线的起始点和起始边，使井上和井下能够使用相同的坐标系统。在平面联系测量中，方位角的传递有非常重要的意义，方位角的误差会导致导线各点点位的误差变大，而坐标误差的影响非常小，可以基本忽略。平面联系测量的方法主要有四种，包括有三种几何方法，分别是通过平硐或斜井的几何定向、一井定向以及两井定向，一种物理方法，即陀螺经纬仪定向，其中一井定向、两井定向和陀螺经纬仪定向在实际的测量工作中使用更为广泛[1]。一井定向是通过一个竖井进行几何定向，定向工作可以分为两部分，一是投点，也即在竖井的井筒中悬挂重锤线至定向水平，此处的投点误差会引起方位角的较大误差，因此这一部分需要采取措施并且注意减少误差；二是连接，连接的方法有很多，比较常用的是连接三角形法以及瞄直法，其中瞄直法的精度相对较低，不适用于大型工程项目。两井定向是当存在两个立井，并且两个立井之间有定向水平的相同巷道时采用的测量方法，两井定向的定向工作包括三部分，与一井定向相同的工作有投点和连接，最后一部分的工作时内业计算，内业计算是一种假定坐标系统之后进行换算从而得出与地面坐标系统一致的方位角的计算方法，两井定向相比一井定向测量精度更高，在有条件的情况下一般首先考虑两井定向[2]。陀螺经纬仪定向是一种定向精度更高的测量方法，陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪结合成的定向仪器，使用时能够精确地测量出测量位置一边的天文方位角，在计算中加入子午线收敛角之后就可以算出坐标方位角。陀螺经纬仪定向是相对而言更为经济使用并且精度更高的测量方法。

2 工程案例

2.1 工程概况

2019 年6 月6 日合肥市轨道交通1 号线三期工程工程测量项目部对合肥市轨道交通1 号线三期工程天水路站——物流大道站进行区间联系测量工作，2021 年8 月16 日至2021 年8 月19 日对合肥市轨道交通1 号线三期工程天水路站出入场线进行了联系测量工作。两次测量工作均投入一个作业组，组内共六人，仪器设备使用了TM50全站仪、温度计、气压表，以及配套棱镜和脚架。外业测量中导线测量按照《城市轨道交通工程测量规范》中的精密导线要求施测，内业处理中精密导线平差计算使用武汉测绘科技大学所研制的科傻系统（COSA），该系统可自动进行闭合差计算、概算、平差、精度评定以及原始数据表格和结果表格的输出。

2.2 平面联系测量

2.2.1 测量方法选择

在地铁工程施工过程中必须进行平面联系测量，平面联系测量能够帮助施工人员同步地上和地下的坐标系统，并基于此按照设计图纸进行施工。平面联系测量有多种测量方法，常见的有一井定向、两井定向、陀螺经纬仪定向等。本次工程测量使用的TM50 全站仪，全站仪是一种测量仪器，全名为全站型电子测距仪，是一种集水平角、垂直角、斜距、平距以及高差测量功能于一体的高技术测量仪器。全站仪由于能在安置仪器之后能够一次性的完成测站的全部测量工作，因而一直广泛应用于地下隧道施工等精密工程测量领域[3]。

2.2.2 测量工作

导线测量时将测点按照相邻的顺序连接成一条折线，并通过测定折线边的边长和转折角，根据起始数据测算各测点平面坐标的一种技术。导线测量需要布设导线，导线布设一般需要结合测量区域的实际情况，结合本次工程的工程概况，在天水路站——物流大道站的区间联系测量工作中采取附合导线，在天水路站入场线联系测量工作中使用闭合导线。具体的布设导线方法如下，无论是附合导线的布设还是闭合导线的布设中，首先都需要确定导线的测量控制点，控制点的确定需要结合测区已有的地形图和控制点的资料，之后根据设计书要求在地形图上设计出大概的导线点位；导线施测之前需要对仪器设备以及其他辅助资料进行检查，首先检查设备是否能够正常使用、电量是否充足，仪器加常数、乘常数等参数及其他指标是否正常，之后检查棱镜、基座、脚架等数量是否足够、状态是否有损坏，最后还需要检查其他辅助物品是否齐全、正常，比如检查记录手簿、铅笔、钢卷尺等。导线测量的外业工作主要有踏勘选点并建立标志、测量导线边长、测量转折角和连接测量，此时就需要使用到全站仪[4]。

2.2.3 天水路站——物流大道站区间联系测量结果

在对合肥市轨道交通1 号线三期工程天水路站——物流大道站的区间联系测量工作中，使用附合导线进行导线测量，在测量过程中分别对精密导线1 以及精密导线2的前后视边角进行测量，并记录测量数据。附合导线是在能确定导线起算点之后进行测量的测量方法，在精密导线1 的测量中，选择GPS4 和GPS5 作为导线起算点，此线路中包含待定点6 个，其中有4 个临时点，分别是ZD5、ZD4、JD1 和Z8；在精密导线2 的测量中，同样选择GPS4 和GPS5 作为导线起算点，此线路中包含待定点6 个，其中有4 个临时点，分别是ZD5、ZD4、JD2 和Z3。在现场测量的过程中首先将现场实际温度、气压以及仪器加乘常数输入仪器，之后再开始进行测量，在得出测量结果之后通过平差计算确定未知点平面坐标。未知点平面坐标如表1 所示。

表1 未知点平面坐标

2.2.4 天水路站出入场线联系测量结果

在合肥市轨道交通1 号线三期工程天水路站入场线联系测量工作中，由于起算时无定向点，因此采取无定向导线进行测量前后视边角数据。测量时选择GPS6-1 和GPS7-1 作为导线起算点，线路中包含待定点20 个，其中临时点2 个，分别是JJDB 和JJDN，悬挂钢丝点3 个，分别是GSB1、GSB2 和GSN1。在现场测量工作时先将现场温度、气压以及仪器加乘常数输入仪器，之后再开始进行测量，未知点平面坐标如表2 所示。

表2 未知点平面坐标

2.3 内业处理

在合肥市轨道交通1 号线三期工程的测量工作中，业内处理均使用科傻系统（COSA）进行计算处理，在平差的计算中平差参考系为1954 北京坐标系，平差类型为约束平差，且方位角闭合差为1.6″。业内处理的结果包括天水路站——物流大道站的区间联系测量工作中附合导线业内处理结果（表3），以及天水路站入场线联系测量工作中闭合导线的业内处理结果（表4）。

表3 附合导线业内处理结果（天水路站——物流大道站区间联系测量）

表4 闭合导线业内处理结果（天水路站入场线联系测量）

根据附合导线业内处理结果可以得出，在天水路站——物流大道站的区间联系测量中，加密导线点的最大坐标互差为9mm（WL4），符合最大坐标互差≤±12mm 的要求，地下定向边最大方向互差为9.6″（WL1-WL4）[5]。

根据闭合导线业内处理结果可以得出，在天水路站入场线联系测量中，加密导线点的最大坐标互差为4.8mm（TSY3），符合最大坐标互差≤±12mm 的要求，地下定向边最大方向互差为2.1″（TSY3-CRCXY1），符合定向边最大方面互差≤±16″的要求。

2.4 精度分析

测量精度是评价测量误差大小的量，测量精度的测量标准包括精确度、准确度和精度。当测量误差大时，则测量精度低；当测量误差小时，则测量精度高。由于地铁工程施工的严格标准要求，在实际的测量中必须保证测量精度足够高[6]。根据平面联系测量结果能够得出，在天水路站——物流大道站的区间联系测量中，精密导线1 的导线全长相对闭合差为1/173307，精密导线2 的导线全长相对闭合差为1/138312，均符合导线全长相对闭合差允许1/35000 的要求；精密导线1 的方位角闭合差为5.0″，精密导线2 的方位角闭合差为3.0″，符合方位角闭合差±16.5″的要求；精密导线1 的最弱边边长相对中差值为1/75000，精密导线2 的最弱边边长相对中差值为1/73000，符合最弱边边长相对中差值允许1/60000 的要求。根据平面联系测量结果能够得出，在天水路站入场线联系测量中，地上导线的部分全长相对闭合差为1/229818，符合导线全长相对闭合差允许1/35000 的要求；导线的方位角闭合差为1.6″，符合方位角闭合差±18.0″的要求；导线的最弱边边长相对中差值为1/15000，符合最弱边边长相对中差值允许1/60000 的要求[7]。

2.5 重要注意事项

地铁工程平面联系测量的工作中，由于导线测量的外业工作通常是在室外或井下进行，因此要注意工作人员的人身安全问题，在联系测量工作开始之前的三小时内，不应使用炸药类进行隧道爆破，注意保证隧道内温度和气流等稳定和畅通。除此之外，还需要注意实际测量的精度，在进行导线测量时，应当正确使用相关的仪器和设备，保证所获取到的数据是准确有效的，尽量降低环境和场地等其他因素对测量结果的影响。同时，要注意隧道内的高压电源产生的电磁场对测量结果的影响，在测量工作开始之前应当关闭高压电源[8]。

3 结论

在地铁工程施工过程中，平面联系测量工作是必不可缺的一项施工任务。由于地铁工程本身耗资极大，在修建地铁的过程中，必须严格控制施工情况，保证施工的正常顺利进行，避免因测量等问题导致的工程量增加等情况。平面联系测量随着科学技术的发展和进步，测量的精度也逐渐提高，在地铁工程合理有效的应用平面联系测量，能够帮助地铁工程的建设和施工更有效的开展。