淺談地鐵車站測量方法

劉國衛

0 引言

根據相關的統計,中國的地鐵每年在建里程超過200 km。地鐵車站的進度對線路施工有直接影響,而測量工作對工程的施工起到很重要的作用。本文結合筆者參建的成都地鐵2號線東洪路站,對地鐵車站修建測量方法進行探討,為類似地鐵車站提供借鑒。

1 工程概況

成都地鐵2號線一期工程,線路為東西走向,西起三環路外側成灌客運站,東止于繞城高速內側的經濟干部管理學院,線路全長約23 km,設車站20座。

東洪路車站是一座中間車站,車站位于成都市東邊的東洪路與陵川路交叉口東側,車站呈南北走向,車站所處位置現在為一個汽車修配廠和一個起伏較大高差為2.4 m左右的臺地,臺地上為果樹林和菜地。車站為地下2層標準的島式明挖車站,車站的北端為盾構始發,南端為盾構吊出。車站主體建筑面積6 960 m2,附屬建筑面積1 721 m2,島式站臺寬度10 m,從 YCK41+494.35～YCK41+671.15,車站主體全長176.8 m。車站中心里程處頂板設計覆土厚度為3.1 m,車站起點里程處頂板設計覆土厚度為1.7 m,車站終點里程處頂板設計覆土厚度為4 m,車站主體結構標準斷面采用兩跨箱形框架結構。車站結構橫向凈跨18.7 m(不含內襯墻厚度),底板采用厚板結構,柱網結合建筑布局條件設置。車站頂板、底板、梁、側墻的混凝土抗滲等級均為S8,圍護結構、頂板、底板、梁、內襯墻內外側均使用C30混凝土;鋼筋混凝土中柱采用C40混凝土。車站主體基坑開挖深度16.57 m,開挖寬度20.7 m,圍護結構采用人工挖孔樁+3道鋼支撐的支護形式,人工挖孔樁長20.571 m,進入坑底深度為3.5 m,樁間擋土采用掛網噴射混凝土。

2 車站測設實例

根據規范的測量要求,按照附合或者閉合導線(水準)網,在接樁15 d內完成管界內以兩站一區間為一單位進行復測并將復測成果報告上報給監理單位審批,同時上報車站的測量方案。

本車站附近的基準點都在居民樓的樓頂或者公路的兩側,復測工作可以選擇在夜間車流、人流稀少的情況下進行,相對外界干擾少。

控制測量分為地面控制測量、聯系測量、地下控制測量。控制測量需要分別進行平面控制網和高程控制網的復測和加密。

2.1 地面控制測量

1)地面控制測量主要維護施工期間地面的平面、高程主控制網完整,維護其可靠、可用;為了施工方便加密地面控制點(包括地面工程、明挖工程的地面中樁)并維持其可靠、可用。

本車站長度為178.6 m,測量組根據場地布置和進度情況,隨時進行地面平面和高程網的加密工作,先后分幾次以首級控制網為基準按照精密導線(二等水準測量)的要求布設SF-1～SF-9 9個導線點和SF-1,DTSⅡ001 2個水準點,為車站基坑土方開挖、車站主體圍護結構的施工、車站主體的部分施工和其他施工提供細部測量放樣保證。地面控制網要根據工程進度進行不定期的復核檢查。

2)主要觀測方法及精度:

a.每個測站用全圓法進行觀測,左右角平均值之和與360°的較差應小于4″,每測站觀測6個測回。

b.水平角觀測遇到長、短邊需要調焦時,盤右長邊不調焦,盤左短邊調焦;盤左短邊不調焦的觀測順序進行觀測,宜采用同一方向正倒鏡同時觀測法,此時一個測回中不同方向可不考慮2C較差的限差。

c.精密導線的邊長往返觀測各兩個測回,每測回間應重新照準目標,每測回應3次讀數,往返測兩個測回平均較差應小于4 mm。

d.水平角觀測一測回內2C較差,Ⅰ級全站儀為9″,Ⅱ級全站儀為13″。同一方向各測回較差,Ⅰ級全站儀為6″,Ⅱ級全站儀為9″。對于測量成果應進行平差計算,合格后方可應用。

e.對于精密導線點宜在9:00～12:00,15:00～18:00進行,其最佳時間是在大氣穩定的陰天進行,測量工作開展前需要進行氣象、溫度等全站儀的常規常數改正,保證測量的精度。

f.精密水準測量的觀測方法如下:

作業前應對儀器設備進行常規檢查,二等水準測量儀器的 i角不大于20″。往測:奇數站上為:后→前→前→后;偶數站上為:前→后→后→前。返測:奇數站上為:前→后→后→前;偶數站上為:后→前→前→后。

由往測轉向返測時,兩根標尺必須互換位置,并重新整置儀器,宜在上午或下午進行,也可夜間觀測。

精密水準測量觀測的技術要求見表1。

表1 水準觀測的視線長度、視距差、視線高度的要求 m

2.2 聯系測量

東洪路站采用明挖順筑法施工,開挖深度約16.5 m,車站在施工完第一塊底板后、至整個車站長度的1/2處及車站底板結構完工時應進行地下加密控制點,地下水準點的引測,一般在底板上布置三組導線點和2個～3個水準點,作為主體控制和盾構始發的基準方向控制線。

1)導線引測。

根據工程進度和相關的規定,分別在第一塊主體底板施工結束后,按照閉合導線或附合導線的測設辦法,在底板上分別引測SF-12,SF-13一組點位,由于車站寬度的限值兩個點位橫向間距很小,須分別單獨建網引測并平差;以此類推在車站跨中和最后一塊地板施工中分別傳遞SF-14,SF-15,SF-16,SF-17兩組點位。

車站為兩層布置,按照此布點方式在中板上可以布設相同的三組點位控制車站主體施工。

東洪路站聯系測量從地面向地下采用導線測量的方法進行定向,導線測量垂直角控制應小于30°。導線定向的距離測量必須進行對向觀測。具體的導線布網測量方法和地面控制測量基本相同。為了避免對點誤差的影響,在基坑頂部左右兩側已經施工的冠梁上,直接使用角鋼加工強制對中器兩個,傳遞導線坐標。為減小點位誤差對盾構始發等的影響,在實地測量中盡量使用強制對中設備傳遞坐標。

2)水準引測。

水準點的引測采用鋼尺導入的方式,分別由基準點按照二等水準測量的要求引測。

車站平面和高程測量平面掛在支架上,尺的零端垂直于井下,為避免鋼尺上下移動對測量結果的影響,井上、井下讀取鋼尺讀數,m,n必須在同一時刻進行,變更儀器高,并將鋼尺升高或降低,重新觀測一次,同時量取井口和井下的溫度。

洞內水準點B的高程可按下式計算:

其中,Δt為鋼尺溫度改正數,即:

其中,β為鋼尺膨脹系數,取0.000 012 5;t平為井上、井下的平均溫度;t0為鋼尺檢定時的系數;L為鋼尺尺長改正數;ΔL為含三項對尺長改正。

鋼尺的名義長為 L0,檢定時在標準拉力(一般為100 N或150 N)、標準溫度下測得的實際長度為 L,故用該尺測量時須加入改正數:

鋼尺在傳遞高程時,是將鋼尺垂直懸掛應用,故應加入鋼尺垂曲改正數:

其中,P為鋼尺的總重;H為檢定時的拉力。

鋼尺由于自重而產生的伸長改正數:

其中,r為鋼尺密度,一般取7.85 g/cm3;E為鋼尺的彈性模量,一般取 1.96×105MPa。

因此:

如果懸掛的重錘質量與檢定時的拉力不同,則須增加由于增重而引起的伸長改正數:

其中,Q為重錘的質量;F為鋼尺的橫截面面積。

為了做進一步檢核,由地面上3個以上水準點將高程傳遞到洞內的兩個水準點上。

2.3 地下控制測量

車站地下控制測量與地面控制測量基本相同。由于車站施工時已經將三組點位由地面引測至車站底板或者中板上,在車站細部施工中和盾構始發及施工中,三組點位可以相互校核并且作為盾構施工的控制依據。

所有的控制測量和定期或不定期進行的復核測量工作需要及時整理測量成果,上報監理,并由業主第三方檢測單位檢查。

2.4 其他測量

車站測量工作還包括施工放樣測量和竣工測量等,我認為只要將基準控制點位按照規范要求布置,也就是將控制測量做好后,細部的測量放樣和竣工測量就不應該有很大的問題。

3 結語

測量作為工程施工的眼睛,其重要性不言而喻。測量工作的好與壞,直接影響工程質量和工程進度,能夠將一些車站或者類似工程的測量順序和方法及時總結,以形成教科書式的模式,使任何一名測量人員交流學習后都能按照此模式進行測量,能減少很多不必要的摸索過程,提高測量的效率,值得我們廣大測量技術人員在工作中進一步總結經驗。展望未來,科技的進步,工作效率的提高,測量工作如何在保質保量的前提下滿足施工進度,是我們廣大測量技術人員追求的永恒課題。

[1] GB 50308-2008,城市軌道交通工程測量規范[S].

[2] 王文銳,秦建平.公路工程實用測設技術[M].北京:人民交通出版社,2007.