精密導(dǎo)線測量技術(shù)在鄭州市軌道交通2號線中的應(yīng)用

狄鋼

(鄭州市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450052)

1 工程概況

鄭州市軌道交通2 號線起始于惠濟(jì)區(qū)政府，經(jīng)過開元路、花園路、紫荊山、花寨路終至于向陽路，全長26.7 km，共設(shè)車站21 座，平均站間距1.3 km，線路經(jīng)過鄭州市城區(qū)目前南北最長的交通大動脈花園路—紫荊山路，連接至管城區(qū)南部，沿線分別與其他規(guī)劃的5條軌道線路相交，全線1/3 位于主城區(qū)，車流量達(dá)，道路兩邊高樓林立，給測量帶來很大困難。

2 精密導(dǎo)線網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1 整網(wǎng)布設(shè)，集中觀測

精密導(dǎo)線是直接為地鐵施工服務(wù)的，因此點(diǎn)位間的相對精度要求很高，這一特點(diǎn)就要求精密導(dǎo)線的觀測需要進(jìn)行集中地整網(wǎng)布設(shè)和觀測，最好是在工程開工建設(shè)前進(jìn)行觀測，這樣受工程施工的影響會少一些［1］。

2.2 導(dǎo)線的選點(diǎn)、埋石工作難度大

精密導(dǎo)線網(wǎng)作為軌道二級加密網(wǎng)，雖然其導(dǎo)線設(shè)計(jì)不太復(fù)雜，但作為導(dǎo)線點(diǎn)的選定和埋石卻不是件簡單的事。導(dǎo)線點(diǎn)選點(diǎn)既要考慮軌道施工的需要和導(dǎo)線的基本要求，還要顧及點(diǎn)位在實(shí)地位置及標(biāo)志埋設(shè)的可能性及可保存性。同時(shí)，導(dǎo)線在實(shí)地選定和埋設(shè)，要求作業(yè)人員能夠?qū)Τ鞘熊壍澜煌üこ虦y量規(guī)范靈活運(yùn)用，并且具備良好的協(xié)調(diào)溝通能力。

2.3 導(dǎo)線的觀測精度要求高

精密導(dǎo)線的測量技術(shù)要求與國家和城市測量規(guī)范的四等導(dǎo)線基本一致，主要是縮短了導(dǎo)線的長度與導(dǎo)線邊長，提高了點(diǎn)位精度［2］。這一特點(diǎn)決定了施測合格的精密導(dǎo)線時(shí)，除了選調(diào)精細(xì)熟練的作業(yè)員和高精度的測量儀器外，還必須十分注重觀測中儀器及棱鏡對點(diǎn)器的檢校;對于城區(qū)繁華地帶，盡力縮短觀測時(shí)間和減少汽車尾氣對觀測的影響。

3 精密導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)

精密導(dǎo)線點(diǎn)直接服務(wù)于軌道交通工程施工，點(diǎn)位要盡量沿軌道線路布設(shè)，以方便施工的需要，一般布設(shè)成附合導(dǎo)線、多邊形閉合導(dǎo)線或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)形式，具體布設(shè)形式要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況合理運(yùn)用這三種導(dǎo)線形式，體現(xiàn)精密導(dǎo)線靈活多變的特點(diǎn)［3］。

根據(jù)軌道交通2 號線首級GPS 控制網(wǎng)的點(diǎn)位通視情況以及2 號線沿線地面與建筑物上GPS 點(diǎn)的通視情況，經(jīng)過圖上選點(diǎn)和實(shí)地踏勘，反復(fù)比較，最終2號線精密導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)精密導(dǎo)線點(diǎn)102 座，實(shí)際設(shè)置了11 個(gè)結(jié)點(diǎn)，全網(wǎng)由3 條結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線網(wǎng)和2 條附合導(dǎo)線構(gòu)成。由于2 號線沿線絕大部分為現(xiàn)狀道路，因此精密導(dǎo)線點(diǎn)大部分沿現(xiàn)狀道路布設(shè)，既易于標(biāo)石的埋設(shè)與保護(hù)，也便于觀測。布網(wǎng)圖形如圖1所示。

4 精密導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)石的埋設(shè)

精密導(dǎo)線標(biāo)石的制作和埋設(shè)嚴(yán)格按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》的要求實(shí)施。精密導(dǎo)線標(biāo)石埋設(shè)工作非常艱難，遇到許多問題。

4.1 管理部門多

道路上施工需要經(jīng)過市政、執(zhí)法、交警等多個(gè)部門的批準(zhǔn)，前期需要辦理的手續(xù)煩瑣。

圖1 軌道2 號線精密導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)略圖

4.2 埋設(shè)難度大、造價(jià)高

2 號線沿線道路多為剛剛改造過的精品街，大理石路面下有很厚的水泥層，水泥層下有較堅(jiān)硬的三七土層，開挖難度大，為此新購買了發(fā)電機(jī)、鉆機(jī)等設(shè)備，輔助開挖。埋設(shè)時(shí)以精品街改造統(tǒng)一的電纜井式樣重做護(hù)井和護(hù)蓋，造價(jià)很大。

4.3 施工難度大

主城區(qū)道路下管線縱橫，鄭州市又缺乏精準(zhǔn)的地下管網(wǎng)圖，為避免施工中觸及地下電力電纜等管線造成重大安全事故，規(guī)定施工中慎重使用電力鉆機(jī)，除切開硬化路面和淺表層外，其他均以人工開鑿。

5 精密導(dǎo)線網(wǎng)的外業(yè)觀測

由于精密導(dǎo)線點(diǎn)均位于城市道路的兩側(cè)，外業(yè)觀測時(shí)受陽光、行人及汽車尾氣的影響很大，尤其是汽車尾氣的影響最大。為此部分繁華測段外業(yè)觀測時(shí)，選擇在晚上10 時(shí)以后，受道路上汽車及行人的影響少，工作效率高。本次精密導(dǎo)線觀測使用瑞士Leica TCR1201 全站儀，其標(biāo)稱精度為:測角中誤差±1″，測距精度(1+1.5 PPm)。

5.1 精密導(dǎo)線水平角觀測

(1)測量儀器須經(jīng)過檢定并合格有效，除按規(guī)定到國家法定測繪儀器檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定外，還要對全站儀及前后棱鏡基座的對點(diǎn)器進(jìn)行檢校，以確保儀器整平對中的精度，而這項(xiàng)誤差對于高精度測量是不可忽視的［4］。

(2)到達(dá)測站后應(yīng)立即打開攜帶的溫度計(jì)、氣壓表，置于通風(fēng)良好避免日光直射的地方，待氣壓表和溫度表和周圍溫度一致后，記錄氣象數(shù)據(jù)。

(3)測站點(diǎn)上只有兩個(gè)方向時(shí)，水平角觀測宜左、右角各2 個(gè)測回觀測，左、右角平均值之和與360°的較差小于4″;當(dāng)方向數(shù)多于3 個(gè)時(shí)宜采用方向觀測法觀測4 個(gè)測回，測回間方向值之差小于6″。

(4)前后視邊長相差較大，觀測需要調(diào)焦時(shí)，宜采用同一方向正倒鏡觀測法，此時(shí)一測回中不同方向可不考慮2C 較差的限差。

(5)關(guān)于用于改平計(jì)算的垂直角觀測的精度及方法，軌道規(guī)范沒有明確，可執(zhí)行現(xiàn)行城市測量規(guī)范要求。對于鄭州市軌道交通2 號線中不與建筑物上的GPS 點(diǎn)發(fā)生關(guān)系的邊長，其垂直角按中絲一測回測量即可;對于與建筑物上的GPS 點(diǎn)相連的邊長，其垂直角按中絲二測回測量，垂直角測回差和指標(biāo)差較差均不得大于7″。

5.2 精密導(dǎo)線邊長觀測

精密導(dǎo)線邊長測量在成像清晰、氣象條件穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。

(1)邊長測量采用往返測量方式，單程觀測2 測回，每測回照準(zhǔn)目標(biāo)1 次、讀數(shù)4 次。

(2)測距時(shí)應(yīng)讀取溫度和氣壓，測前測后各讀取一次，取平均值作為測站的氣象數(shù)據(jù)。溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa。

(3)測距時(shí)讀取斜距和垂直角，不采用全站儀直接讀取平距的方法。平距采用下列公式計(jì)算:

采用上述公式計(jì)算的最大好處在于所計(jì)算的平距值幾何意義明確，與后續(xù)將要計(jì)算的測距邊的高程歸化和投影改算相統(tǒng)一。

5.3 精密導(dǎo)線三角高程測量

三角高程測量的目的是為了導(dǎo)線邊長投影計(jì)算的需要，高程起算點(diǎn)均為不低于三等水準(zhǔn)的高程點(diǎn)，精密導(dǎo)線間高差的測定和精密導(dǎo)線邊長的測定同時(shí)進(jìn)行，分別在農(nóng)業(yè)路站、航海路站附近水準(zhǔn)網(wǎng)高程控制點(diǎn)聯(lián)測［5］。

6 數(shù)據(jù)處理

(1)斜距觀測值須進(jìn)行加、乘常數(shù)改正、周期誤差改正、氣象改正。

(2)經(jīng)改平計(jì)算的往返平距平均值需要經(jīng)過高程歸化和投影改算才能成為最終參與平差計(jì)算邊長值。測距邊的高程歸化按下式計(jì)算［6～10］:

測距邊在高斯投影面上長度D 按下式計(jì)算:

(4)精密導(dǎo)線網(wǎng)平差計(jì)算采用武漢大學(xué)研制的COSA 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行整網(wǎng)嚴(yán)密平差，沿線通視的GPS 點(diǎn)可作為起算點(diǎn)。

7 精密導(dǎo)線測量精度評定

軌道2 號線精密導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理后的驗(yàn)后測角中誤差為±1.6″，小于規(guī)范規(guī)定的2.5″的限差要求，導(dǎo)線點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差平均值為±4.4 mm，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±11.1 mm，導(dǎo)線相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差平均值為±3.0 mm，最大值為±4.8 mm，均小于規(guī)范的限差要求，其主要精度指標(biāo)如表1所示。

表1 軌道交通2 號線精密導(dǎo)線平差主要精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

8 與銜接線路控制點(diǎn)的聯(lián)測

鄭州市軌道交通1、2 號線在紫荊山立交橋相交，為檢核1、2 號線精密導(dǎo)線網(wǎng)的一致性，本次軌道2 號線精密導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)時(shí)，特意重合了軌道1 號線的精密導(dǎo)線控制點(diǎn)25 號點(diǎn)，現(xiàn)將兩條線路重合點(diǎn)的坐標(biāo)較差如表2所示。

表2 軌道1、2 號線精密導(dǎo)線網(wǎng)重合點(diǎn)坐標(biāo)較差比較

從表2可看出，重合點(diǎn)坐標(biāo)較差小于規(guī)范要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

9 體會及建議

(1)軌道交通精密導(dǎo)線作為二級加密網(wǎng)，雖然其導(dǎo)線設(shè)計(jì)不太復(fù)雜，導(dǎo)線點(diǎn)的選定和埋石時(shí)需要多方溝通、多方協(xié)商才能獲得滿意的點(diǎn)位。

(2)城市繁華地帶的精密導(dǎo)線的測量工作受外界環(huán)節(jié)影響很大，尤其是汽車尾氣的影響。因此對于城區(qū)繁華地帶，盡力縮短觀測時(shí)間和減少汽車尾氣對觀測的影響是確保測角質(zhì)量的關(guān)鍵，必要時(shí)，采用夜間觀測是一個(gè)較好的選擇。

(3)通過本次軌道2 號線精密導(dǎo)線測量的摸索和總結(jié)，對精密導(dǎo)線選點(diǎn)、測量方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，取得了較好的成果，對以后鄭州市軌道交通精密導(dǎo)線測量提供了較好的借鑒作用。

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