地鐵保護區多測站串聯監測方法探討

2017-07-05 15:23:16黃小斌胡雷鳴吳燦鑫

測繪通報 2017年6期

關鍵詞：全站儀

黃小斌，胡雷鳴，吳燦鑫

(1. 杭州杭港地鐵有限公司，浙江杭州 310014; 2. 上海巖土工程勘察設計研究院有限公司，上海 200032)

徠卡測量新技術應用專欄

地鐵保護區多測站串聯監測方法探討

黃小斌1，胡雷鳴2，吳燦鑫2

(1. 杭州杭港地鐵有限公司，浙江杭州 310014; 2. 上海巖土工程勘察設計研究院有限公司，上海 200032)

介紹了地鐵保護區監測的特點，探討了將多臺全站儀串聯的觀測方式應用于運營地鐵隧道自動化監測的可行性；通過分析基于偏置棱鏡的串聯觀測與計算方法，并結合杭州地區某項目的自動化監測成果，表明基于偏置棱鏡的多測站聯測精度基本能滿足要求。

地鐵保護區；自動化監測；全站儀串聯；偏置棱鏡

徠卡TM系列全站儀正在越來越多地應用于運營地鐵隧道的自動化保護監測中，已經在多個城市得到了廣泛的應用[1～2]。通常情況下，對于一般項目單條隧道的自動化監測，采用1臺全站儀即可覆蓋整個測區。隨著地鐵沿線地塊深、大基坑的不斷涌現，隧道保護監測范圍越來越長，采用單臺全站儀單測站的布網形式往往無法滿足測區要求，采用多臺全站儀進行串聯組網觀測可大大增加監測范圍，并能達到較好的精度效果，已經在眾多超大、深基坑地鐵保護監測中得到應用。

1 多測站串聯的控制網問題

由于隧道通視條件的限制，管壁折光、粉塵、列車振動等因素對儀器觀測精度影響非常大[3]。對于長距離的保護區監測，采用多臺儀器串聯觀測，首先要解決的問題是多測站之間的聯測，即通過測站與測區兩端控制點之間的聯測來確定各測站的三維坐標。

根據現有的技術條件，在全站儀上方安裝同軸360°棱鏡可實現全站儀之間的實時對向觀測，布網方式如圖1所示。

圖1 多測站360°棱鏡同軸聯測示意圖

徐亞明等對徠卡360°棱鏡的精度進行了詳細測試[4]，由于棱鏡自身的結構，在不同的觀測視角上存在周期性偏差，所引起的水平方向觀測中誤差約為±4″，水平距離觀測中誤差約為±2 mm。考慮到地鐵隧道的變形控制值較小，通常允許水平位移、沉降變形不超過±5 mm。因此，采用圖1中同軸串聯的方式難以滿足地鐵保護區多測站聯測的需求。

潘國榮等探討了基于公共點的多臺全站儀串聯觀測[5]，通過在靠近相鄰測站中間的位置設置一個360°棱鏡作為公共點棱鏡，平差計算時引入旋轉矩陣進行各個測站之間的坐標傳遞，在100 m左右測區范圍內采用2臺全站儀串聯觀測，得到了較好的精度效果。

2 基于偏置棱鏡的多測站聯測

偏置棱鏡是指在全站儀的固定儀器臺上，安裝一個小棱鏡，作為傳遞觀測棱鏡。由于隧道管片通過螺栓連接，當臨近基坑施工時，易發生沉降、位移、管片收斂等變形，但是兩環管片之間難以發生水平方向的旋轉。因此，固定在儀器臺上的全站儀與偏置小棱鏡之間的坐標方位角相對穩定、可靠。在固定儀器臺上安裝偏置小棱鏡，使儀器之間通過偏置小棱鏡進行傳遞測量；同時，固定全站儀與偏置小棱鏡之間的坐標方位角作為平差計算條件，可完成平差計算。基于偏置棱鏡的組網方式如圖2所示。

圖2 基于偏置棱鏡的多測站聯測示意圖

將每臺全站儀與其上的偏置小棱鏡之間的坐標方位角作為附加參數，采用附有限制條件的間接平差方式，即可對每臺全站儀、偏置小棱鏡的平面坐標進行平差計算。

對于儀器臺的高程值計算，由于全站儀與偏置小棱鏡空間方位固定，在儀器臺與偏置小棱鏡安裝完成后，可簡單測得儀器中心與偏置小棱鏡的固定高差。平差計算時，只需將實測全站儀與偏置棱鏡之間的高差減去其固定高差，即可得到相鄰全站儀中心的高差。

3 基于偏置棱鏡的案例應用

蕭政儲出(2012)23號地塊項目采用2臺全站儀串聯觀測，儀器臺之間的距離約95 m，監測范圍約260 m，在測區兩側受基坑施工影響范圍外的管片上各布設8個后視大棱鏡作為控制點，控制網計算采用MicroSurvey公司的StarNet平差軟件。GeoMos測得的原始數據無法直接導入StarNet平差軟件進行計算，為此徠卡公司開發了一套數據編輯小程序——GeoMos自動平差工具，實現了自動從SQL數據庫中獲取GeoMos測量的控制網原始數據，并按照StarNet軟件能夠識別的格式進行整理，保存為可進行平差計算的DAT文件。數據編輯小程序如圖3所示。