地鐵小井口豎井后方交會和雙聯系三角形測量精度分析

劉瑞敏，高帥，馬全明

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

1 引 言

平面聯系測量是將地面坐標和方位傳遞到地下隧道，作為地下導線的起算坐標和起始方位角，用于指導和控制隧道的開挖并保證其正確貫通。隨著城市的快速發展，城市軌道交通的建設步伐也日益加快，建設單位既要保證施工質量又要嚴控工期。在地鐵建設過程中，尤其是長大區間的開挖，為了增加開挖面、提高開挖速度，保證貫通精度，小井口豎井的數量也在逐漸增加。目前小井口豎井常用的平面聯系測量方法主要是一井定向，通過布設單聯系三角形或雙聯系三角形完成。采用聯系三角形對圖形的布設要求比較嚴格，需要測量項比較多，從而測量時占用井口時間較長。采用后方交會法測量時對圖形條件要求不太嚴格，測量項也較少。綜合參考雙井聯系測量與懸鏡法相結合的后方交會法的應用實踐和全站儀后方交會法在傾斜天溜井中進行聯系測量的可行性研究，筆者嘗試在北京地鐵8號線二期工程中采用后方交會的方法來實現小井口豎井的平面聯系測量，并與聯系三角形的測量精度進行了比較分析。

2 工程實踐

2.1 工程概況

北京地鐵8號線二期工程出入段線起于回龍觀東大街站北端折返線終點，由南向北行進在黃平西側路下，至回南北路向西偏轉，進入平西府車輛基地。該出入段線由暗挖區間及明挖區間組成。暗挖區間長 714 m，馬蹄形斷面，交叉中隔墻法施工，為單洞雙線結構。明挖段長 440 m，其中明挖暗埋部分長 200 m，為單層雙跨箱型結構；U型槽段長 240 m，逐漸過渡至地面并與平西府車輛段相接。

2.2 平面聯系測量施測

本工程采用的主要測量設備：0.5″級精度全站儀徠卡TCA2003及配套覘牌、5 m盒尺、鋼絲及 5 kg重錘。由于計劃采用后方交會法施測，并同時采用聯系三角形法進行檢核，因此筆者在布設鋼絲時，分別在豎井西側的南北方向各懸吊1根鋼絲、在豎井東側中部懸吊1根鋼絲，盡量同時滿足后方交會及雙聯系三角形的圖形條件。

圖1 平面聯系測量檢測示意圖

施測時以北京地鐵8號線二期精密導線點DT[8]4-1、DT[8]04、DT[8]05、DT[8]06為起算點布設附合導線，聯測至近井點JJD。在近井點JJD上用極坐標法對三根鋼絲進行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；在中導洞底板以B點后視，分別在C點和A點設站，用極坐標法對三根鋼絲進行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；之后在B點設站對A、B和C三點的邊角關系進行檢測；在下導洞底板以K點后視，分別在C1點和M點設站，用極坐標法對三根鋼絲進行測量，并測量鋼絲GS1-GS2、GS1-GS3間的距離；之后在K點設站對M、K和C1三點的邊角關系進行檢測，如圖1所示。

測量外業按《城市軌道交通工程測量規范》中精密導線的技術要求進行作業。測量水平角左右角各兩測回，邊長觀測兩測回。為了保證測量數據的準確性，筆者根據隧道的開挖進度，先后兩次進行了平面聯系測量檢測，并且每次都按后方交會和雙聯系三角形這兩種方法進行測量數據精度比較。

3 測量成果精度比較

3.1 兩次雙聯系三角形測量成果比較

兩次測量的地面近井導線精度：最大點位中誤差為 ±2.4 mm，最大點間中誤差為±2.1 mm，導線全長相對閉合差最大為1/75559，滿足規范要求，如表1所示；兩次測量的地下控制點坐標和起始方位角，控制點坐標差值最大為 -2 mm，起始方位角差值最大為12″，均滿足規范要求，如表2、表3所示。

地面近井導線測量成果精度表 表1

兩次雙聯系三角形測量坐標成果比較表 表2

兩次雙聯系三角形測量起始方位角比較表 表3

說明：1-1和1-2分別為第一次測量采用C點(或C1點)設站組成雙聯系三角形；
2-1和2-2分別為第二次測量采用C點(或C1點)設站組成雙聯系三角形。

3.2 兩次后方交會測量成果比較

兩次測量采用后方交會法解算后的坐標及起始方位角，坐標差值最大為 1 mm，起始方位角最大差值為11″，滿足規范要求，如表4、表5所示。

兩次后方交會測量坐標成果比較表 表4

兩次后方交會測量起算方位角比較表 表5

3.3 雙聯系三角形和后方交會測量成果比較

采用雙聯系三角形和后方交會兩種方法測量成果比較情況如表6、表7所示。通過表6和表7可得出，采用雙聯系三角形和后方交會法測量，同一點的坐標差值最大為 1 mm；地下同一起始邊的方位角差值最大為6″，滿足《城市軌道交通工程測量規范》中“各次地下近井定向邊方位角較差應小于16″”的精度要求。另外，該出入段線區間豎井與回龍觀東大街站區段貫通誤差精度：橫向貫通中誤差為 ±13 mm，縱向貫通中誤差為 ±7 mm，高程貫通中誤差為 ±1 mm，均滿足規范及工程施工精度要求。

雙聯系三角形和后方交會測量坐標成果比較表 表6

說明：雙聯系三角形的數據取的同一次測量時上下導洞的平均值。

雙聯系三角形和后方交會測量起始方位角比較表 表7

說明：雙聯系三角形的數據取的同一次測量時上下導洞的平均值。

3.4 需要說明的問題

由于小井口豎井的現場測量環境限制，很大程度上影響了近井點的選擇、鋼絲與近井點的距離、聯系三角形的布設等，為一井定向測量帶來了諸多不便。如果采用后方交會法測量，在布設鋼絲時一般可以選擇任意位置布設3-4根鋼絲(注意不要構成危險圓)。而且，采用后方交會進行平面聯系測量，占用井口時間有所縮短，一定程度上節省了人力物力。

此次試驗數據的獲取僅是在布設雙聯系三角形的前提下布設的鋼絲，鋼絲位置難免受聯系三角形的圖形限制，再加上受限于施工進展，沒能有機會獲取更多的試驗數據，尤其是不同鋼絲位置時的測量成果數據，因此，本文的試驗結果可能具有一定的片面性和局限性。

另外，由于施工開挖進度及場地測量條件限制，豎井內待檢測控制點間的距離一般較短(此實例中起始邊大多約 20 m，最短的僅 17.8 m)，若縱坐標差值 1 mm的話，方位角將影響近12″。因此，在測量檢測過程中，一定要嚴格控制測量點的對中誤差和反射片的測距誤差；并在隧道開挖至較長距離后及時進行下一次聯系測量，加大對起始邊方位角的檢核頻次。

4 結 語

本文通過初步在北京地鐵8號線二期工程小井口豎井聯系測量中的應用得出，采用后方交會法進行平面聯系測量是完全可行的，其施測過程比聯系三角形測量相對簡單，測量精度也滿足《城市軌道交通工程測量規范》中相關精度要求，對今后的小井口豎井平面聯系測量具有一定的指導意義。