武漢軌道交通水準測量精度的影響因素及控制

聶發懿 王艷

摘要：對于城市軌道交通工程項目來講，施工過程中的測量工作有著非常重要的作用。高程是確定地面點位置的基本要素，水準測量是高程測量中最常用、最精密測量。測量精度直接影響到城市軌道交通工程建設的質量。當前工程項目在開展測量工作的過程中，受多種因素的影響導致沒有掌握好測量的精度，使得水準測量的結果有一定的偏差，限制了高程的準確性。為了充分保證軌道交通水準測量過程中的精度，需要對影響精度的因素展開分析，并制定合理的控制措施。基于此，文章就武漢軌道交通水準測量過程中精度的影響因素及控制措施展開論述。

Abstract： For urban rail transit project， the measurement work in the construction process plays a very important role. Elevation is the basic element to determine the location of ground points， and leveling is the most commonly used and precise survey in elevation survey. The measurement accuracy directly affects the quality of urban rail transit construction. At present， in the process of carrying out the survey work of the engineering project， due to the influence of many factors， the accuracy of the survey is not well mastered， which makes the result of the leveling survey have certain deviation and limits the accuracy of the elevation. In order to fully ensure the accuracy of rail transit leveling， it is necessary to analyze the factors affecting the accuracy and formulate reasonable control measures. Based on this， this paper discusses the influence factors and control measures of the accuracy in the process of Wuhan Rail Transit leveling.

關鍵詞：軌道交通;測量精度;影響因素;控制因素

Key words： rail transit;measurement accuracy;influencing factors;control factors

中圖分類號：P258? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0266-02

1? 工程概況

本標段為武漢市軌道交通6號線二期工程土建工程第一標段，項目位于武漢市東西湖區，工程包含是3個盾構區間：金銀湖公園站～金銀湖停車場站盾構區間、金銀湖停車場站～二雅路站盾構區間、二雅路站～臨空港大道站盾構區間，線路全長6.81公里。

2? 測量難點

根據勘探報告，對本工程的測量難點進行了分析發現，本標段地質主為長江II級階地和長江Ⅲ級階地，隧道靠近二雅路站存在可溶性白云巖，風化砂質白云巖及風化白云巖中存在溶洞。金銀湖公園站～金銀湖停車場站盾構區間下穿既有6號線一期出入線區間，區間隧道頂與出入線區間底豎向凈距最小約3.2m，目前明挖出入線區間已經正常運營;且正下穿既有出入線工法樁及鉆孔灌注樁，其中工法樁進入本區間盾構隧道約3.6m，距離鉆孔灌注樁樁底最小凈距約1.85m。金二區間中間穿越硚孝高速橋樁及設1個聯絡通道兼作聯絡通道及排水泵房。依據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB50652-2011）條文說明第7.3.4條表6，盾構隧道與既有明挖區間最小豎向凈距<0.7D，接近重要設施，風險等級為二級，考慮既有運營線安全及結合類似工程經驗，將風險等級提升為一級。

3? 水準測量的含義

水準測量使用由望遠鏡、水準器及基座三部分組成的水準儀進行儀器安置、粗略整平、瞄準水準尺、精平和讀數等操作步驟進行高程測量[1]。利用由水準儀提供的水平視線和借助帶有分度的水準尺，直接測定測站兩點的高差，然后根據已知點高程和測得的高差，推出未知點的高程。若在測量過程中由A到B的方向進行，則A為后視點，B為前視點。a與b分別為后視讀數與前視讀數，即B點（未知點）的高程等于A點（已知點）的高程加上兩點間的高差：

HB=HA+hAB=HA+（a-b）

A與B之間的高差：hAB=a-b

4? 影響水準測量精度的因素

4.1 測量儀器自身誤差

武漢軌道交通項目在使用儀器前測量人員雖進行矯正，但i角仍有微小的殘余誤差，導致視準軸與水準管軸不平行。在調焦過程中，調焦透鏡光心與望遠鏡的光軸所移動的軌跡不重合，即在改變調焦的過程中視準軸也會發生一定的變化，從而視準軸與水準管軸之間的平行關系發生改變。水準尺在使用過程中有尺長變化，尺身彎曲及標尺每米的鑒定精度誤差。雖科技發展，鑒定精度在提高但每米真長仍存在±0.01mm左右的鑒定誤差，最大鑒定誤差值可達0.014mm，繼而對百米高差而言每米真長測定誤差就達±1.4mm。[2]水準尺使用過程中存在與視線方向的左右傾斜，觀測時通過觀測望遠鏡十字絲很容易察覺后糾正。如果水準尺的視線方向與傾斜方向一致，就很難察覺，直接導致對尺子的讀數就偏大。因為尺子傾斜對讀數的影響與尺的傾斜角和尺上讀數的大小有關。水準尺的傾斜角越大，對讀數的影響就越大;水準尺上讀數越大，對結果的影響就越大[3]。

4.2 日常項目管理

對于軌道交通建設項目的測量工作，要借助專業的測量儀器。每年更新換代的精密高科技儀器設備投入，給武漢軌道交通中的施工單位帶來了一定的壓力。因成本控制需要，施工單位選擇了少許老舊的儀器設備，不夠先進的儀器設備使得水準測量工作誤差偏大，獲得的數據對于施工項目的使用有不利因素。還有就是，武漢軌道交通的施工單位對于測量人員的管理落實工作不及時。測量時的原始記錄必須準確完整記錄，測量結果堅持復核和簽字制度，以及結果不得隨意涂改和損壞，工程測量資料和測量成果資料妥善歸檔保管，裝訂成冊。工作的落實不及時造成了測量工作沒有受到更嚴格監管，影響測量精度。

4.3 自然環境的影響

軌道交通臨建場地內地面被大型機械及人為破壞，測站地面土質疏松及地表參差不齊使儀器下沉，導致視線降低，從而引起高度誤差。水準測量視線通過不均勻的空氣介質，空氣介質中有大量微粒的存在，愈靠近地面空氣密度就會愈大，視線通過不同密度的介質后而產生折射，所以，實際上視線并不水平而呈彎曲狀，這就是大氣折光的影響，一般用γ表示。實驗證明，在穩定的氣象條件下，γ約等于C的1/7，即

r=C/7=0.07（D2/R）

而地球曲率和大氣折光的共同影響

f為f=C-r=0.43（D2/R）

【引：在水平視線代替大地水準面在尺上讀數產生的誤差為C=D2（2R）】[4]地球在太陽行星軌道上，使得地面存在引潮力，影響地球表面的重力方向，導致儀器水準軸的水平位置會發生差異。日、月引力主要影響方向在南北方向上的積累，當日、月之間的角距離都為45度時影響最大，最大影響可達0.1mm/km。從而對于高精度的水準網是不能小覷的，需考慮潮汐的影響。[5]

5? 水準測量精度的控制

5.1 測量過程標準化

在武漢軌道交通項目施工單位、監測單位及第三方監測單位相關測量人員在水準測量前強化水準儀的檢驗矯正，使得圓水準器軸平行于儀器豎軸，圓水準氣泡居中，豎軸位于鉛錘位置。在十字絲的橫絲垂直于豎軸后，轉動水準管軸平行于視準軸。加強測量管理，測量人員均取得測量員證，全站儀徠卡TS60及電子水準儀天寶DINI03等測量儀器取得國家計量相關部門鑒定后使用。在水準測量過程中，盡可能保持前視與后視之間的距離相等，使得前視與后視讀數過程中不改變調焦。當因某種原因產生某一測站的前視（或后視）距離較大時，要使在下一測站上使后視（或前視）距離也應較大[6]在測站的觀測過程中，須采取后一前一前一后的觀測順序;測量水準線路時，還應進行往返觀測。為確保水準基準點埋淺固定牢靠，將直徑22mm長度1.5～2m埋入工作基點位置，然后對測點鋼筋上部50cm的高度利用混凝土對其進行固定，并使用保護套管和封蓋保護。

5.2 測量方案合理化

在對軌道交通項目技術方案進行設計工作前，要充分了解施工現場及周邊環境，確保技術設計方案的科學、準確以及方案實施的可行性。在測量作業前，對水準儀及配套因瓦尺進行全面檢驗。測量主管編制作業計劃表，確保施測線路安全可行，線路要盡量注意避免通過高樓、樹林等折光影響嚴重的地區，確保外業觀測有序開展;測量時間段避免交通高峰時間段，保護人身安全及財產安全。設站時，應使前后視距盡量相等，視線離地面應有足夠的高度在測量過程中，在同一測站上用兩個不同的儀器高度，測得兩次高差進行檢核，如若在坡度較大的測段作業時，應適當縮短視距。對于水準尺而言，應分別對水準尺的黑面和紅面進行觀測，使得其兩面的前視與后視讀數高差是否近似。烈日當空時，水準測量會因其水準管受熱不均勻，氣泡會向溫度高的方向移動，則要給儀器遮陽，避免陽光均勻及暴曬，減少外界環境的影響。如若在有條件的情況下，可以考慮陰天觀測。

6? 結束語

成果的分群現象仍是精密水準測量中的一個難題。客觀存在的現象諸如往測與往測、返測與返測之間數據十分接近;往返測之差又大大超限，經多次重測還是數據不合。目前存在的客觀誤差現象還不能用現在的科學理論進行解釋，因此我們臆測一定存在與已知誤差來源無關的一種或多種物理現象，水準測量成果受其干擾。加強對水準測量的精度控制，要在作業方法、儀器和數據分析等方面多加以研究，分析精度誤差原因采取相應措施，盡量避免或削弱不利誤差的影響。總而言之，水準測量精度誤差是客觀存在的，要有效地控制工程建設項目中影響精度的各種因素，保證測量工作的準確性。充分發揮水準精度在建設項目中的作用，保障建設項目順利完工。

參考文獻：

[1]鄧琳.測量學[M].天津大學，2018.

[2]劉愛軍.工程測量[M].南京工業大學，2019.

[3]高井祥.建筑工程測量[M].中國礦業大學，2016.

[4]沙從術.現代測量學[M].化學工業出版社，2011.

[5]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，1995.

[6]梁振英，董鴻聞，口恒煉，等.精密水準測量的理論和實踐[M].北京：測繪出版社，2004.