南京地鐵南北線一期工程TA10標珠鼓區(qū)間控制測量技術(shù)隧道處南京地鐵項目部 方永祝關(guān)鍵詞：一井定向 三角聯(lián)系 經(jīng)緯儀投影 鉆孔投點 應(yīng)用一 、前言城市地鐵施工與山嶺隧道施工中的控制測量技術(shù)有較大區(qū)別，主要有以下幾個方面：1、城市地鐵處在市區(qū)，設(shè)點難度大，通視條件差，洞口處場地小，交通、施工對測量干擾大，控制網(wǎng)必須布設(shè)在房頂；2、埋點時必須考慮施工期內(nèi)拆遷、施工造成房屋傾斜下沉對點位的影響；3、地鐵一般采用豎井加聯(lián)通道進入正洞施工，極少有通過平洞、斜洞進入正洞施工，地下地面的統(tǒng)一坐標系統(tǒng)須用豎井定向來實現(xiàn)；豎井定向技術(shù)在地下工程施工中常用一井定向三角聯(lián)系測量、陀螺經(jīng)緯儀定向、一井定向加鉆孔投點定向（原理是兩井定向）、經(jīng)緯儀投影定向等。陀螺經(jīng)緯儀定向由于精度問題不能滿足地鐵施工要求，應(yīng)用較少。本文針對如何利用一井定向來建立地面地下統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)結(jié)合本隧道實際進行闡述。二、工程概況南京地鐵一期工程南北線TA10標珠鼓區(qū)間段，為礦山法施工區(qū)間，分為左線、右線，雙線單車道，左線在中山路與漢口路交界處設(shè)1#施工豎井，井深19.986m，井口南北方向4.6m，東西方向6m，豎井向北進入聯(lián)通道馬頭門，聯(lián)通道長43.775m，與正線相交于K9+740，夾角44-44-18；右線擬在K9+592.813處設(shè)2#施工豎井，與右線相交90度，豎井中心距右線中心9.247m，距左線中心5.953m，開工日期待定。井下施工長時間內(nèi)只靠1#豎井進行定向控制。左線在9+765處與右線9+784.568處開挖聯(lián)通。2#豎井與左線之間留一個20cm寬*40cm高的觀測孔，在左線開挖到9+590時與2#豎井投點聯(lián)測。見所附豎井聯(lián)通道圖。線路南起珠江路站9+481.6，北至鼓樓站10+132.6，全長651m，線間距15.217.2m，有3個曲線段，曲中點里程和半徑分別為：左線：9+549.551，R=600；9+778.043，R=1200；10+106.701，R=800右線：9+551.268，R=600；9+757.523，R=1200；10+107.417，R=800見所附平面：三、地面控制網(wǎng)介紹地面控制網(wǎng)起算邊為設(shè)計院提供的兩個二等GPS點DT010和DT009，再以DT010為起點布設(shè)四等附合導(dǎo)線網(wǎng)。如圖示：10+132.61#井9+481.62#井DT009ZJL2T3ZJL1T2T4T1DT010第一次測DT010ZJL1ZJL2DT009為一導(dǎo)線網(wǎng)，圖上為綠色線路；T1為ZJL1和DT010交會出，T3為ZJL1、ZJL2交會出，圖上為紫色線路；由于ZJL1在施工中下沉，T1所處房頂在樓下有重車經(jīng)過時有震動，影響測量工作，于是于2001年12月重新布設(shè)DT010T2T4ZJL2DT009導(dǎo)線網(wǎng)，圖上為藍色線路；紅色線路為已知后視起算邊導(dǎo)線測量按四等導(dǎo)線要求進行，但邊長條件不滿足；測角采用方向測回法六測回求平均；測邊采用對向觀測四測回求平均；儀器為TOPCON GTS6，測角2秒，測邊3mm+2ppm；四等導(dǎo)線要求測角中誤差2.5秒，方位角閉和差5n；測距中誤差1/8萬，相對閉合差1/3.5萬。實測結(jié)果全部符合要求。四、豎井定向采用過的幾種方案介紹（1）一井定向三角聯(lián)系測量1原理：通過井口投放兩點A、B形成井上井下理論公共投影邊AB，形成聯(lián)系三角形來定向，從而建立井上井下統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)；2. 操作過程：首先于井口附近以ZJL1為近井點，用T2、T4、ZJL1三個點以前方交會法建立連接點P；見下圖：ZJL1T21#T4井P其次，于井口懸吊兩根0.5mm直徑的碳素鋼絲投放A、B點到井下，要求：關(guān)閉風機，減少避免空氣流動對投點的影響；鋼絲掛25公斤預(yù)制塊，放入水桶中（穩(wěn)定液）；鋼絲完全靜止時觀測鋼絲鉛垂部分；用眼睛觀察有沒有妨礙鋼絲自由鉛垂的物體；井上井下觀測數(shù)據(jù)見計算表；投點圖如下：3.內(nèi)業(yè)計算精度分析和貫通誤差預(yù)計按照城市地鐵測量規(guī)范規(guī)定，角a3度，邊a/c、a/c1.5，兩鋼絲間距不少于5m；測角檢核條件： =+ =+連接點P設(shè)站觀測、和鋼尺量邊a、b、c；井下c點設(shè)站觀測、和量邊a、b、c；測角六測回，每兩測回重新對中一次以減少對中對測角的影響，測角中誤差為2；量邊用經(jīng)鑒定的雄師牌加寬鋼尺，高差用水準儀控制，量六次，加溫差、垂曲、高差和固定誤差改正后取平均，各次讀數(shù)互差小于1mm，估讀到0.1mm。測邊中誤差為 m=vv/n(n-1)v:每次結(jié)果與平均值之差， n：每邊丈量次數(shù)m=0.05mm邊長丈量檢核為：C計2=a2+b2-2abcos 結(jié)果C計小C測0.00006mmC計2=a2+b2-2abcos 結(jié)果C計小C測0.00006mm符合要求解算聯(lián)系三角形聯(lián)系三角形解算地面聯(lián)系三角形地下聯(lián)系三角形ZJL1APb ac BADc bBa C觀測值觀測值abcabc5.338179.838574.5000600 02 35.89.829905.336984.5000802 00 10檢核計算檢核計算C計C測d= C測- C計C計C測d= C測- C計4.500004.50006-0.000064.500044.50008-0.00004解算角度中誤差計算解算角度中誤差計算=a/c00 03 4.83m=a/c m2.4 =sin-1（a/csin）175 37 18.42m=ma/cm4.4=b/c00 02 19.37m=b/c m4.4=sin-1（b/csin）2 22 31.58m=mb/cm2.400 02 35.8m22 00 10.0m2180 00 00180 00 00C2計=a2+b2-2abcossin/a =sin/b=sin/cC2計=a2+b2-2abcossin/a =sin/b=sin/c推算地下導(dǎo)線起點坐標方位角CDCD=PZJL1+(+)+ 3180 =PZJL1+(+)+ 3180精度分析與貫通誤差預(yù)計對井下貫通誤差影響最大的，決定性的因素視傳遞到井下的導(dǎo)線起算邊坐標方位角CD的誤差，如圖，方位角誤差將隨地下導(dǎo)線的延伸而放大。xEEEDCDExDCDmyC 而坐標誤差只是被平行的傳遞下去，對貫通的影響相對較小a、根據(jù)方位角傳遞公式求CD解算誤差CD=PZJL1+(+)+ 3180 =PZJL1+(+)+ 3180利用誤差傳播定律得出mCD公式： mCD=m2PZJL1+m2+m2+m2+m2其中m PZJL1、m、m為地面連接誤差m上；m、m為井下連接誤差PZJL1=Dt010Dtoop+DT009010 ZJL1+DT010ZJL1Pm PZJL1=22+22+22 =3.5DT009DT010 2JL1Pm上=m2p2JL1+m2+m2=3.52+22+2.42=4.7 mF=m2+m2=4.42+22 =4.8mCD=4.72+4.82=6.7b、根據(jù)兩鋼絲投向精度求投向誤差e/c 如圖：ABBAeBeABA e值根據(jù)井深度較淺，空氣擾動小，鋼絲完全穩(wěn)定后擺動非常小，實地觀測時在經(jīng)緯儀幾乎看不到擺動的情況，預(yù)計e值取鋼絲直徑值0.5mm較為合理。則e/c22.9c、豎井貫通面地下導(dǎo)線角度誤差積累。1#豎井至9+481.6地下導(dǎo)線長度l=300m，考慮通視曲線等原因，地下導(dǎo)線設(shè)D、E、F，站，仍按地面導(dǎo)線測量一樣的要求進行，每測站按計，則：m導(dǎo)2 =3.5d、貫通誤差預(yù)計為：綜合各方面誤差，總的方位角誤差為：m=m2CD+2+m2 導(dǎo) .72+22.92+3.52 =24.1貫通誤差：m/l=24.1/206265300=35.1mm允25mm經(jīng)緯儀投影定向測量由于一井定向三角形測量餓投向精度不高，定向邊AB向距太短，地鐵測量規(guī)范中規(guī)定其3，C5m，a/c1.5，現(xiàn)場條件無法滿足，所以最終結(jié)果不夠理想。根據(jù)現(xiàn)場井深19.986m的情況，結(jié)合經(jīng)緯儀最大俯角觀測限度，我們又采用了經(jīng)緯儀投影定向：1、原理：利用經(jīng)緯儀視準軸向下擺觀測到馬頭門聯(lián)通道內(nèi)，作出標記，將地面方位傳遞至井下。2、操作過程說明：在豎井口沿埋設(shè)一個強制對中點A，強制對中點以同經(jīng)緯儀基座螺桿大小，以游標卡尺方中即為點位A，在P上架經(jīng)緯儀后視照準ZJL1 ,然后鏡光下移在井下投點板上定出D點，盤左盤右多測回進行，將投點板上各點分中取平均位置；A點與ZJL1視線方向?qū)γ婢匾苍O(shè)立同A點一樣的強制對中點C，以C點為為證后視A點望遠鏡下移在固定投點板上定出盤左盤右多測回平均位置定為E點，以DE為地下導(dǎo)線起始方向；以經(jīng)檢定鋼尺丈量AD斜邊長，以三等水準測量方式測出AD高差，求出LAD=AD2H2AD高差，實地測算結(jié)果為AD投影邊長距離7.8m。見圖：、精度分析與貫通誤差預(yù)計：方位角DE即AZJL1方位的投影，AD平距測算誤差對井下D點起算坐標的影響對定向沒有影響，對貫通的影響是平移（前面已敘述），AD高差誤差在0.5mm內(nèi)，斜長丈量誤差在1mm內(nèi)，AD平距誤差較小，對貫通的影響可以不考慮。主要的誤差來源有：a：A點螺桿中心與儀器中心不重合。A點以游標卡尺量出加上操作誤差，應(yīng)在.3mm內(nèi)；b:D點定點操作誤差：鉛筆尖削至極細，在投點板上定出多個點分中，誤差在0.5mm左右；C：經(jīng)緯儀橫軸不水平，視準軸在下移過程中偏移鉛垂投影方向誤差：經(jīng)盤左盤右操作可以消除。AA分中即為方向投影位置盤左A A A盤右a、b、c項為定向過程中的誤差，引用投向誤差公式l/c=(0.3+0.5)/2/7.8=10.6d：地面控制網(wǎng)方位角誤差mAZJL1，此項誤差同一井定向三角聯(lián)系測量中mPZJL1都為3.5；e：地下導(dǎo)線方位角誤差積累：此項同前述一井定向三角測量中m導(dǎo)，都為3.5。綜上所述，方位角綜合誤差為：m10.62+3.52+3.52=11.7貫通誤差為：= m/l=11./206265300=17mmi=25mm投點儀投影導(dǎo)線定向1、操作過程a：在井口對角線位置搭設(shè)投點工作平臺，井下搭設(shè)平臺，分三層，人站定位置一層，投點板一層，架儀器的位置一層，互不干擾互不連接；b：井口用白紙點一個小點作A、B點，架立棱鏡于A、B上，ZJL1和 T1以前方交會方式測出角AT1ZJL1, BT1ZJL1, BZJL1T1, AZJL1T1和距離，然后在T1,ZJL1架設(shè)棱鏡，A、B架全站儀測T1 AZJL1, T1B ZJL1及距離，計算閉合差，平差后計算A、B坐標及方位角。B2JL12JL1AT1ACABT1Bc以投點儀取代全站儀，對中A、B點，去掉白紙投下A、B點， 以A B邊方位角為地下導(dǎo)線起始方位角，投點時分別于0度、90度、180度、270度四個方向投四個點，連線交點即為A（B）點。d。A點架全站儀后視B點前視地下導(dǎo)線起點C，測出C點坐標。2精度分析與貫通誤差預(yù)計AB的誤差來源主要有以下幾項：a、由于A、B方位角由A、B兩點坐標反算得來，故A、B兩點點位誤差對方位有決定影響。A、B點位誤差對方位的影響可用投向誤差公式表示：=ec由DT010起算到ZJL1-T1-A、B，A、B點坐標計算公式為：XA=XDT010+XDT010ZJL1+XZJL1A=X+LcosmX= m2xdt010+（ mLcos+mL cos）2mL只取TOPCON GTS-6儀器測距固定誤差3mm，值約350度 cos取1，mxdt010 取2mm。L DT010ZJL1=170m，L ZJL1A=55m。Mxa=32+（31+2（170000mm+55000mm）2）1206265）2=6.5mm由于Y坐標增量公式中sin很小，Y坐標對A點點位誤差的影響也小，只取m YDTO1O= 2mm，則：e A= m2 XA + m2 YA =6.8mm =eB則A、B 點點位誤差對方位角的影響為：mAB = = ec =237秒嚴重超限，由此可以看出該方法不合理，余下推導(dǎo)不必再深入。五、結(jié)語-對三種方案的綜述第一種方法較為傳統(tǒng)，操作時仔細認真加上儀器精良，基本可以保證隧道在前100m內(nèi)達到要求不出問題，但滿足不了貫通要求；第二種方法較為可靠，基本可以滿足貫通要求，但缺少必要的檢核條件，對操作的仔細程度要求很高，控制點設(shè)在井圈上受到井口下沉的影響，量測結(jié)果顯示井口四周不均勻下沉達3mm；第三種方法有嚴重缺陷，不可實施。進洞初期采用第二種方法控制，以第一種方法進行檢核，待條件成熟，再與2#井聯(lián)測，預(yù)備沿1#井聯(lián)通道正洞9+740左線9+5902#井的線路進行施工，再通過預(yù)留孔與2#井投點聯(lián)測以形成兩井定向，這樣只需要保證地下190m內(nèi)控制精度滿足即可，反算允許1#井一井定向誤差為：25mm190m206265=27秒，這樣就容易做到。為確保控制的準確性，加大保險系數(shù)，提高精度，還將在左線9+740用水平旋噴機鉆一個直徑200mm的垂直孔，從孔中投F點下去，將F