大连地铁暗挖工程联系测量技术总结.docx
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大连地铁暗挖工程联系测量技术总结
大连地铁暗挖工程联系测量技术总结
作者：
解冰冰
摘要：
测量在建筑工程施工过程中的应用，已经算是非常成熟和完善，测量技术也越来越先进、测量精度也越来越高。
但在地铁车站暗挖施工环境中，由于受到现场施工条件的限制，一些先进的仪器无法使用，或使用之前的测量技术达不到我们所需要的精度要求。
这样我就要在现有的条件下，采取一些必要的措施，尽量提高测量精度，以达到施工所需的条件。
前言
地铁工程施工测量中，必须使横向误差和高程误差控制在限值范围内。
根据《城市轨道交通测量规范》（GB50308-2008）中的规定，联系测量角度观测，测角中误差应在±2.5″之内；地下起始边方位角的较差应小于12″，方位角平均值中误差为±8″。
但在地铁工程施工中，因施工工序较多、工序转换频繁、洞内导线点使用周期短，难以进行长期检验，故对测量精度提出了更高的要求。
地铁暗挖工程测量关键点主要是在联系测量和洞内导线测量上，因地铁车站暗挖工程，相对铁路隧道、公路隧道等，洞内空间更为狭小，测量导线长度短，误差大，给测量工作带来更大的困难。
联系测量和控制测量是地铁测量工程中最重要的两个环节，联系测量将地面坐标系转入地下，然后通过控制测量将坐标系延伸至各导洞内，联系测量的数据是否准确，直接关系到主体结构的尺寸是否准确。
所以如何做好联系测量是地铁暗挖工程施工测量工作成败的关键。
联系测量主要是通过竖井将地面和地下控制网联系在统一坐标系统中的测量工作。
把地面上控制点的坐标、方位角和高程传递到地下导洞中去，作为地下导线的起算坐标和起始方位角，依次指导地下工程的施工，并保证正确贯通。
竖井联系测量包括平面联系测量和高程联系测量两部分。
平面联系测量可采用：
联系三角形法，铅垂仪法、陀螺经纬仪联合定向法，钻孔投点定向法以及双井定向等方法；高程联系测量包括：
钢尺（钢丝）法，水准测量法，光电测距三角高程测量法等。
联系三角形法是一种传统的竖井联系测量方法，也是一种比较有效的测量方法，该方法是通过从竖井上部悬挂至底部的两根钢丝，形成联系三角形来进行坐标和方位传递的。
操作较为简单，但程序较多，工作时间较长。
陀螺仪定向是用陀螺经纬仪测定某控制网边的陀螺方位角，并经换算获得此边真方位角的测量工作。
测出陀螺方位角，从陀螺仪子午线（测站上通过假想的陀螺轴稳定位置的子午面，即陀螺仪子午面与地平面的交线）北方向顺时针量至某定向边的水平角。
采用陀螺仪定向精度高，但是仪器价格昂贵，定向工作需要时间长，对操作人员要求也比较高。
两井定向是通过两个竖井进行的竖井定向测量。
是在两个有巷道连通的竖井井筒内，各悬挂一根Ф0.3钢丝并上下都贴上反光片（悬挂方法和联系三角形法一样），根据地面控制网测定两根钢丝中心的平面坐标，并在隧道内用导线对两钢丝上反光片中心进行联测，从而将地面控制网的平面坐标和方向，传递给井下的控制点和导线边。
导线测量法主要适用于井口很大且较浅，仰俯角小于30°。
操作简单，但是对于场地有很大的限制，对于暗挖地铁车站几乎不适用。
钻孔投点法具有时间短、测量精度高、简单直观、容易操作等特点。
该方法是一种适合于浅埋、矿山法施工地段竖井平面联系测量方法。
但钻孔投点的缺点是要在隧道上钻一个以上测量井。
由于地铁施工工程大都位于交通繁忙地段，钻井手续审批麻烦、钻井和测量作业对交通影响大，且费用较高，一般难以采用。
（具体比较见表1）
表1平面联系测量方法总结比较表
内容
1.大连地铁工程对联系测量的一些规定
1、联系测量方法
（1）钻孔投点法：
在横通道或正线上方钻孔投点，与竖井投点形成两井定向（两钢丝间距离应大于60m，特殊情况不得小于30米，边长小于60m时，相应测角及测距测回数应增至规范规定的1.5-2倍）。
（2）联系三角形法：
采用联系三角形法（吊钢丝），夹角和边长比应满足规范要求（夹角应小于1°，近井导线点至悬挂钢丝的最短距离与两根钢丝间距离的比值宜小于1.5），钢丝间距应大于4米，上下钢丝之间的距离较差小于2mm。
（具体后面详细讲解）
（3）陀螺仪等组合定向法：
采用陀螺经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合定向测量。
2、联系测量要求
（1）不允许采用从竖井口用垂准仪投两点坐标的方法进行井上、井下联系测量。
此种做法不满足规范要求。
（2）第一次竖井联系测量数据只能用于指导隧道掘进（含横通道）直线100米（曲线60米）以内的隧道掘进（超过上述长度就必须测设首条控制边）。
2.大连地铁工程对区间地下导线首条控制边的测量方法及要求
1、地下导线首条控制边测量方法
（1）利用钻孔投点，进行坐标传递，测设地下导线首条控制边。
具体做法有：
投通视的一对点；投单点，和竖井投点形成两井定向。
坐标传递采用钢丝（贴反光片）或投点仪完成。
（2）左、右线各测设一条陀螺方位边，作为地下导线首条控制边。
（3）完全按规范各项技术指标要求，采用联系三角形法（吊钢丝）作业，通过边角传递做出地下导线首条控制边。
图1大连地铁103标西安路站亿达井联系测量示意图
2、首条控制边测量要求
（1）通过区间竖井联系测量控制的隧道掘进，若隧道掘进（含横通道）超过直线100米（曲线60米），则需测设首条控制边（100米以上）。
（2）各标段具体采用哪种首条控制边测量方法，根据现场条件和区间长短等因素确定。
3、具体测量时间及报检时间的要求
表2控制测量及重要环节测量报审
序号
检测项目
测量成果报检期限
1
施工测量方案
进场后15日
2
控制点（平面和高程）复测与验收
交接桩后10日内
3
地面平面和高程加密点测量（暗挖部分）
开工前
4
地面近井点测量（暗挖部分）
竖井土建施工前
5
暗
挖
车
站
包括联系测量（第一次）在内的检测
隧道掘进（含横通道）50米
包括联系测量（第二次）在内的检测
隧道掘进（含横通道）100米
包括联系测量（第三次）在内的检测
隧道掘进（含横通道）200米
盾构洞门环（如有）中心检测
浇砼前
3.联系测量具体操作方法
1.测量依据
《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008
《工程测量规范》GB50026-2007
《大连市地铁工程施工管理办法（试行）》大地发[2010]43号
《大连市地铁工程施工测量管理办法（试行）》补充规定
（一）
《大连市地铁工程爆破、测量管理要点》2012年10月
2.近井导线测量（精密导线测量）
2.1作业前准备
1、仔细阅读仪器设备使用说明书，熟悉仪器设备性能，做到熟练操作。
2、认真研读作业指导书，严格按照相关规定和操作方法作业。
3、检查仪器及各配件（全站仪主机、电池、三角架、基座、棱镜、觇牌板、对讲机、记录本等）
2.2作业要求
规范要求：
符合导线的边长宜少于12个，相邻边的短边不宜小于长边的1/2，个别短边的边长不应小于100m。
由于城市测量环境较为复杂，规定地面导线最短不能小于50m，洞内导线不能小于60m。
表3精密导线主要技术要求
2.3精密导线水平角观测
1、应采用左、右角观测，左、右角平均值之和与360°较差应小于4″；
2、前后视边长相差较大，观测需要调焦时，要对采用同一方向正倒镜同时观测法，此时一个测回中不同方向可不考虑2C较差的限差；
3、水平角观测一测回内2C较差，Ⅰ级全站仪为9″，Ⅱ级全站仪为13″。
同一方向各测回较差，Ⅰ级全站仪为6″，Ⅱ级全站仪为9″。
2.4精密导线距离观测
1、精密导线网的边长观测时，取往返测平均值为最终结果。
测距长度应考虑气象、常数及投影改正，气象数据取测站上的观测值，气象观测时待气压计、温度计与周围环境一致后，才正式测记气象数据，气压计、温度计避免受日光暴晒和直射。
气象数据、常数直接输入全站仪自动改正。
采用观测垂直角直接计算平距。
垂直角≤4°时，观测1测回。
4°＜垂直角≤8°时，观测2测回；垂直角＞8°时，观测4测回。
2、距离测量除要符合精密导线测量主要技术要求外，还要符合表4规定。
表4距离测量限差技术要求（mm）
全站仪
等级
一测回中
读数间较差
单程各测
回间较差
往返测或不同时段结果较差
Ⅰ级
3
4
2·（a+bd）
Ⅱ级
4
6
注：
（a+bd）为仪器标称精度，a为固定误差，b为比例误差系数，d为距离测量值（以千米计）。
2.5精密导线短边测量
如果在现场条件比较特殊必须存在短边（小于50m）的情况下，除了使用上述前后视边长相差较大，观测需要调焦时，要对采用同一方向正倒镜同时观测法，还应先观测长边后观测短边。
同时建议使用三联脚架法即一站观测完毕，保持本测站和前视方向站的三脚架和基座不动，仪器和棱镜在基座上互换，进行下一站的角度和距离测量。
2.6注意事项
1、全站仪一定要在使用前充好电，以免影响测量工作。
2、应检查地面已知控制点的稳定情况坚持“先检核后利用“的原则。
3、导线测量的仰俯角不宜大于30°。
4、导线测量使用的仪器、基座、脚架各个部位应检查是否有自然松动，发现后要及时拧紧。
图2大连地铁103标西安路站亿达井近井点导线测量示意图
3.近井水准点测量（精密水准测量）
3.1作业前准备
1、仔细阅读仪器设备使用说明书，熟悉仪器设备性能，做到熟练操作。
2、认真研读作业指导书，严格按照相关规定和操作方法作业。
3、检查仪器及各配件（电子水准仪主机、电池、三角架、水准尺、尺垫、对讲机、记录本等）
3.2作业要求
1、精密水准应沿线路附近布设成符合路线、闭合路线。
2、水准测量的主要精度要求如下：
表5水准观测的视线长度、视距差和视线高度的要求
水准测量等级
标尺类型仪器类型
前后
视距差（m）
前后视距
累计差（m）
视线高度（m）
水准仪
等级
视距（m）
视线长度20m以上
视线长度20m以下
一等
DS1
≤50
≤1.0
≤3.0
≥0.5
≥0.3
二等
DS1
≤50
≤2.0
≤4.0
≥0.4
≥0.3
表6水准测量精度的要求（mm）
水准测量等级
每千米水准测量偶然中误差M
每千米水准测量全中误差Mw
附和水准线路平均长度（km）
水准仪
等级
水准尺
观测
次数
往返较差、附和或环形闭合差
一等
±1
±2
35-45
DS1
铟瓦尺或条码尺
往返各一次
4
二等
±1
±4
2-4
DS1
铟瓦尺或条码尺
往返各一次
8
注：
L为符合线路长度，单位为千米。
3.3外业操作要求
1、观测时仪器设置水准线路测量（以TimbileDiNi03电子水准仪为例），测量模式选择“aBFFB“模式，并把奇偶站交替也选择上，往测的测量次序是：
奇数站后前前后，偶数站前后后前，返测测量次序是：
奇数站前后后前，偶数站后前前后。
观测应遵守三固定原则，即固定仪器、固定观测人员、固定路线。
2、测量前要对仪器进行常规的检查与校正，同时记录检校结果。
一等水准仪i角要小于或等于15″，二等水准仪i角应小于20″。
（右图为检校照片）
3、一等、二等水准网测量的观测方法应符合下列规定：
往测奇数站上：
后-前-前-后
偶数站上：
前-后-后-前
返测奇数站上：
前-后-后-前
偶数站上：
后-前-前-后
4、往返两次测量高差超限时应重测。
重测后，一等水准应选取两次异向观测的合格成果，二等水准则应将重测成果与原测成果比较，其较差合格时，取其平均值。
5、外业结束时，应立即将当天观测数据传入电脑进行处理，检查各项指标是否符合规范要求，对超限部分应及时提出并进行外业补测。
4.精密导线测量和精密水准测量的内业计算
4.1导线的计算
精密导线网计算要使用正规的平差软件，采用严密平差方法，其精度要符合规范的规定。
图3测量计算方案
一般使还得COSA平差软件进行2次校核。
图4COSA软件西安路站亿达井近井点导线测量计算结果实例
4.2水准线路的计算
1、水准测量内业计算，计算取位，高差中数取至0.1mm；最后成果，一等水准取至0.1mm，二等水准取至1.0mm。
2、水准网计算要使用正规的平差软件，应按测段平均长度和平均高差输入到软件，按照严密平差方法进行水准网整体平差。
图4COSA软件西安路站亿达井近井点水准线路测量计算结果实例
5.联系测量
联系测量包括：
地面近井导线测量和近井水准测量；通过竖井、斜井、钻孔的定向测量和传递高程测量；地下近井导线测量和近井水准测量等。
定向联系测量常用的方法有联系三角形法、陀螺仪法、投点定向法等。
综合大连地铁施工环境以及别的原因，联系三角形法是首选。
传递高程测量常用方法有悬挂钢尺法、光电测距三角高程法等。
同样综合大连地铁施工环境及其他原因悬挂钢尺是我们常用的方法。
所以下面主要说明这两种最常用的方法，主要以2013年9月大连地铁西安路站亿达井联系测量为例，进行说明。
5.1定向联系测量
1、作业前准备
（1）了解井上、井下控制点位置，井口尺寸，竖井深度等信息。
根据情况确定能否工作。
（2）检查仪器及各配件（2套全站仪、2套电子水准仪、电池、三脚架、基座、Ф0.3mm钢丝、10kg重锤、油桶、阻尼液（废机油）、全站仪专用反射片、温度计、气压计、对讲机、记录本等。
）
2、作业过程
（1）检查已知点
架设全站仪和棱镜，输入温度、气压数据，检查近井导线已知边及夹角的数值，满足规范限差方可用于联系测量起算数据，若数据超限，则需要重新测量近井导线。
（2）悬吊钢丝
在竖井口内顺横通道方向悬挂两根钢丝，钢丝不要括蹭井壁，其间距尽量长，在竖井底钢丝末端悬挂10kg重锤，重锤浸没在盛有阻尼液（废机油）的油桶中（见图5）。
图5重锤浸没在盛有阻尼液（废机油）的油桶中
（3）检查钢丝的角度和距离
在井上和井下近井点分别架设全站仪，精确整平对中后检查仪器站点与两根钢丝之间的夹角及钢丝至近井点之间的距离，要求两根钢丝的锐角α、α′夹角均小于1°，近井点到最近钢丝距离与钢丝距离比（b/a和b′/a′）小于1.5，这样才能保证联系三角形图形条件成立（示意图见图6）。
图6大连地铁西安路站亿达井联系三角形测量示意图
（4）测量钢丝间距
仔细观察井下油桶中的钢丝，发现钢丝静止后方可进行钢丝间距测量。
测量钢丝间距时，在两钢丝的近似延长线上架设全站仪，利用全站仪分别测量仪器到两钢丝（钢丝上粘贴的反光片）的水平距离，其距离之差即为钢丝间距（经检验全站仪偏离直线5cm时引起钢丝距离测量误差为0.0001m）。
当井上与井下测得钢丝间距较差在±2mm以内时，即满足规范要求，可以进行下步测量。
（5）角度与距离测量
分别在井上近井点和井下近井点同时架设全站仪，进行整平与对中，根据规范精密导线要求的测回数（井上井下同时观测同时停止测量，共测3次每次6测回，并且下次开始前需重新架设仪器。
）按照方向法观测井上后视方向与两钢丝之间、两钢丝与井下方向边之间的夹角和相应各条边的水平距离。
3、平差计算
如图7所示将井上的O1、O2与井下的O1、O2合并先按照余弦定理计算出O1、O2的距离（井上井下取平均值），再用正弦定理计算所需的角度β以及β′，将井上井下联系起来成支导线B～A～O2～O1～A′～B′，用已知点A、B计算A′、B′。
将外业测得的边和角以及计算出来的边和角输入平差软件进行严密平差计算，得出控制点的坐标成果。
（以西安路站亿达井为实例见附件1）
图7方位角（橙色为支导线路线）推算示意图
4、注意事项
（1）一定要在使用前充好电，以免影响测量工作。
（2）竖井联系测量至少要独立进行三次，取三次合格成果的平均值作为最后知道井下施工控制测量的起算数据。
（3）竖井联系测量投点时，应停止向隧道内供风。
禁止人员从竖井上下通过，投点使用的临时转点需要钉设牢固，测量作业前严禁触动。
（4）竖井联系测量时，待钢丝稳定后检查钢丝是否存在靠井壁、锤球靠油桶壁或托底等情况，稳定测量时，每次测完要及时计算钢丝之间的距离进行上下比对，并尽可能的进行多余观测，以利检核。
（5）因为竖井联系测量的场地比较狭窄、测量条件差、边长较短（建议先测长边后测短边）、误差来源因素多等因素，在测量工作中应认真对待，选择好的测量时段，并采取多次对中、三联脚架法、测量时必须停工（联系测量前3小时就应该停止爆破作业和机械的工作，并向隧道通风。
）、尽量延长导线边长等措施提高测量精度，以减少贯通误差。
（6）测量反射片时，仪器模式需重新设置，反射片平面应正对全站仪即反射片应垂直仪器视线。
（7）由于上下反射片粘贴存在细微误差，因此进行水平角观测应该照准钢丝，不能照准反射片上面的竖丝。
（8）地下控制点最好做成强制对中装置，因为在整个观测过程中，仪器的位置保持不动，这样几乎没有对中误差。
如图8所示。
图8大连地铁西安路站亿达井强制对中装置的应用
5.2传递高程测量
1、悬吊钢尺法传递高程的作业方法及技术要求
作业钢尺必须是检定钢尺，并悬挂与检定相同质量的重锤（一般为5kg）。
井上、井下两台电子水准仪同时观测。
测量时独立观测三测回每测回测3组，测回间变动仪器高大于5cm。
三测回间高差较差小于3mm。
高程传递同时要测量井上、井下温度。
图9高程传递示意图
2、悬吊钢尺法传递高程的内业计算
高程联系测量在一个竖井至少进行三次，以便相互之间的校核。
高程计算可以采用电子表格进行（附件2）。
不过注意的是需要加入尺长改正、温度改正，尺子若大于50m还应加入自重力改正。
（关于钢尺的改正我们以HPB-50型钢尺为例，钢卷尺补正方法见附件3。
）
3、高程传递测量注意事项
（1）测定近井水准点高程的地面近井水准线路，要符合在地面二等水准点上。
近井水准点测量要符合二等水准测量的技术要求。
（2）采用在竖井内悬挂钢尺的方法进行高程传递测量时，地上和地下安置的两台电子水准仪要同时读数（为保证精度钢尺读数估读到0.1mm），高差应进行尺长改正、温度改正，当井深超过50m时还应进行钢尺自重张力改正。
4.总结
联系测量在大连地铁西安路暗挖车站工程中，为使地面与地下建立统一的坐标系统和高程基准，通过竖井将地面的坐标系统及高程基准传递到地下，保证地铁工程按照设计图纸正确施工，同时上述主要讲的联系三角形法和悬吊钢尺法同样对于别的竖井开挖的隧道工程也具有指导作用。
附件：
1.西安路站亿达井联系测量平面定向计算结果
2.西安路站亿达井联系测量高程传递计算结果
3.HPB-50型钢卷尺补正方法
附件1
方向平差结果
FROMTOTYPEVALUE（dms）M（sec）V（sec）RESULT（dms）Ri
YD4YD3L0.0000002.50-0.00-0.0000000.00
YD4O2L273.2209252.500.00273.2209250.00
O2YD4L0.0000002.50-0.00-0.0000000.00
O2O1L359.4324782.500.00359.4324780.00
O1O2L0.0000002.50-0.00-0.0000000.00
O1ZD1L180.1745882.500.00180.1745880.00
ZD1O1L0.0000002.50-0.00-0.0000000.00
ZD1ZD2L175.4655672.500.00175.4655670.00
ZD2ZD1L0.0000002.500.000.0000000.00
ZD2XJ1L84.0047582.50-0.0084.0047580.00
XJ1ZD2L0.0000002.50-0.00-0.0000000.00
XJ1XJ2L0.0412922.500.000.0412920.00
方向最小多余观测分量:
-0.00（XJ1--->ZD2）
方向最大多余观测分量:
0.00（O1--->ZD1）
方向平均多余观测分量:
0.00
方向多余观测数总和:
0.00
距离平差结果
FROMTOTYPEVALUE（m）M（cm）V（cm）RESULT（m）Ri
YD4YD3S100.58380.20-0.09100.58291.00
YD4O2S8.29520.140.008.29520.00
O2O1S4.22680.140.004.22680.00
O1ZD1S3.89560.14-0.003.89560.00
ZD1ZD2S19.79900.14-0.0019.79900.00
ZD2XJ1S46.27810.14-0.0046.27810.00
XJ1XJ2S70.43470.200.0070.43470.00
边长最小多余观测分量:
-0.00（XJ1--->XJ2）
边长最大多余观测分量:
1.00（YD4--->YD3）
边长平均多余观测分量:
0.14
边长多余观测数总和:
1.00
平差坐标及其精度
NameX（m）Y（m）MX（cm）MY（cm）MP（cm）E（cm）F（cm）T（dms）
YD34308352.305437059.1247
YD44308252.177337049.5702
O24308253.449237041.37310.030.140.140.140.0198.4912
O14308252.821337045.55300.030.200.200.200.0198.4053
ZD14308252.222637049.40230.040.240.250.240.0298.4404
ZD24308250.627337069.13700.090.280.290.280.0897.5460
XJ14308296.892337068.03460.160.330.370.340.15104.2241
XJ24308226.475637069.62610.260.320.410.320.2697.1452
Mx均值:
0.10My均值:
0.25Mp均值:
0.28
最弱点及其精度
NameX（m）Y（m）MX（cm）MY（cm）MP（cm）E（cm）F（cm）T（dms）
XJ24308226.475637069.62610.260.320.410.320.2697.1452
网点间边长、方位角及其相对精度
FROMTOA（dms）MA（sec）S（m）MS（cm）S/MSE（cm）F（cm）T（dms）YD4O2278.4912193.548.29520.1460000.140.0198.4912
O2YD498.4912193.548.29520.1460000.140.0198.4912O2O198.3236975.004.22680.1430000.
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