摘要：近年来，联系测量作为地铁施工中常用的测量手段，精度较高，但是现场操作起来不易，由于现场各种因素的影响，容易导致测量数据超限，通过现场施工长期积累的经验，本文主要探讨了联系测量在地铁施工中的应用。
关键词：联系测量；地铁；施工
一、联系测量的定义
将地面坐标系统和高程系统传递到地下，确定地下控制点、控制边，作为地下控制导线的起算数据，这一过程测量工作叫做联系测量。将地面平面坐标系统传递到地下的测量称为平面联系测量，简称定向。将地面高程系统传递到地下的测量称高程联系测量，简称导入高程。联系测量工作应包括地面趋近导线测量趋近水准测量、通过竖井斜井通道的定向测量和传递高程测量以及地下趋近导线测量地下趋近水准测量。
二、联系测量的任务
联系测量的任务在于：
（1）、确定地下经纬仪导线起算边的坐标方位角；
（2）、确定地下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；
（3）、确定地下水准点的高程H[1]。
前两项任务是通过平面联系测量定向来完成的；第三个任务是通过导入高程来完成的。这样就获得了地下平面与高程测量的起算数据。
三、联系测量的种类
联系测量分为平面联系测量（简称为定向）和高程联系测量（简称为导入高程）。平面联系测量说来可分为两大类：一类是从几何原理出发的几何定向；另一类是以物理特性为基础的物理定向。
几何定向分为：
1、通过平硐或斜井的几何定向；
2、通过一个立井的几何定向（一井定向）；
3、通过两个立井的几何定向（两井定向）[1]。
物理定向可分为：
用精密磁性仪器定向；
2、用投向仪（投点仪）定向；
3、用陀螺经纬仪定向[1]。
通过平硐或斜井的几何定向，只需要通过平硐或斜井敷设经纬仪导线，对地面和地下进行联测即可。但是在西安地铁工程中由于地下铁道本身的特点，并没有平硐或斜井，有的只是竖井（出土井或下灰井或是更宽敞的明挖车站或是从地面专门钻的测量孔），因此，通过平硐或斜井的几何定向在地铁的平面联系测量中一般不用，只在矿山测量中有应用。在地铁平面联系测量中的导线直接传递法、竖直导线定向法的原理和通过平硐或斜井几何定向的原理是一样的。
四、几何定向
这里主要讲的是立井几何定向。在立井中悬挂钢丝垂线由地面向地下传递平面坐标和方向的测量工作成为立井几何定向。立井几何定向概要地说，就是在井筒内悬挂钢丝垂线，钢丝的一端固定在地面，另一端系有定向专用的垂球自由悬挂于定向水平，一般称作垂球线。再按地面坐标系统求出垂球线的平面坐标及其连线的方位角；在定向水平上把垂球线与地下永久导线点连接起来，这样便能将地面的方向和坐标传递到地下，而达到定向的目的。因此，可把立井定向工作分为两个部分：由地面向定向水平投点（简称投点）；在地面和定向水平上与垂球线连接（简称连接）。立井几何定向分为一井定向和两井定向。
西安地铁施工测量为了提高联系测量的精度，保证隧道贯通的准确性，一般要求采用两井定向。
五、技术要求
5.1 精密导线测量主要技术要求
注：1、n为导线的角度个数，一般不超过12；
2、附和导线线路超长时，宜布设结点导线网，结点间角度个数不超过8个；
测量均应按照规定的同等级精度作业要求进行，及时地提出成果报告，一般检测互差应小于2倍中误差，可用原测成果，若大于该值或发现粗差，应由项目部测量队会同监理部采取专项检测来处理。
5.2 水平角观测及要求
1、导线点上只有两个方向时，其水平角观测应符合以下要求：
（1）测量中为了减少对中误差的影响，将采用三联脚架法进行复测
（2）应采用左右角观测，左右角平均值之和与360°的较差应小于4″。
（3）前后视边长相差较大，观测需要调焦时，宜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。
2、在加密导线网结点上观测水平角时，方向数超过3个时宜采用方向观测法，方向数不多于3个时可不归零。
方向观测法水平角观测限差技术要求（″）
注：①、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、一测回照准目标一次读数4次。
2、测距时应读取温度和气压，测前、测后各读取一次，取平均值作为测站的气象数据，温度读至0.2℃，气压读至50pa。
3、测距边的选择应符合下列规定：
（1）测线宜高出地面和离开障碍物1m以上。
（2）测线应避开通过发热体（如散热塔，烟囱等）的上空及附近。
（3）安置测距仪的测站应避开受电磁场干扰的地方，离开高压线宜大于5m。
（4）应避开测距时的视线背景部分有反光物体。
5.4 高程控制测量技术要求
二等水准测量的主要技术要求
1、出发前，对测量仪器水准尺进行检查确认，是否满足规定；测量所需设备是否带齐。
2、观测前30分钟，将仪器至于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；观测时应用测伞遮蔽阳光；迁站时应罩以仪器罩。
3、仪器距前后尺应大致相等，其差不能超出限制。
4、同一测站上观测时，不得两次调焦。
5、在两相邻测站上，按奇偶数测站的观测程序进行观测。
6、连续在各测站上安置水准仪时，应是其中两脚螺旋与水准线路方向平行，而第三脚螺旋轮换置于线路方向的左侧与右侧。
7、每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，往测转为返测时，两水准尺互换位置，并应重新整平仪器。
8、一个测段的水准测量路线的往测和返测应在不同的气象条件下进行。
9、水准测量的观测工作间歇时，要结束在固定的水准点上。
10、观测时在水准仪视场角1°不允许有障碍物。
六、两井定向
两井定向是在两井中分别悬挂钢丝，与一井定向相比，由于钢丝间的距离大大增加了，因而减少了投点误差引起的方向误差，有利于提高地下导线的精度，这是两井定向的主要优点。其次是外业测量简单，占用竖井的时间较短。
两井定向时，利用地面上布设的近井点或地面控制点，按精密导线测量的技术要求测定钢丝与起算边的方向值及距离，将地面控制点的方位角通过钢丝传递到地下。在地下隧道中，将已布设的地下导线与竖井中的钢丝联测，即可将地面坐标系中的坐标与方向传递到地下去，经计算求得地下导线各点的坐标与导线边的方位角。
图1 两井定向示意图
两井定向时，由于两垂球线间的距离大大增加，因而有投点误差引起的投向误差也大大减少，见公式1-5，这是两井定向最大的优点。
（一）两井定向的外业
1、投点
在两个竖井中各悬挂一根垂球线A和B。投点设备和方法与一井定向时相同，一般采用单重稳定投点。
2、地面连接测量
从近井点K分别向两垂球线A、B测设连接导线K-Ⅱ-Ⅰ-A及K-Ⅱ-B，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。连接导线敷设时，应使其具有最短的长度并尽可能沿两垂球线连线的方向延伸，因为此时量边误差对连线的方向不产生影响。导线可采用一级导线。
3、井下连接测量
在井下定向水平，测设经纬仪导线A-1-2-3-4-B，导线可采用7"或15"基本控制导线。
（二）两井定向的内业计算
1、根据地面连接测量的结果，计算两垂球连线的方位角及长度
按一般计算方法，算出两垂球线的的坐标xA、yA、xB、yB，根据算出的坐标，计算AB的方位角及长度：
式中 ——该边在假定坐标系中的假定方位角[1]。
根据起算数据 、 、 与地下导线的测量数据重新计算地下连接导线点的坐标。将地面与地下求得的B点坐标相比较，如果其相对闭合差符合所采用连接导线的精度时，可将坐标增量闭合差按地下连接导线边长成比例反号加以分配，因地面连接导线精度较高，可以不加改正。
5、两井定向应独立进行，互差不得超过1＇
6、要求微调三次钢丝的位置，进行独立测量，取三次次独立测量计算结果的平均值作为两井定向地下连接导线的最终值。
七、导入高程
一、导入高程的实质
高程联系测量的任务，就在于把地面的高程系统，经过平硐、斜井或立井传递到地下高程测量的起始点上。所以我们就称之为导入高程。
导入高程的方法随开拓的方法不同而分为：
1、通过平硐导入高程；
2、通过斜井导入高程；
3、通过立井导入高程。
地铁施工由于其特殊的环境，一半采用立井导入高程。
通过立井导入高程，是采用一些专门的方法来完成的。在讨论这些方法之前，先来看这些方法的共同基础。设在地面井口附近一点A，其高程HA为已知，一般称A点为近井水准基点（见图1-10）。在井底设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所设立的水准尺上读取读数a及b。如果我们知道了地面和井下两水准仪视线之间的距离l，则A、B两点的高差h可按下式求出：
图1-11 用长钢尺导入高程[1]
到达井底后，挂上一个垂球，以拉直钢尺，使之居于自由悬挂位置。垂球不宜太重，一般以10kg为宜。下放钢尺的同时，在地面及井下安平水准仪，分别在A、B两点所立水准尺上读取读数a和b，然后将水准仪照准钢尺。当钢尺挂好后，井上、下同时读取m和n。同时读数可避免钢尺移动所产生的误差。最后再在A、B水准尺上读数，以检查仪器高度是否发生变动。还应用点温计测定井上、下的温度t1、t2。根据上述测量数据，就能求得A、B两点之高差为：
导入高程均需独立进行两次，也就是说在第一次进行完毕后，改变其井上下水准仪的高度并移动钢尺，用同样的方法再作一次。两次的差值应符合相关的测量规范。
八、总结
联系测量作为地铁施工中常用的测量手段，精度较高，但是现场操作起来不易，由于现场各种因素的影响，容易导致测量数据超限，通过现场施工长期积累的经验，注意以下方面可减小测量中的误差：
（1）、垂球——以对称砝码式的垂球为好。每个垂球的重量最好为10kg~20kg。不宜过轻，过轻的垂球容易因为外界因素的影响（风，声音。。。。。。）而摆动，影响方位角的测量。
（2）、钢丝——应采用直径为0.5~2mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝。钢丝上悬挂的重锤重量应为钢丝极限强度的60%~70%。
（3）、大水桶——用以稳定垂球线，一般可采用废弃油桶，桶内放入废机油或者其他阻尼比较大的液体，垂球切记不能碰触桶壁，要求自然悬浮稳定。
论文作者:杨成
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/28
标签：测量论文; 导线论文; 高程论文; 立井论文; 地下论文; 地面论文; 坐标论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;