珠鼓区间控制测量技术.doc

南京地铁南北线一期工程TA10标珠鼓区间控制测量技术隧道处南京地铁项目部 方永祝关键词：一井定向 三角联系 经纬仪投影 钻孔投点 应用一 、前言城市地铁施工与山岭隧道施工中的控制测量技术有较大区别，主要有以下几个方面：1、城市地铁处在市区，设点难度大，通视条件差，洞口处场地小，交通、施工对测量干扰大，控制网必须布设在房顶；2、埋点时必须考虑施工期内拆迁、施工造成房屋倾斜下沉对点位的影响；3、地铁一般采用竖井加联通道进入正洞施工，极少有通过平洞、斜洞进入正洞施工，地下地面的统一坐标系统须用竖井定向来实现；竖井定向技术在地下工程施工中常用一井定向三角联系测量、陀螺经纬仪定向、一井定向加钻孔投点定向（原理是两井定向）、经纬仪投影定向等。陀螺经纬仪定向由于精度问题不能满足地铁施工要求，应用较少。本文针对如何利用一井定向来建立地面地下统一的坐标系统结合本隧道实际进行阐述。二、工程概况南京地铁一期工程南北线TA10标珠鼓区间段，为矿山法施工区间，分为左线、右线，双线单车道，左线在中山路与汉口路交界处设1#施工竖井，井深19.986m，井口南北方向4.6m，东西方向6m，竖井向北进入联通道马头门，联通道长43.775m，与正线相交于K9+740，夹角44-44-18；右线拟在K9+592.813处设2#施工竖井，与右线相交90度，竖井中心距右线中心9.247m，距左线中心5.953m，开工日期待定。井下施工长时间内只靠1#竖井进行定向控制。左线在9+765处与右线9+784.568处开挖联通。2#竖井与左线之间留一个20cm宽*40cm高的观测孔，在左线开挖到9+590时与2#竖井投点联测。见所附竖井联通道图。线路南起珠江路站9+481.6，北至鼓楼站10+132.6，全长651m，线间距15.217.2m，有3个曲线段，曲中点里程和半径分别为：左线：9+549.551，R=600；9+778.043，R=1200；10+106.701，R=800右线：9+551.268，R=600；9+757.523，R=1200；10+107.417，R=800见所附平面：三、地面控制网介绍地面控制网起算边为设计院提供的两个二等GPS点DT010和DT009，再以DT010为起点布设四等附合导线网。如图示：10+132.61#井9+481.62#井DT009ZJL2T3ZJL1T2T4T1DT010第一次测DT010ZJL1ZJL2DT009为一导线网，图上为绿色线路；T1为ZJL1和DT010交会出，T3为ZJL1、ZJL2交会出，图上为紫色线路；由于ZJL1在施工中下沉，T1所处房顶在楼下有重车经过时有震动，影响测量工作，于是于2001年12月重新布设DT010T2T4ZJL2DT009导线网，图上为蓝色线路；红色线路为已知后视起算边导线测量按四等导线要求进行，但边长条件不满足；测角采用方向测回法六测回求平均；测边采用对向观测四测回求平均；仪器为TOPCON GTS6，测角2秒，测边3mm+2ppm；四等导线要求测角中误差2.5秒，方位角闭和差5n；测距中误差1/8万，相对闭合差1/3.5万。实测结果全部符合要求。四、竖井定向采用过的几种方案介绍（1）一井定向三角联系测量1原理：通过井口投放两点A、B形成井上井下理论公共投影边AB，形成联系三角形来定向，从而建立井上井下统一的坐标系统；2. 操作过程：首先于井口附近以ZJL1为近井点，用T2、T4、ZJL1三个点以前方交会法建立连接点P；见下图：ZJL1T21#T4井P其次，于井口悬吊两根0.5mm直径的碳素钢丝投放A、B点到井下，要求：关闭风机，减少避免空气流动对投点的影响；钢丝挂25公斤预制块，放入水桶中（稳定液）；钢丝完全静止时观测钢丝铅垂部分；用眼睛观察有没有妨碍钢丝自由铅垂的物体；井上井下观测数据见计算表；投点图如下：3.内业计算精度分析和贯通误差预计按照城市地铁测量规范规定，角a3度，边a/c、a/c1.5，两钢丝间距不少于5m；测角检核条件： =+ =+连接点P设站观测、和钢尺量边a、b、c；井下c点设站观测、和量边a、b、c；测角六测回，每两测回重新对中一次以减少对中对测角的影响，测角中误差为2；量边用经鉴定的雄师牌加宽钢尺，高差用水准仪控制，量六次，加温差、垂曲、高差和固定误差改正后取平均，各次读数互差小于1mm，估读到0.1mm。测边中误差为 m=vv/n(n-1)v:每次结果与平均值之差， n：每边丈量次数m=0.05mm边长丈量检核为：C计2=a2+b2-2abcos 结果C计小C测0.00006mmC计2=a2+b2-2abcos 结果C计小C测0.00006mm符合要求解算联系三角形联系三角形解算地面联系三角形地下联系三角形ZJL1APb ac BADc bBa C观测值观测值abcabc5.338179.838574.5000600 02 35.89.829905.336984.5000802 00 10检核计算检核计算C计C测d= C测- C计C计C测d= C测- C计4.500004.50006-0.000064.500044.50008-0.00004解算角度中误差计算解算角度中误差计算=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计=a2+b2-2abcossin/a =sin/b=sin/cC2计=a2+b2-2abcossin/a =sin/b=sin/c推算地下导线起点坐标方位角CDCD=PZJL1+(+)+ 3180 =PZJL1+(+)+ 3180精度分析与贯通误差预计对井下贯通误差影响最大的，决定性的因素视传递到井下的导线起算边坐标方位角CD的误差，如图，方位角误差将随地下导线的延伸而放大。xEEEDCDExDCDmyC 而坐标误差只是被平行的传递下去，对贯通的影响相对较小a、根据方位角传递公式求CD解算误差CD=PZJL1+(+)+ 3180 =PZJL1+(+)+ 3180利用误差传播定律得出mCD公式： mCD=m2PZJL1+m2+m2+m2+m2其中m PZJL1、m、m为地面连接误差m上；m、m为井下连接误差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、根据两钢丝投向精度求投向误差e/c 如图：ABBAeBeABA e值根据井深度较浅，空气扰动小，钢丝完全稳定后摆动非常小，实地观测时在经纬仪几乎看不到摆动的情况，预计e值取钢丝直径值0.5mm较为合理。则e/c22.9c、竖井贯通面地下导线角度误差积累。1#竖井至9+481.6地下导线长度l=300m，考虑通视曲线等原因，地下导线设D、E、F，站，仍按地面导线测量一样的要求进行，每测站按计，则：m导2 =3.5d、贯通误差预计为：综合各方面误差，总的方位角误差为：m=m2CD+2+m2 导 .72+22.92+3.52 =24.1贯通误差：m/l=24.1/206265300=35.1mm允25mm经纬仪投影定向测量由于一井定向三角形测量饿投向精度不高，定向边AB向距太短，地铁测量规范中规定其3，C5m，a/c1.5，现场条件无法满足，所以最终结果不够理想。根据现场井深19.986m的情况，结合经纬仪最大俯角观测限度，我们又采用了经纬仪投影定向：1、原理：利用经纬仪视准轴向下摆观测到马头门联通道内，作出标记，将地面方位传递至井下。2、操作过程说明：在竖井口沿埋设一个强制对中点A，强制对中点以同经纬仪基座螺杆大小，以游标卡尺方中即为点位A，在P上架经纬仪后视照准ZJL1 ,然后镜光下移在井下投点板上定出D点，盘左盘右多测回进行，将投点板上各点分中取平均位置；A点与ZJL1视线方向对面井沿也设立同A点一样的强制对中点C，以C点为为证后视A点望远镜下移在固定投点板上定出盘左盘右多测回平均位置定为E点，以DE为地下导线起始方向；以经检定钢尺丈量AD斜边长，以三等水准测量方式测出AD高差，求出LAD=AD2H2AD高差，实地测算结果为AD投影边长距离7.8m。见图：、精度分析与贯通误差预计：方位角DE即AZJL1方位的投影，AD平距测算误差对井下D点起算坐标的影响对定向没有影响，对贯通的影响是平移（前面已叙述），AD高差误差在0.5mm内，斜长丈量误差在1mm内，AD平距误差较小，对贯通的影响可以不考虑。主要的误差来源有：a：A点螺杆中心与仪器中心不重合。A点以游标卡尺量出加上操作误差，应在.3mm内；b:D点定点操作误差：铅笔尖削至极细，在投点板上定出多个点分中，误差在0.5mm左右；C：经纬仪横轴不水平，视准轴在下移过程中偏移铅垂投影方向误差：经盘左盘右操作可以消除。AA分中即为方向投影位置盘左A A A盘右a、b、c项为定向过程中的误差，引用投向误差公式l/c=(0.3+0.5)/2/7.8=10.6d：地面控制网方位角误差mAZJL1，此项误差同一井定向三角联系测量中mPZJL1都为3.5；e：地下导线方位角误差积累：此项同前述一井定向三角测量中m导，都为3.5。综上所述，方位角综合误差为：m10.62+3.52+3.52=11.7贯通误差为：= m/l=11./206265300=17mmi=25mm投点仪投影导线定向1、操作过程a：在井口对角线位置搭设投点工作平台，井下搭设平台，分三层，人站定位置一层，投点板一层，架仪器的位置一层，互不干扰互不连接；b：井口用白纸点一个小点作A、B点，架立棱镜于A、B上，ZJL1和 T1以前方交会方式测出角AT1ZJL1, BT1ZJL1, BZJL1T1, AZJL1T1和距离，然后在T1,ZJL1架设棱镜，A、B架全站仪测T1 AZJL1, T1B ZJL1及距离，计算闭合差，平差后计算A、B坐标及方位角。B2JL12JL1AT1ACABT1Bc以投点仪取代全站仪，对中A、B点，去掉白纸投下A、B点， 以A B边方位角为地下导线起始方位角，投点时分别于0度、90度、180度、270度四个方向投四个点，连线交点即为A（B）点。d。A点架全站仪后视B点前视地下导线起点C，测出C点坐标。2精度分析与贯通误差预计AB的误差来源主要有以下几项：a、由于A、B方位角由A、B两点坐标反算得来，故A、B两点点位误差对方位有决定影响。A、B点位误差对方位的影响可用投向误差公式表示：=ec由DT010起算到ZJL1-T1-A、B，A、B点坐标计算公式为：XA=XDT010+XDT010ZJL1+XZJL1A=X+LcosmX= m2xdt010+（ mLcos+mL cos）2mL只取TOPCON GTS-6仪器测距固定误差3mm，值约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坐标增量公式中sin很小，Y坐标对A点点位误差的影响也小，只取m YDTO1O= 2mm，则：e A= m2 XA + m2 YA =6.8mm =eB则A、B 点点位误差对方位角的影响为：mAB = = ec =237秒严重超限，由此可以看出该方法不合理，余下推导不必再深入。五、结语-对三种方案的综述第一种方法较为传统，操作时仔细认真加上仪器精良，基本可以保证隧道在前100m内达到要求不出问题，但满足不了贯通要求；第二种方法较为可靠，基本可以满足贯通要求，但缺少必要的检核条件，对操作的仔细程度要求很高，控制点设在井圈上受到井口下沉的影响，量测结果显示井口四周不均匀下沉达3mm；第三种方法有严重缺陷，不可实施。进洞初期采用第二种方法控制，以第一种方法进行检核，待条件成熟，再与2#井联测，预备沿1#井联通道正洞9+740左线9+5902#井的线路进行施工，再通过预留孔与2#井投点联测以形成两井定向，这样只需要保证地下190m内控制精度满足即可，反算允许1#井一井定向误差为：25mm190m206265=27秒，这样就容易做到。为确保控制的准确性，加大保险系数，提高精度，还将在左线9+740用水平旋喷机钻一个直径200mm的垂直孔，从孔中投F点下去，将F