悬挂钢尺法在地铁高程联系测量中的应用.docx

悬挂钢尺法在地铁高程联系测量中的应用姜韶* ，匡志威，张翠峰( 长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007)摘 要: 在城市地铁的建设中，需在地下结构内建立高精度的高程控制网。为将地面高程控制网引入地下，需进行高程 联系测量。本文结合长沙市轨道交通 2 号线一期工程竣工贯通测量实例，对悬挂钢尺法高程传递测量的测量原理、误差 源及作业流程进行了详细分析。从实测结果可以得出，该方法能满足城市轨道交通二等水准测量的精度要求。 关键词: 悬挂钢尺法; 高程传递测量; 尺长改正; 地铁工程应用; 结果分析1引言如图 1 所示。在城市地铁的建设中，地下车站及地下区间竣工贯通后，为检核隧道施工成果、线路调线调坡设计、轨 道铺设及设备安装等提供高程基准，需在地下结构内 建立高精度的高程控制网。为将高程控制网从地上引入地下，需进行高程联系测量，一般在车站、竖井等结构内进行。高程联系测量分为三步: 地上的近井水准测量、高程传递测量及地 下近井水准测量。地上的近井水准测量和地下近井水 准测量，我们一般可以采用常规的水准测量进行。高 程传递测量是高程联系测量的关键所在，高程传递测 量的精度直接影响地下近井点的高程精度。常见的高程传递测量方法有悬挂钢尺法、常规水 准测量法以及全站仪三角高程法。相比其他方法，悬 挂钢尺法具备对测量场地环境要求小、外业作业流程 简便等特点，在地下结构的高程联系测量中，应用更广 泛。以长沙市轨道交通 2 号线一期工程为例，大部分 的站口在进行竣工测量时期，负一层至负二层的通道 还未修好，根本无法进行普通的水准测量。而盾构井 都进行了封顶，只留下很小的施工井，这就限制了利用 全站仪三角高程进行高程传递测量。而悬挂钢尺法则 不受这些影响，能在较短时间内获得地下近井点高程，且精度可靠。图 1 悬挂钢卷尺高程传递测量示意图首先在竖井边沿固定一金属构架并做好井上近井点 a 和井下近井点 b，将钢卷尺固定在构架顶端，钢卷 尺下端悬挂一核定质量的重物。在相同时刻测量出井上井下的水准尺刻度值 h和钢制卷尺的刻度值 、h12a 、a ，则两个近井点 a、b 的高差为:12h = a( 1)2 1 1 +ahh2由于钢制卷尺在温度、拉力以及自身重力作用下存在变形，所以我们必须对尺长进行改正，则近井点a、b 的高差为:h = h +h( 2)式中h 为温度、拉力以及自身重力等引起的各项尺长变形改正。2. 2误差源分析在实际作业中，悬挂钢尺法主要误差有: 受到周围温度、被施加张力及自身重力影响而存在变形，人眼观测卷尺刻度的观测差。 卷尺的温度尺长改正、张力误差改正及自重误差改正是不能忽略的。以温度误差改正为例，如卷尺测悬挂钢尺法高程传递测量22. 1测量原理悬挂钢尺法是目前使用比较成熟的高程传递测量 方法，能够满足城市二等水准测量的精度要求，其原理量有效长度为m，当气温高于 20 ，每增加 2 ，需15要改正量如表 1 所示:*收稿日期: 20140317作者简介: 姜韶( 1983) ，男，工程师，主要从事控制测量、航测外业、工程测量工作。获奖项目: 获湖南省 2013 年度优秀工程勘察二等奖。城市勘 测2014 年 6 月112温度改正分析数据表 13. 1外业施测( 1) 在竖井出口设置固定金属架，将钢卷尺挂在 固定金属架上; 钢卷尺下方悬挂重锤，调整尺长至适合 位置并固定;( 2) 在井上、井下适合位置架设水准仪;( 3) 为方便水准仪读数，需调整钢尺面，使其对准 水准仪; 待其稳定后，井上、井下两台仪器必须同时刻 观测。根据城市轨道交通工程测量规范要求，至少要测量 3 个测回; 为了保证数据可靠准确，本项目作业做均测量长度 / m测量时环境温度 / 温度误差改正值 / mm151515151515151515151520222426283032343638400 000 350 691 041 381 732 072 422 763 113 45观测 6 个测回，同时保证测回间高差互差小于3 mm。在夏季，地面气温可达到 30 40 ，而在盾构井下的温度一般在 25 左右。单独以卷尺有效观测3. 2数据预处理由于钢制卷尺受到周围温度、被施加张力及自身长度的某一端测量温度进行改正，存在近mm 的差2重力影响存在变形，因此需要对外业观测数据进行改正，改正参数需采用钢尺检定的额定参数，具体如下: ( 1) 温度的误差补正计算方法:ha = 实测长度( mm) 0. 0000115 ( 使用温度 20 )( 2) 张力的误差补正计算方法:hb = ( 实际测定张力 检定张力) 实测距离 ( 205800 2 52)( 3) 因尺带重力而引起的误差补正计算方法:值。为了减小这种误差，在卷尺与周边环境温度达到一致后，我们采用在卷尺有效观测长度的两端记录温 度，然后取均值进行温度误差改正。同时，人为观测卷尺也可能存在误差，而这种观测 差是不可避免的。为了减小这种误差，我们选择增加 观测次数的办法，选择固定、熟练的技术人员进行观 测。同时为了减小不同型号电子水准仪和铟钢尺的误 差，我们采用相同型号的水准仪和水准尺，水准仪也必须经过严格的检校。2hc = 0 000194 实测长度( mm 实测距离 ( 24 实测时张力2 )则改正后的近井点高差为:h = h +ha +hb +hc)3工程实例与结果分析长沙市轨道交通 2 号线一期工程共有 19 个地下车站，全长km; 在进行该线路第三方竣工贯通22. 262在 excel 表格里，输入上面改正公式，然后输入观测数据，就可以得到高差值、改正数，得到最终的高程 差值。某一站点的高程传递测量数据计算如表 2 所示。测量时，共在 14 个车站进行了高程联系测量，均采用悬挂钢尺法进行。作业时，为提高高程联系测量精度， 将地面近井点及地下近井点埋设在竖井附近，保证一 次性将高程传递到井下。某站观测数据改正表 2从表中可以看出，各 测回间高差互差最大值为 平差计算结合该车站地面近井水准测量数据、地下近井水 准测量数据，即可将高程从地上引入地下; 相邻两处高3. 3mm，远小于规范要求的mm，故可取 6 测回平0. 33均值作为最终的观测结果。水准尺读数h1 / m水准尺读数h2 / m卷尺高差( a2 a1 ) / m温度误差改正张力误差改正自重误差 改正 / mm卷尺改正后 高差 / mm改正后近井点 高差h / m温度改正数 / mm张力 / kg改正数 / mm1 176 11 159 81 166 81 154 01 185 51 195 00 550 20 555 00 555 40 557 70 559 20 555 418 772 218 751 318 757 918 742 718 772 618 786 130 630 630 630 630 630 62 292 292 292 282 292 297 747 747 747 747 747 740 940 930 940 930 940 941 801 801 801 791 801 8118 773 618 752 718 759 318 744 118 774 018 787 518 147 818 147 818 148 018 147 818 147 718 147 9第 3 期姜韶等 . 悬挂钢尺法在地铁高程联系测量中的应用113程联系测量车站间，施测地下水准测量后，结合高程联系测量数据，可构成附合水准线路或闭合水准线路( 如 图 2 所示) 。本项目共在 14 个车站进行了高程联系测 量，并形成 14 条附合水准线路，按城市轨道交通工程 测量规范二等水准精度要求进行外业观测，平差计算 采用南方平差易 2005 软件进行计算，定权采用按距离 定权方式，计算结果如表 3 所示。从表 3 中可以看出，各水准线路测量精度均优于规范要求，可满足地铁施工建设要求。4结论利用水准仪和钢制卷尺进行高程传递测量具有高精度，高可靠性，受施工环境影响小的优点。但需要注 意的是，外业观测时，需将钢制卷尺固定在井上架构 上，悬挂重物后钢制卷尺可能会下沉。为消除观测时 由于下沉带来的误差，要求井上、井下两台仪器必须同 时刻观测。同时，为了尽可能地降低仪器观测误差，应注意以 下三点: 选用经过检校的相同型号的水准仪以及配 套的水准尺进行同时观测; 为了保证观测数据的可 靠性，在每天观测前应对仪器 i 角进行检查; 观测 时，尽可能的保证仪器到卷尺和水准尺的距离相等，且 观测距离不应过远，能清楚观测卷尺刻度。图 2附合水准线路示意图水准平差信息表 3测段长 闭合差每千米高程 中误差 / mm限差 8槡l/ mm测段度 / km/ mm光达 2 至光达 3光达 3 至基岩218 基岩218 至基岩217 基岩217 至基岩216 基岩216 至基岩215 基岩215 至基岩214 基岩214 至基岩213 基岩213 至基岩211 基岩211 至基岩209 基岩209 至基岩207 基岩207 至基岩206 基岩206 至基岩205 基岩205 至基岩204基岩204 至基岩2192 33 23 62 22 91 42 32 42 71 93 21 41 52 80 795 202 084 50 0 342 320 461 220 158 632 580 392 41 2 4712 114 315 211 913 69 512 112 413 111 014 39 59 813 42 162 160 791 640 201 920 320 780 093 663 660 331 951 49参考文献123gb503082008 城市轨道交通工程测量规范sgb / t128972006 国家一、二等水准测量规范s 王岩，岳建平，马保卫等 三种高程传递方法的精度分析j北京测绘，2005( 1) : 20 244王荣权 轨道交通工程联系测量方法的应用j 北京测绘，2008( 1) : 38 41朱鹤，康明 不锈钢线尺在高程测量中的应用j 铁路 航测，2002( 4) : 39 41宋超，熊琦智 三角高程测量在地下轨道交通工程联系 测量中的应用j 城市勘测，2012( 1) : 120 121 张明，袁锦峰，舒富德 深竖井测量中长钢尺高程导入方法的研究与探讨j 科技资讯，2012( 23) : 74567the application ofsuspendedsteel tape in elevation connectionsurvey for the subwayjiang shao，kuang zhiwei，zhang cuifeng( changsha planning design survey esearch institute，changsha 410007，china)abstract: in the construction of urban subway，a highprecision vertical control network in the underground struc- ture has to be established to transmit the vertical control network to underground，vertical connection survey is needed this paper takes the holing through survey for the first phase of changsha metro line 2 project for example，and intro- duces the measuring principle，operation process and error source of this method in detail from the su