地鐵隧道地下控制導(dǎo)線測量布設(shè)方案對比分析

1、地鐵隧道地下控制導(dǎo)線測量布設(shè)方案對比分析        摘要:根據(jù)地鐵盾構(gòu)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從傳統(tǒng)隧道貫通控制導(dǎo)線形式支導(dǎo)線出發(fā),提出了3種不同的改進(jìn)測量方案,即:菱形布網(wǎng)、環(huán)形布網(wǎng)、矩形布網(wǎng),并利用數(shù)學(xué)扭曲法模擬數(shù)據(jù)用機(jī)編程計(jì)算出4種方案的端點(diǎn)精度進(jìn)行對比分析,得出如下結(jié)論:(1)導(dǎo)線橫向誤差隨導(dǎo)線延伸成遞增趨勢,導(dǎo)線越長增加速度越快;(2)當(dāng)采用改進(jìn)方案時(shí),橫向精度明顯提高;(3)工作量,菱形法比支導(dǎo)線增加約136 6%,四邊形法比支導(dǎo)線增加約100%,環(huán)形導(dǎo)線法比支導(dǎo)線法增加約118 3%;(4)環(huán)形導(dǎo)線比支導(dǎo)線

2、精度提高約35%,四邊形導(dǎo)線精度提高約53 4%,菱形導(dǎo)線法精度提高約44 2%?？傊?四邊形法是最優(yōu)方案,建議在實(shí)踐中推廣使用。關(guān)鍵詞:地下導(dǎo)線;點(diǎn)位誤差;主輔點(diǎn)法      地鐵盾構(gòu)導(dǎo)向測量中井下控制導(dǎo)線測量是導(dǎo)向測量的關(guān)鍵,常規(guī)做法是在井下布設(shè)邊長適當(dāng)?shù)闹?dǎo)線,為了減小支導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤差,常常采用減少導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角個數(shù)(加大導(dǎo)線邊長)的方法或者選擇若干導(dǎo)線邊采用陀螺經(jīng)緯儀測定其方位角1-4,但由于目前國內(nèi)生產(chǎn)的陀螺儀定向誤差較大(一般一次定向中誤差±(1520),測量費(fèi)時(shí),實(shí)際作業(yè)時(shí)常有意回避采用此法。因此,深入研究地下控制導(dǎo)線測量

3、的布設(shè)方案、觀測技術(shù)并分析端點(diǎn)精度對指導(dǎo)盾構(gòu)導(dǎo)向有實(shí)際的意義。由于井下空間狹小,控制測量布設(shè)形式采用支導(dǎo)線方式,為了提高導(dǎo)線端點(diǎn)的精度,在不增加較多工作量的前提下,我們設(shè)計(jì)了幾種改進(jìn)的布設(shè)方式,即:環(huán)狀布網(wǎng)、菱形布網(wǎng)、矩形布網(wǎng)等,以期提高導(dǎo)線端點(diǎn)的精度。本文就上述幾種改進(jìn)的布設(shè)方案作一比較深入的探討。1 布設(shè)方案      傳統(tǒng)的支導(dǎo)線布設(shè)方案(圖1)簡單,觀測工作量較少,布設(shè)靈活,但由于沒有多余觀測和其他約束條件,在實(shí)際工作中即使發(fā)生錯誤也無法檢查,同時(shí)隨導(dǎo)線長度的增加,端點(diǎn)橫向誤差迅速增大3-6。導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤差為3-4: 式中:s為導(dǎo)線邊

4、長;m為測角中誤差;n為支導(dǎo)線邊數(shù);=206265。      為了避免上述支導(dǎo)線的缺點(diǎn),提高導(dǎo)線端點(diǎn)精度,并根據(jù)實(shí)際施工情況及井下工作條件,提出了下列3種布設(shè)方案:      (1)主輔點(diǎn)菱形導(dǎo)線法。在地下控制支導(dǎo)線點(diǎn)(主點(diǎn))的附近再布設(shè)一個導(dǎo)線點(diǎn)(輔點(diǎn)),為了便于同時(shí)設(shè)置目標(biāo)和精確量距,考慮兩個觀測點(diǎn)安裝在同一個強(qiáng)制歸心觀測墩上,邊長約為1015cm,兩點(diǎn)之間距離在事先安裝好中心螺旋后可用游標(biāo)卡尺精確測量,由于游標(biāo)卡尺丈量精度可達(dá)±0 2mm,因此,可認(rèn)為主輔點(diǎn)間長度值沒有誤差(圖

5、2)。      (2)主輔點(diǎn)四邊形導(dǎo)線法。在地下控制支導(dǎo)線基礎(chǔ)上每4點(diǎn)組成四邊形,相鄰主輔點(diǎn)同樣采用游標(biāo)卡尺測量長度(圖3)。      (3)環(huán)形導(dǎo)線法。根據(jù)隧道實(shí)際情況,布設(shè)成環(huán)形導(dǎo)線,導(dǎo)線點(diǎn)采用強(qiáng)制歸心裝置,安裝在地下地鐵隧道側(cè)壁,保持離開側(cè)壁一段距離,一般約0 50 7m,以保證視線離開側(cè)壁約在0 5m以上,減少旁折光的影響,導(dǎo)線所有角度距離采用I級全站儀觀測(圖4)。2數(shù)值模擬      在圖14中的各個導(dǎo)線點(diǎn)模擬觀測角度和邊長,為保

6、證成果相互可比性,設(shè)定起始點(diǎn)A、B無誤差,導(dǎo)線邊長及角度的取值范圍,按數(shù)學(xué)扭曲法隨機(jī)模擬若干組數(shù)據(jù),采用間接平差法組成誤差方程和法方程,求逆得到未知數(shù)的協(xié)因數(shù)陣,估算各點(diǎn)的精度。為了便于計(jì)算,編制了專門的計(jì)算程序,限于篇幅,這里略。精度估算時(shí)取測角中誤差m=±2.5,測邊中誤差ms=±3.0mm,游標(biāo)卡尺丈量主輔點(diǎn)間的長度中誤差m游=±0.2mm,并設(shè)測角中誤差為單位權(quán)中誤差,則有:      導(dǎo)線前進(jìn)方向?yàn)閅軸,與Y軸垂直向上的方向?yàn)閄軸。1       

7、;        按上述定權(quán)方式4,7,可出4種方案中導(dǎo)線端點(diǎn)的橫向誤差,見表1。       為了比較各方案中的測量工作量,因游標(biāo)卡尺量距在安裝前可以事先測量,而且比較方便,這里僅考慮測角測邊因素,各種方案測量情況見表2。3 計(jì)算結(jié)果分析比較      考慮到全站儀觀測中邊長觀測一般比較方便,瞄準(zhǔn)目標(biāo)后僅需要410s,而角度觀測一測回一般需要57min,因此我們可以近似認(rèn)為5條邊的觀測工作量相當(dāng)于一個角度一測回的工作量。同時(shí)

8、假定支導(dǎo)線的觀測工作量為1,那么菱形法比支導(dǎo)線增加約136.6%,四邊形法支導(dǎo)線增加約100%,環(huán)形導(dǎo)線法比支導(dǎo)線法增加約118.3%,總之上述3種改進(jìn)方法增加工作量都在1倍以上。      為形象直觀起見,根據(jù)各方案的橫向點(diǎn)位中誤差變化情況繪制4種情況的距離與中誤差變化關(guān)系圖見圖5。      根據(jù)表12和圖5綜合分析,可以得出以下結(jié)論:      (1)導(dǎo)線橫向誤差隨導(dǎo)線延伸成遞增趨勢,導(dǎo)線越長增加速度越快,當(dāng)采用改進(jìn)方案時(shí),橫向誤差明顯提高

9、。在上述4種方案中,支導(dǎo)線的精度最低,四邊形法的精度最高,菱形法、環(huán)形導(dǎo)線法次之。      (2)在菱形法、四邊形法中,導(dǎo)線是間隔三角形向前延伸,若近似認(rèn)為其是等腰三角形,則可以認(rèn)為主輔點(diǎn)精度是相同的。由于四邊形圖形中,條件數(shù)多,精度相對菱形法有所提高,但提高不明顯,平均提高約8%。但四邊形相對菱形法工作量減少約18%。(3)在短導(dǎo)線情況下,菱形法、環(huán)形導(dǎo)線法、四邊形法3種方案中橫向誤差區(qū)別不大,但當(dāng)導(dǎo)線長度超過400m后,環(huán)形導(dǎo)線法的精度明顯低于菱形法和四邊形法。(4)環(huán)形導(dǎo)線和支導(dǎo)線相比較,工作量增加118%,精度提高約35%;四邊形導(dǎo)線和支導(dǎo)線相比較,工作量增加約1倍,精度提高約53.4%。當(dāng)導(dǎo)線長度達(dá)到1400m時(shí),橫向最大誤差也僅為19.1mm。綜上所述,四邊形法是最優(yōu)方案,它的精度明顯高于其他3種方案,而且外業(yè)工作量相對增加最少,建議在實(shí)踐中推廣使用,特別是在長距離隧道貫通中使用可明顯提高精度,確保隧道準(zhǔn)確貫通。 :1李青岳,陳永奇.工程測量學(xué)M.北京:測繪出版社,1995.2李青岳.工程測量學(xué)M.北京:測繪出版社,1984.3章書壽,華錫生.工程測量M.北京:水利電力出版社,1994.4陳龍飛,金其坤.工程測量M.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1