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電子水準(zhǔn)儀在廣州市軌道交通工程中的應(yīng)用

   2012年01月05日 11:46  
  摘要:自從威爾特廠首先研制出數(shù)字水準(zhǔn)儀以來,電子水準(zhǔn)儀逐步走向?qū)嵱?。目前,RTK技術(shù)的不斷成熟和似大地水準(zhǔn)面的不斷精化使得大部分的水準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)被取代;但是在需要高精度的城市測(cè)量工作中(如地鐵建設(shè)),水準(zhǔn)測(cè)量還是*的。受廣州市地下鐵道公司的委托,廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)了廣州市軌道交通工程高程控制測(cè)量任務(wù),并按照技術(shù)要求,采用了兩臺(tái)DiNi11電子水準(zhǔn)儀,圓滿完成了相應(yīng)的水準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)。
  
  1、工程概況
  
  根據(jù)《廣州市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2010年線網(wǎng)實(shí)施目標(biāo))》的要求,到2010年廣州市城市軌道開通線路:地鐵一號(hào)至七號(hào)線,合計(jì)181.9km,105座車站;目前在建線路:地鐵二、五、六號(hào)線和八號(hào)線的部分區(qū)間。2010年軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃范圍基本上覆蓋整個(gè)廣州市城區(qū),相應(yīng)的高程控制測(cè)量也覆蓋廣州市區(qū)。軌道交通線網(wǎng)高程控制網(wǎng)的建設(shè),既要滿足擬建地鐵線路(六、七、八號(hào)線)施工測(cè)量的需要,又要聯(lián)測(cè)已建或在建地鐵線路高程控制網(wǎng),將廣州地鐵線
  
  路的高程控制統(tǒng)一布網(wǎng),統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理,建立統(tǒng)一的高精度高程控制系統(tǒng);該項(xiàng)目是地鐵施工中的一項(xiàng)重要的控制系統(tǒng)。是保證地鐵施工沿設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行的重要依據(jù)。2003年10月按照專家組評(píng)審意見,zui后確定在原規(guī)劃范圍的基礎(chǔ)上再適當(dāng)向北擴(kuò)展至嘉禾,西部同佛山相連,東部到達(dá)黃埔經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),南部至南沙開發(fā)區(qū)黃閣鎮(zhèn)。
  
  2、測(cè)量方案設(shè)計(jì)
  
  2.1 測(cè)量?jī)x器的選擇
  
  電子水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ),在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測(cè)器,并采用條碼標(biāo)尺和圖像處理電子系統(tǒng)構(gòu)成的光機(jī)電測(cè)一體化的高科技產(chǎn)品。電子水準(zhǔn)儀與傳統(tǒng)儀器相比有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn),只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù),減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,特別是大大減輕了觀測(cè)員眼睛的疲勞。DiNil1只需讀取30cm的條碼尺就可計(jì)算出正確結(jié)果;數(shù)據(jù)能自動(dòng)記錄、檢核和處理,并能輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理,可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。
  
  2.2 測(cè)站zui大偏差值的設(shè)定
  
  DiNi11電子水準(zhǔn)儀的每千米往返測(cè)量中誤差的標(biāo)稱精度是±0.3mm,顯然它能滿足所有等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量要求。為控制測(cè)量精度,儀器有一項(xiàng)重要的設(shè)置,輸入在“后前前后”測(cè)量模式中測(cè)站zui大偏差值。其設(shè)定應(yīng)根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)而定,如果設(shè)得過高,測(cè)量中因外界條件的影響經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超限的警告,影響工作進(jìn)度;若設(shè)得過低,在測(cè)段的往返閉合差和水準(zhǔn)路線閉合差上將會(huì)出現(xiàn)超出限差要求的情況。在《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中,一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的基礎(chǔ)分劃所測(cè)高差之差分別為0.5mm和0.7mm。經(jīng)多次測(cè)試,在此次二等精密水準(zhǔn)測(cè)量中,將測(cè)站zui大偏差值設(shè)為0.4mm。這樣,在每站前后視距離、視距累計(jì)差和視線高度等方面,嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范要求,即使在zui不利的天氣(如大氣變化劇烈的中午)中測(cè)量,也只有極少數(shù)測(cè)站的zui大偏差值超限,從而保證了測(cè)量的精度和進(jìn)度。
  
  2.3 水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)
  
  廣州市軌道交通工程2010年建設(shè)線路覆蓋面大,北至嘉禾,南至南沙黃閣,東至黃埔經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),西至芳村滘口。按設(shè)計(jì)方案,本工程水準(zhǔn)網(wǎng)顧及了地鐵的遠(yuǎn)期規(guī)劃,如南部的南沙島環(huán)線軌道交通、北部的新機(jī)場(chǎng)、東部的科學(xué)城,留有了拓展延伸的余地。每條地鐵線路基本是一條水準(zhǔn)線路的走向。本工程水準(zhǔn)網(wǎng)由16個(gè)廣州市二等水準(zhǔn)點(diǎn)、已有的24個(gè)地鐵水準(zhǔn)點(diǎn)(一號(hào)線、二號(hào)線、三號(hào)線、四號(hào)線、廣佛線)和132個(gè)新埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成。根據(jù)二等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成閉合環(huán)線的原則,新設(shè)的水準(zhǔn)路線的起、終點(diǎn)均與廣州市二等高程基準(zhǔn)網(wǎng)的水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)接。本工程水準(zhǔn)網(wǎng)共172個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn),組成10個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán),過河水準(zhǔn)23處。
  
  3、軌道交通工程的精度要求
  
  軌道交通工程控制網(wǎng)建立在城市控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上,相對(duì)精度又高于城市控制網(wǎng)。它既保證全線首尾的平順銜接,又避免與設(shè)計(jì)使用的大量城市測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生矛盾。由于工期、施工能力、環(huán)境保護(hù)的影響,軌道交通工程通常被分成數(shù)十個(gè)標(biāo)段進(jìn)行施工,工程點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣,各工點(diǎn)開工和建設(shè)時(shí)間各不相同,工程的銜接和建設(shè)周期較長(zhǎng),對(duì)各工點(diǎn)的銜接、區(qū)間隧道的貫通、軌道的鋪設(shè)都具有很高的精度要求。
  
  因?yàn)榈罔F隧道允許橫向和高程貫通的極限誤差為±50mm,可得各工序的極限誤差:
  
  1)地面控制測(cè)量允許的極限誤差≤11.4mm;
  
  2)豎井測(cè)量允許的極限誤差≤22.8mm;
  
  3)盾構(gòu)姿態(tài)定位測(cè)量允許的極限誤差≤22.8mm。
  
  4、應(yīng)用實(shí)踐及精度分析
  
  廣州市軌道交通工程是優(yōu)化廣州交通網(wǎng)絡(luò)、為廣州經(jīng)濟(jì)提速的重大舉措。該項(xiàng)工程穿越大量繁忙的地段,人多車多,給水準(zhǔn)測(cè)量工作帶來很多困難。觀測(cè)過程中,我們采用了直桿式腳架,以減小來往的車輛對(duì)儀器的影響。當(dāng)行人和行駛車輛瞬間遮擋觀測(cè)視線,儀器雖然可以觀測(cè)讀數(shù),但為了保證觀測(cè)成果的質(zhì)量和精度,仍進(jìn)行了重測(cè)。
  
  在此次水準(zhǔn)測(cè)量過程中,采用了“后前前后”的測(cè)量模式,測(cè)站zui大偏差值設(shè)為0.4mm,水準(zhǔn)測(cè)量路線大多為車輛行人非常多的柏油公路和水泥路,路線總長(zhǎng)546km;測(cè)量時(shí)間為上午8時(shí)至12時(shí)和下午14時(shí)至18時(shí)。環(huán)線閉合差精度統(tǒng)計(jì)如下表1和表2。
  
  水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)結(jié)束后,每條水準(zhǔn)路線以測(cè)段往返測(cè)高差不符值計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量高差中數(shù)的偶然中誤差:
  
  式中,△為測(cè)段往返測(cè)高差不符值,以mm計(jì);R為測(cè)段長(zhǎng)度,以km計(jì);n為測(cè)段數(shù)。
  
  按上式計(jì)算整網(wǎng)的M為±0.39mm,小于《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中1mm的限差要求。經(jīng)平差計(jì)算,單位權(quán)中誤差為±1.26mm,符合±2.0mm規(guī)定;zui弱點(diǎn)高程中誤差為±2.7mm,高程精度平均為±1.7mm,滿足±20mm的限差規(guī)定要求;成果資料滿足《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》。
  
  本工程從選埋點(diǎn)階段、觀測(cè)初期和中期到結(jié)束階段,工程負(fù)責(zé)人不定時(shí)到外業(yè)進(jìn)行檢查和指導(dǎo)工作,并檢測(cè)了作業(yè)小組已經(jīng)觀測(cè)的9個(gè)測(cè)段,檢測(cè)高差差值z(mì)ui大為1.13mm,zui小為0.01mm,平均為0.3mm(如表3),可見觀測(cè)成果的精度非常高,*可以滿足軌道交通工程各環(huán)節(jié)的高程控制要求。
  
  5、結(jié)語
  
  電子水準(zhǔn)儀具有精度高、速度快、效率高的優(yōu)勢(shì),觀測(cè)成果的精度指標(biāo)要比相應(yīng)的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求有明顯提高,已被越來越廣泛地用于各種精密的工程測(cè)量中,在城市高程控制測(cè)量中將具有較好的應(yīng)用前景。目前,廣州地鐵三、四號(hào)線已開通,五號(hào)、六號(hào)線也正在加緊施工中。實(shí)踐證明,工程中所采取的相應(yīng)技術(shù)措施是有效的,所觀測(cè)的成果具有很高的精度,深受建設(shè)單位和委托單位的好評(píng)。測(cè)量中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行的國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范的要求,并參照相應(yīng)等級(jí)的規(guī)范要求對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行合理的配置,并遵循ISO質(zhì)量管理體系,以保證測(cè)量工作地完成。

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