1、地鐵屏蔽門安裝前的設(shè)計(jì)測(cè)量實(shí)施        摘要:上海地鐵一號(hào)線屏蔽門設(shè)計(jì)工程的測(cè)量共有12個(gè)站臺(tái),每個(gè)站臺(tái)采用獨(dú)立坐標(biāo)系,用威特3水準(zhǔn)儀聯(lián)測(cè)起算水準(zhǔn)點(diǎn),用徠卡2003全站儀聯(lián)測(cè)起算平面點(diǎn)。用徠卡2003采集各特征點(diǎn),采用不量?jī)x器高,固定棱鏡高的方法推算各特征點(diǎn)的高程;采用徠卡公司定做的標(biāo)桿測(cè)量鐵軌,利用徠卡測(cè)距儀測(cè)量多個(gè)距離進(jìn)行檢測(cè)。關(guān)鍵詞:地鐵屏蔽門;徠卡2003全站儀;3水準(zhǔn)儀 0 前言      為了市民乘車安全和節(jié)能,上海地鐵總公司決定在地鐵站

2、臺(tái)安裝屏蔽門。首先進(jìn)行的是上海地鐵一號(hào)線上海火車站至上海南站十二個(gè)站臺(tái)屏蔽門的安裝工程。這十二個(gè)站分別是:上海火車站、漢中路、新閘路、人民廣場(chǎng)、黃陂南路、陜西南路、常熟路、衡山路、徐家匯、上海館、漕寶路以及上海南站。本次工程的前期設(shè)計(jì)和測(cè)量工作由新加坡公司和本公司承當(dāng),我公司負(fù)責(zé)各站臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)情況的測(cè)量,采集外業(yè)數(shù)據(jù),再將外業(yè)數(shù)據(jù)通過發(fā)給新方公司,新加坡公司進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和站臺(tái)屏蔽門的設(shè)計(jì)。按照上海地鐵總公司的要求:點(diǎn)位平面精度為±5,高程精度±5。這些都是站臺(tái)屏蔽門設(shè)計(jì)需要的設(shè)施間相對(duì)的精度。我們把它們統(tǒng)一到相對(duì)于控制點(diǎn)的精度。1 測(cè)量控制點(diǎn)名稱與站臺(tái)方向的定義 &#

3、160;    上海地鐵公司定義:通往上海火車站方向?yàn)樯闲?通往莘莊方向?yàn)橄滦小Ｎ覀冊(cè)跍y(cè)量定義方向時(shí)也沿襲了這種說法。在站臺(tái)上,面向著上海火車站方向,右手為上行,左手為下行,相應(yīng)的我們?cè)跍y(cè)量站臺(tái)上行這邊時(shí),控制點(diǎn)名稱中含有字母(),測(cè)量站臺(tái)下行這一邊時(shí)控制點(diǎn)名稱中含有字母()。      由于各站臺(tái)的測(cè)量是獨(dú)立的,所以我們采用的是獨(dú)立坐標(biāo)系和高程系。在上行和下行的軌道中間各選兩個(gè)地釘作為平面控制點(diǎn),另外在這兩個(gè)平面控制點(diǎn)附近再分別選兩點(diǎn)作為高程控制點(diǎn)。控制點(diǎn)的命名是按方向的順序命名為“1”和“2”,平面控制點(diǎn)命名為

4、“?1”、“?2”、“?1”和“?2”,高程控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的命名為“?1”、“?2”、“?1”和“?2”,其中“?”為各站臺(tái)的拼音代碼,各不相同。各站臺(tái)的拼音代碼見表1,站臺(tái)命名示意圖如圖1所示。2 屏蔽門測(cè)量的原理及精度分析      本次測(cè)量其實(shí)是把站臺(tái)的實(shí)際情況反映到設(shè)計(jì)圖上,也就是測(cè)量安裝屏蔽門時(shí)站臺(tái)各相關(guān)位置和設(shè)施在設(shè)計(jì)中所采用的點(diǎn)的三維坐標(biāo)。前面我們已經(jīng)定義了各個(gè)控制點(diǎn),這些控制點(diǎn)在實(shí)地選擇時(shí)是有講究的,為了保證采集時(shí)照準(zhǔn)精度,視距控制在695之間,因而此次測(cè)量每個(gè)站臺(tái)的上下行均布置了一對(duì)控制點(diǎn),且每邊兩個(gè)點(diǎn)均在站臺(tái)整體長(zhǎng)度的1/4和3

5、/4處的軌道中間,相應(yīng)的高程控制點(diǎn)距各自最近的平面控制點(diǎn)約68(如圖1)。控制點(diǎn)均是利用現(xiàn)有的地鐵監(jiān)測(cè)點(diǎn)。      用2003全站儀采用三聯(lián)腳架法把四個(gè)平面控制點(diǎn)按導(dǎo)線測(cè)量的方法聯(lián)測(cè),使用3水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求聯(lián)測(cè)各高程控制點(diǎn)。由于地鐵隧道內(nèi)的各種外部條件穩(wěn)定,所以外部環(huán)境對(duì)儀器的影響較小。      用2003采集現(xiàn)場(chǎng)碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)。平面坐標(biāo)是用極坐標(biāo)法(假定已知點(diǎn)坐標(biāo))來獲得;高程數(shù)據(jù)在不量?jī)x器高的情況下先用徠卡的小棱鏡(固定高為0.10)作為傳遞的起始,采集碎部點(diǎn)高程時(shí)再用已知

6、高度的棱鏡(出廠時(shí)已經(jīng)把桿的長(zhǎng)度很精確的測(cè)定)進(jìn)行打點(diǎn),然后根據(jù)差值計(jì)算獲得。      經(jīng)過推導(dǎo),假設(shè)傳遞高程起始時(shí)測(cè)量小棱鏡的距離為0,天頂距為0,那么高程起算點(diǎn)到測(cè)站的高差為:0=-0.1+0×0        (1)      其中為測(cè)站儀器高,0.1為小棱鏡的鏡高。      采集碎部點(diǎn)時(shí)測(cè)量的距離為1,天頂距為1,那么碎部點(diǎn)到測(cè)站的高差為:1=-+1

7、15;1          (2)      為測(cè)站儀器高,為碎部點(diǎn)鏡高,桿在出廠時(shí)就較精確確定了長(zhǎng)度,無需量取。      所以碎部點(diǎn)到起算點(diǎn)的高差為:=1-0=-+1×1-(-0.1+0×0)=0.1+1×1-(+0×0)        (3)    &#

8、160; 因?yàn)椴牲c(diǎn)使用的支撐桿為徠卡廠家直接加工,精度較高,在不量?jī)x器高的情況下認(rèn)為高程的精度決定于全站儀測(cè)量天頂距和測(cè)量距離的精度。2003測(cè)角中誤差為±0.5,測(cè)距為±1+1。對(duì)(1)式進(jìn)行微分:()=(1)×1-1×1×(1)/-(0)×0+0×0×(0)/           (4)      根據(jù)實(shí)際情況,本次測(cè)量最大的1為92,最大的0為8,所有的正弦和余弦值均取為

9、1,=206265,將微分寫為中誤差,則儀器直接帶來的高程中誤差(最不利情況):=±0.121         實(shí)際用3水準(zhǔn)儀檢測(cè),各相關(guān)位置高差與2003采集的高差較差在±1以內(nèi),優(yōu)于設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)要求±5)。      對(duì)于平面坐標(biāo):=×      (5)=×      (6)   式中:為坐標(biāo)

10、方位角,為水平距離。      對(duì)(5)、(6)式微分:=-××/+×      (7)=××/-×        (8)取上述同樣數(shù)據(jù),=92,=±0.5,=±(1+1),=206265,=1,=1。      則坐標(biāo)中誤差、及儀器引起的點(diǎn)位中誤差測(cè)分別為:   &#

11、160;  =±0.87,=±0.87,測(cè)=±1.23      平面點(diǎn)位誤差還有定向和對(duì)中的影響,我們?nèi)?duì)中的誤差中為1.0,定向的誤差定為1 0,則點(diǎn)位中誤差為:       優(yōu)于設(shè)計(jì)的要求(設(shè)計(jì)要求±5)。3 屏蔽門安裝前的設(shè)計(jì)測(cè)量具體實(shí)施3.1 標(biāo)記斷面      此次測(cè)量共要得到上(下)行每個(gè)斷面的11個(gè)數(shù)據(jù),從起點(diǎn)開始每隔3采集一個(gè)斷面,為了采集時(shí)斷面位置的準(zhǔn)確性,測(cè)量前均從起點(diǎn)開始利

12、用鋼尺量距每隔3對(duì)斷面位置進(jìn)行標(biāo)記并且對(duì)其進(jìn)行編號(hào),依次標(biāo)記為01、02、03,每個(gè)站的上下行一般有6162個(gè)斷面。3.2 控制點(diǎn)的觀測(cè)      利用2003全站儀采用導(dǎo)線測(cè)量的方法對(duì)四個(gè)平面控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè),用3水準(zhǔn)儀對(duì)四個(gè)高程控制點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),得到四個(gè)高程控制點(diǎn)的高差。3.3 數(shù)據(jù)采集      在上(下)行的一個(gè)平面點(diǎn)上設(shè)站,用上(下)行的另一個(gè)點(diǎn)定向,儀器測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)均仔細(xì)對(duì)中,定向時(shí)用徠卡大棱鏡(加常數(shù)為0)。      利用高程傳遞的

13、原理測(cè)離設(shè)站點(diǎn)最近的一個(gè)高程控制點(diǎn),使用小棱鏡(加常數(shù)為17.5),加常數(shù)已設(shè)置在儀器中。每個(gè)斷面要求測(cè)量11個(gè)數(shù)據(jù)(見圖2)。      用儀器采集的有兩條鐵軌以及2、3、4、8標(biāo),每個(gè)測(cè)站遷站時(shí)均進(jìn)行歸零,如發(fā)現(xiàn)歸零差超限則立即重測(cè)。儀器采集除了采集兩條鐵軌時(shí)使用大棱鏡外,其余均使用小棱鏡,測(cè)量鐵軌時(shí)的鏡高為0.111(在徠卡公司定制的測(cè)桿,棱鏡高固定),測(cè)2、3時(shí)棱鏡均倒著擺放,所以棱鏡高為-0.1,測(cè)8時(shí)鏡高為0.1。由于各個(gè)站臺(tái)4的長(zhǎng)度相差較大,所以棱鏡的擺法有所不同,4的長(zhǎng)度較小時(shí),立不起來,棱鏡橫著擺放,鏡高為0;4的長(zhǎng)度較大時(shí),

14、棱鏡立著擺放,鏡高為0.10,所有點(diǎn)的鏡高均設(shè)置在儀器中。由于5、6不便于儀器觀測(cè),所以用檢定過的鋼尺直接量取5、6的長(zhǎng)度。用徠卡公司專門定做的標(biāo)桿采集兩邊鐵軌,然后計(jì)算出軌道的中心線。由于天花板下面有兩條超強(qiáng)電流的裸露的直流輸電線,且在測(cè)量作業(yè)時(shí)間內(nèi)不能斷電,為了安全起見,1的數(shù)據(jù)采用徠卡測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量。這些用鋼尺和測(cè)距儀量出的數(shù)據(jù),都可利用各自相關(guān)的幾何關(guān)系算出各自的三維坐標(biāo)。3.4 檢查      每個(gè)站的上行或下行都用鋼尺量取3個(gè)斷面(15、30、45號(hào)斷面),并量取相應(yīng)斷面的處站臺(tái)的寬度,與儀器采集出來數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,見表2。4 結(jié)束語      本次屏蔽門安裝前的設(shè)計(jì)測(cè)量采用了3水準(zhǔn)儀、2003等高精度的儀器,最后甲方現(xiàn)場(chǎng)用水準(zhǔn)儀和鋼尺檢測(cè),滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)成果比較滿意。      本次測(cè)量我們?cè)诟叱谭矫孢M(jìn)行了較多檢驗(yàn),使用了2003進(jìn)行測(cè)量