電子水準儀在廣州市軌道交通工程中的應用

　　摘要：自從威爾特廠首先研制出數字水準儀以來，電子水準儀逐步走向實用。目前，RTK技術的不斷成熟和似大地水準面的不斷精化使得大部分的水準測量任務被取代；但是在需要高精度的城市測量工作中（如地鐵建設），水準測量還是*的。受廣州市地下鐵道公司的委托，廣州市城市規劃勘測設計研究院承擔了廣州市軌道交通工程高程控制測量任務，并按照技術要求，采用了兩臺DiNi11電子水準儀，圓滿完成了相應的水準測量任務。
　　
　　1、工程概況
　　
　　根據《廣州市快速軌道交通線網規劃（2010年線網實施目標）》的要求，到2010年廣州市城市軌道開通線路：地鐵一號至七號線，合計181.9km，105座車站；目前在建線路：地鐵二、五、六號線和八號線的部分區間。2010年軌道交通線網規劃范圍基本上覆蓋整個廣州市城區，相應的高程控制測量也覆蓋廣州市區。軌道交通線網高程控制網的建設，既要滿足擬建地鐵線路（六、七、八號線）施工測量的需要，又要聯測已建或在建地鐵線路高程控制網，將廣州地鐵線
　　
　　路的高程控制統一布網，統一數據處理，建立統一的高精度高程控制系統；該項目是地鐵施工中的一項重要的控制系統。是保證地鐵施工沿設計標高進行的重要依據。2003年10月按照專家組評審意見，zui后確定在原規劃范圍的基礎上再適當向北擴展至嘉禾，西部同佛山相連，東部到達黃埔經濟開發區，南部至南沙開發區黃閣鎮。
　　
　　2、測量方案設計
　　
　　2.1 測量儀器的選擇
　　
　　電子水準儀是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器，并采用條碼標尺和圖像處理電子系統構成的光機電測一體化的高科技產品。電子水準儀與傳統儀器相比有精度高、速度快、效率高等特點，只需調焦和按鍵就可以自動讀數，減輕了勞動強度，特別是大大減輕了觀測員眼睛的疲勞。DiNil1只需讀取30cm的條碼尺就可計算出正確結果；數據能自動記錄、檢核和處理，并能輸入電子計算機進行后處理，可實現內外業一體化。
　　
　　2.2 測站zui大偏差值的設定
　　
　　DiNi11電子水準儀的每千米往返測量中誤差的標稱精度是±0.3mm，顯然它能滿足所有等級的水準測量要求。為控制測量精度，儀器有一項重要的設置，輸入在“后前前后”測量模式中測站zui大偏差值。其設定應根據水準測量的等級而定，如果設得過高，測量中因外界條件的影響經常會出現超限的警告，影響工作進度；若設得過低，在測段的往返閉合差和水準路線閉合差上將會出現超出限差要求的情況。在《國家一、二等水準測量規范》中，一、二等水準測量的基礎分劃所測高差之差分別為0.5mm和0.7mm。經多次測試，在此次二等精密水準測量中，將測站zui大偏差值設為0.4mm。這樣，在每站前后視距離、視距累計差和視線高度等方面，嚴格執行國家水準測量規范要求，即使在zui不利的天氣（如大氣變化劇烈的中午）中測量，也只有極少數測站的zui大偏差值超限，從而保證了測量的精度和進度。
　　
　　2.3 水準網的布設
　　
　　廣州市軌道交通工程2010年建設線路覆蓋面大，北至嘉禾，南至南沙黃閣，東至黃埔經濟開發區，西至芳村滘口。按設計方案，本工程水準網顧及了地鐵的遠期規劃，如南部的南沙島環線軌道交通、北部的新機場、東部的科學城，留有了拓展延伸的余地。每條地鐵線路基本是一條水準線路的走向。本工程水準網由16個廣州市二等水準點、已有的24個地鐵水準點（一號線、二號線、三號線、四號線、廣佛線）和132個新埋設的水準點構成。根據二等水準網應布設成閉合環線的原則，新設的水準路線的起、終點均與廣州市二等高程基準網的水準點聯接。本工程水準網共172個水準點，組成10個水準閉合環，過河水準23處。
　　
　　3、軌道交通工程的精度要求
　　
　　軌道交通工程控制網建立在城市控制網的基礎上，相對精度又高于城市控制網。它既保證全線首尾的平順銜接，又避免與設計使用的大量城市測量數據產生矛盾。由于工期、施工能力、環境保護的影響，軌道交通工程通常被分成數十個標段進行施工，工程點多、線長、面廣，各工點開工和建設時間各不相同，工程的銜接和建設周期較長，對各工點的銜接、區間隧道的貫通、軌道的鋪設都具有很高的精度要求。
　　
　　因為地鐵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）地面控制測量允許的極限誤差≤11.4mm；
　　
　　2）豎井測量允許的極限誤差≤22.8mm；
　　
　　3）盾構姿態定位測量允許的極限誤差≤22.8mm。
　　
　　4、應用實踐及精度分析
　　
　　廣州市軌道交通工程是優化廣州交通網絡、為廣州經濟提速的重大舉措。該項工程穿越大量繁忙的地段，人多車多，給水準測量工作帶來很多困難。觀測過程中，我們采用了直桿式腳架，以減小來往的車輛對儀器的影響。當行人和行駛車輛瞬間遮擋觀測視線，儀器雖然可以觀測讀數，但為了保證觀測成果的質量和精度，仍進行了重測。
　　
　　在此次水準測量過程中，采用了“后前前后”的測量模式，測站zui大偏差值設為0.4mm，水準測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546km；測量時間為上午8時至12時和下午14時至18時。環線閉合差精度統計如下表1和表2。　　
　　水準測量作業結束后，每條水準路線以測段往返測高差不符值計算每千米水準測量高差中數的偶然中誤差：　　
　　式中，△為測段往返測高差不符值，以mm計；R為測段長度，以km計；n為測段數。
　　
　　按上式計算整網的M為±0.39mm,小于《國家一、二等水準測量規范》中1mm的限差要求。經平差計算，單位權中誤差為±1.26mm，符合±2.0mm規定；zui弱點高程中誤差為±2.7mm，高程精度平均為±1.7mm，滿足±20mm的限差規定要求；成果資料滿足《國家一、二等水準測量規范》。　　
　　本工程從選埋點階段、觀測初期和中期到結束階段，工程負責人不定時到外業進行檢查和指導工作，并檢測了作業小組已經觀測的9個測段，檢測高差差值zui大為1.13mm，zui小為0.01mm，平均為0.3mm（如表3），可見觀測成果的精度非常高，*可以滿足軌道交通工程各環節的高程控制要求。
　　
　　5、結語
　　
　　電子水準儀具有精度高、速度快、效率高的優勢，觀測成果的精度指標要比相應的觀測標準要求有明顯提高，已被越來越廣泛地用于各種精密的工程測量中，在城市高程控制測量中將具有較好的應用前景。目前，廣州地鐵三、四號線已開通，五號、六號線也正在加緊施工中。實踐證明，工程中所采取的相應技術措施是有效的，所觀測的成果具有很高的精度，深受建設單位和委托單位的好評。測量中應嚴格執行現行的國家水準測量規范的要求，并參照相應等級的規范要求對儀器參數進行合理的配置，并遵循ISO質量管理體系，以保證測量工作地完成。