地铁调坡测量中线定线方法探讨

曾剑生
（上海中翰科技有限公司南宁分公司 广西 南宁 530012）
Inquire into technology for fixing midline of subway adjusting slope surveying Deng Qingren
（Zengjiansheng Shanghai Zhonghan Technology Co.，ltd.Guangxi.nanning.530012）

【摘　要】　本文简述了地铁调坡测量的目的和内容，并针对调坡测量中的区间以及站台定线做深层次的分析，从而讨论地铁中线定线的新方法。通过一系列现场施工数据的比较，得出新的地铁中线定线方法的可行性和可用性。
【关键词】　地铁调坡 定线 方法 CAD
【Abstract】　It introduced simply the purpose and content of subway adjusting slope surveying.And it discussed new and old technology of subway-midline fixing line from deeply analyzing how to fix line of the siding-to-siding block and station of subway adjusting slope.From serials of building scene data，it compared out of the feasibility and usefulness of new technology of subway-midline fixing line.
【Key Words】　Subway adjusting slope Fixing line method AUTOCAD

　　1 概述
　　随着经济和社会的发展，建设轨道交通越来越成为大、中城市缓解交通压力，提高生活、出行质量的一个举措。国家在2001年6月1日开始施行《地下铁路、轻轨交通工程测量规范》，为该类型的工程测量提供了一定的参照与依据。上海自1997年第一条地铁线运营以来，已成功的建好了地铁一、二号线以及轻轨三号线，本文是以上海市轨道交通地铁四号线的调坡测量任务为基础来进行调坡测量中线快速定线方法探讨的。
　　2 地铁调坡中线定线传统方法
　　由于城市地铁隧道在空间、通视上的局限性，所以地铁在中线放样时，能且只能用偏角法。下面以上海市轨道交通地铁四号线的临平路站至杨树浦路站间的一个曲线为例子进行探讨。
　　1）以临平路站站台位为直线边起边，做一条精密导线至杨树浦路站站台（也以站台为直线边终边）。在做导线时，导线点都选在曲线的中点上，以便放样时检查所定的中线的合格情况。
　　2）根据测得的导线数据来计算曲线偏角和线路便宜量。
　　3）将算得的曲线偏角与隧道曲线偏角设计值相比较，若二者差值在30秒以内则可以进行下一步，否则需要相关联系并报告情况，等候相关单位的指示。
　　4）根据已知偏角、圆曲线半径、缓和曲线长度，解算曲线要素。
　　5）根据所算得的偏角、△X、△Y、T、L、起始站里程，解算曲线偏移量而算出曲线ZH点的里程，如图1，此时，可以计算ZH点的里程了。即XK2+799.787。

图1 曲线线路里程偏移量计算图

　　6）根据直缓点里程和前面所解得的曲线要素，算出HY点、QZ点、YH点、HZ点的里程。再根据实际情况在这5个要素点之间进行插点。
　　7）根据计算结果到曲线隧道进行实地放样。
　　8）初步放样结束后，测量中线的桩号标高以及隧道横断面测量。
　　3 地铁调坡中线定线新方法
　　由于工程工期短，传统方法很难满足工程的需要。考虑到线路定线最主要的目的是为了使线路满足结构的限界要求，因此，根据此要求建立了如下的一种“计算机程序全程解算+计算机工程制图模拟”的作业模式，极大的精简了作业过程，提高了效率、缩短了工期、提高了工程质量。具体思路为：
　　1）将整个作业过程中的需要计算的部分进行计算机程序化。即将导线的解算、要素点的解算、偏移量的解算、放样点的解算用编程工具Visual Basic 6.0给编写出来。这样可以通过笔记本电脑现场及时解算出来，而且完全避免了计算的错误。
　　2）用编程工具Visual Lisp语言编写出一个小程序HHQX。通过相应的操作，该程序可以在AutoCAD平台上根据要求的绘出相应的“缓和曲线+圆曲线+缓和曲线”的曲线。在变更线路时，只需要通过该程序改变缓和曲线的长度和圆曲线的半径，它就重新绘出变更后的路线，通过和精密导线点、已绘出的曲线进行反复比较，便可以很快找到最优的线路变更方案，记下此时的缓和曲线长度和圆曲线半径。
　　3）通过编写好的Visual Basic程序解算出放样的数据。
　　为保证操作的顺利，在实际操作中，还应该注意以下问题：
　　1）根据隧道的结构，对所要进行放样定线的该条缓和曲线或圆曲线的设计值进行分析，同时了解现场的隧道或站台结构情况，确定该缓和曲线或圆曲线的两端直线段在隧道或站台的大致位置。
　　2）在大致直线段内的隧道结构中心分别定出两导线点，在曲线区间内的隧道结构中心每隔60-70米定一个导线点，从一直线段测设该导线至另一直线段。测量过程中要细致认真，对点定向要用探照灯加钢针或其它对点器，减少由于棱镜对中以及整平误差产生的影响。其它作业方法严格按照导线测量规范。
　　3）通过测设的导线计算所要放样的曲线的偏角，利用AUTOCAD，以独立坐标系将导线各点输入CAD，显示各导线点的位置。同时根据设计提供的圆曲线或缓和曲线的半径、缓和曲线长度以及导线的两直线段，在AUTOCAD辅助设计软件的平台上，利用HHQX命令模拟出所放样定线的缓和曲线。
　　4）假设忽视实际操作过程中的各种误差，理论上通过CAD图形显示中的圆曲线或缓和曲线与导线点的比较，可以分析出所提供的各个设计数据是否满足隧道结构净空要求。具体形式如下：
　　当隧道线路结构为左偏（以下所说的左、右均为线路里程前进方向），则模拟的曲线应在导线点的右侧，同时可以通过比较各导线点至模拟曲线的距离来确定是否满足要求。该距离应通过内外轨的超高值以及曲线半径的关系来确定最大距离值。（如下图2）

图2 HHQX模拟图

　　当隧道路线结构为右侧，则模拟的曲线应在导线点的左侧，各项比较同上。
　　解决方法：
　　（1）如果各个比较的数据值均在限值范围内，则表示该曲线的各要素基本满足隧道界限的要求，通过由固定的里程点计算各曲线控制点的里程后，可依照此设计的曲线半径、缓和曲线长度以及所测出的偏角计算各个控制桩的放样数据，进行现场实地的放样。
　　（2）如果各个比较的数据值中由部分超出限值范围，则表示该曲线不能满足隧道限界的要求，必须通过调整曲线要素，比如曲线半径、缓和曲线长度、偏角等来控制线路的走向。具体的调整过程也可通过CAD的模拟缓和曲线来实现。
　　5）调整满足条件后，可以根据调整后的各要素实地放样各控制桩位点。在放样定线过程中，必须保证放样点间距最好平均，遇到有过近的控制点可隔站放样，以减少由于前后视距离相差太大而产生的误差。
　　6）在忽视放样误差的情况下，从曲线一端的直线上实地按计算资料放样后肯定最终附合到曲线另一端的直线上。但事实上，由于放样过程中的各项偶然误差的产生，最终放样的曲线最终的直线段可能与原先测设偏角时所定的直线段有一定的差距（平行移动量或产生一定的偏角）。曲线越长，累积放样过程中的误差越大，这种两直线之间的差距也会越大。
　　7）放样定线调整后，判断定线成果是否可行需有如下检验要求：
　　（1）检查各相邻点之间的纵、横误差，不应超过下述限值：直线上，纵向为±10mm；横向为±5mm。曲线上，纵向为±5mm；曲线段小于60m时横向为±3mm，大于60m时横向为±5mm。
　　（2）实地定线后的曲线尾直线段与测设偏角时的直线段有偏差，也需考虑其相对与隧道或站台结构的位置。在隧道内，直线段一般应位于隧道结构中心，同时必须考虑下一条曲线的走向为左偏还是右偏，尽量要求与其相反方向偏离。在站台上，定的直线在当初选点时就必须考虑其与已建的建筑物的关系（与侧墙的距离应大于2.20米，与站台的距离应大于1.625米）。实际的明珠线二期测量过程中，由于站台都未建，因此必须以与侧墙的距离关系为准，即最终放样后的直线段在站台上要保证其与侧墙大于2.20米且小于2.30米。同时，要保证站台直线延伸到隧道内直线段后的位置必须同样大致位于隧道结构中心上。
　　8）按照此方法放样每条曲线。放样后需测量所定线路在隧道内的横断面，用以证明所定线路的可行性。
　　新采用如下方法：
　　1）与传统方法第1步相同。
　　2）根据测得的导线数据输入已经编好的计算机程序，计算曲线偏角和线路偏移量。（如图3）

图3 VB程序解算导线图

　　3）与传统方法第3布同。
　　4）直接点击图3中的“放样点解算（G）”按钮，得到图4。

　　5）分别在相应位置填入缓和曲线长度、圆曲线半径、起算点里程（其始站里程），选择好相应的条件后，单击“开始解算（C）”按钮，即可得到结果。（如图5）

　　6）根据上述计算机程序解算出来的数据，在AutoCAD平台上分别放样出已经做好的精密导线和将要放样的曲线。
　　7）将导线图形和曲线图形重叠起来，得到类似于图4的形式，在图4中看不出导线图形和曲线图形的重叠。通过CAD相关程序量取导线点到相应曲线点的距离，来决定最佳曲线最佳变更方案，并记下最佳方案的缓和曲线长度和圆曲线半径。
　　8）再使用放样点解算程序，解算出数据，并转化到Excel中打印出来，到现场放样。
　　9）现场检验实际放样效果于计算机模拟的差距，若差距在允许范围之内，则进行测量中线的桩号标高以及隧道横断面测量。
　　只要按相应的放样的精度规范操作，现场检验实际放样的效果与计算机模拟的差距总是在允许范围之内。在理论情况下，实地放样只需一次。实际上，在该工程采用了新方法以后，曲线实地放样平均每条曲线只需1.5次。而使用传统方法，最少要到实地放样2次。使用新方法放样，在最好的情况下，只需一次就完成了单条曲线的中线定线。在困难的情况下，也只需要3次，而平均每条曲线的工作日为2.5天，且极大的节约了施工成本。
　　为保证新方法的正确性，我们专门对已经用传统方法做过的曲线数据进行了检验，检验的曲线有四条，正确率为100%。
　　4 结论
　　新的地铁调坡测量中线定线方法优于传统的中线定线方法，在实际工作中，完全可以取代传统的中线定线方法，并取得比传统方法更好的结果。新的地铁调坡中线定线方法相对传统方法优点如下：
　　1）减轻了数据计算的压力，保证了数据计算的正确性。数据的计算免去了烦琐的一级检查、二级检查、三级检查。只需要两级检查，且检查的形式从重复的计算的模式上转到了数据核对上来。
　　2）极大的节省了工作的时间，减少了测量外业的重复工作量，在一定程度上提高了作业的效率，保证了工期，提高了工作效益。
　　3）能够很清楚的发现隧道结构的特征和定线可能出现的问题，同时能够从图形上很清楚地了解调整各曲线元素对曲线所引起的形状变化，并做好可能出现问题的预备，在施工现场及时发现和处理可能出现的问题。
　　4）在赶工期的情况下和保证施工质量的前提下，新方法可以通过将便携式计算机带到施工现场，可以极大的提高工作效率。新的地铁调坡测量中线定线方法相对传统方法也有其缺点，即需要操作者较高的计算机操作水平，特别是操作者要对AutoCAD很熟悉，否则就没有办法操作。
　　总之，新的地铁调坡测量中线定线方法尽管有其缺点，但它是社会发展的一种趋势，更是一种完全可以取代传统中线定线方法的方法，值得推广。它必将取代传统的地铁调坡测量中线的定线方法。

参 考 文 献
[1] GB50308-1999，地下铁道、轻轨交通工程测量规范，中国计划出版社
[2] GB50312-1999，地下铁道、轻轨交通设计规范，中国计划出版社
[3] 李青岳、陈永奇，工程测量学，测绘出版社，1995.6
[4] 龚沛曾、杨志强，Visual Basic 程序设计教程，高等教育出版社，1998
[5] 阎聚群，AutoCAD 2000 Visual LISP开发，华中理工大学出版社，2000.1
[6] James D.Foxall，Practical Standards for Microsoft Visual Basic Original Publisher，2000.6
[7] W.Niemeir，Statically tests for detecting movements in repeatedly measured geodetic networks，Tectonophysics，1981