电子水准仪在广州市轨道交通工程中的应用

自从威尔特厂首先研制出数字水准仪以来，电子水准仪" title="电子水准仪">电子水准仪 逐步走向实用。目前， RTK 技术的不断成熟和似大地水准面的不断精化使得大部分的水准测量" title="水准测量">水准测量 任务被取代；但是在需要高精度的城市测量工作中（如地铁建设），水准测量还是不可缺少的。受广州市地下铁道公司的委托，广州市城市规划勘测设计研究院承担了广州市轨道交通工程高程控制测量任务，并按照技术要求，采用了两台DiNi11 电子水准仪，圆满完成了相应的水准测量任务。

1 工程概况

根据《广州市快速轨道交通线网规划（2010 年线网实施目标）》的要求，到 2010 年广州市城市轨道开通线路：地铁一号至七号线，合计 181.9 km，105 座车站；目前在建线路：地铁二、五、六号线和八号线的部分区间。2010 年轨道交通线网规划范围基本上覆盖整个广州市城区，相应的高程控制测量也覆盖广州市区。轨道交通线网高程控制网" title="控制网">控制网 的建设，既要满足拟建地铁线路（六、七、八号线）施工测量的需要，又要联测已建或在建地铁线路高程控制网，将广州地铁线
路的高程控制统一布网，统一数据处理，建立统一的高精度高程控制系统；该项目是地铁施工中的一项重要的控制系统。是保证地铁施工沿设计标高进行的重要依据。2003 年 10 月按照专家组评审意见，最后确定在原规划范围的基础上再适当向北扩展至嘉禾，西部同佛山相连，东部到达黄埔经济开发区，南部至南沙开发区黄阁镇。

2 测量方案设计

2.1 测量仪器的选择

电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器 ，并采用条码标尺和图像处理电子系统构成的光机电测一体化的高科技产品。电子水准仪与传统仪器相比有精度高、速度快、效率高等特点，只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度，特别是大大减轻了观测员眼睛的疲劳。 DiNil1 只需读取 30 cm 的条码尺就可计算出正确结果；数据能自动记录、检核和处理，并能输入电子计算机进行后处理，可实现内外业一体化。

2.2 测站最大偏差值的设定

DiNi11 电子水准仪的每千米往返测量中误差的标称精度是 ± 0.3 mm，显然它能满足所有等级的水准测量要求。为控制测量精度，仪器有一项重要的设置，输入在“后前前后”测量模式中测站最大偏差值。其设定应根据水准测量的等级而定，如果设得过高，测量中因外界条件的影响经常会出现超限的警告，影响工作进度；若设得过低，在测段的往返闭合差和水准路线闭合差上将会出现超出限差要求的情况。在《国家一、二等水准测量规范》中，一、二等水准测量的基础分划所测高" title="测高">测高 差之差分别为 0.5 mm 和 0.7 mm。经多次测试，在此次二等精密水准测量中，将测站最大偏差值设为 0.4 mm。这样，在每站前后视距离、视距累计差和视线高度等方面，严格执行国家水准测量规范要求，即使在最不利的天气 （如大气变化剧烈的中午） 中测量，也只有极少数测站的最大偏差值超限，从而保证了测量的精度和进度。

2.3 水准网的布设

广州市轨道交通工程 2010 年建设线路覆盖面大，北至嘉禾，南至南沙黄阁，东至黄埔经济开发区，西至芳村滘口。按设计方案，本工程水准网顾及了地铁的远期规划，如南部的南沙岛环线轨道交通、北部的新机场、东部的科学城，留有了拓展延伸的余地。每条地铁线路基本是一条水准线路的走向。本工程水准网由 16 个广州市二等水准点、已有的 24 个地铁水准点（一号线、二号线、三号线、四号线、广佛线）和 132 个新埋设的水准点构成。根据二等水准网应布设成闭合环线的原则，新设的水准路线的起、终点均与广州市二等高程基准网的水准点联接。本工程水准网共 172 个水准点，组成 10 个水准闭合环，过河水准 23 处。

3 轨道交通工程的精度要求

轨道交通工程控制网建立在城市控制网的基础上，相对精度又高于城市控制网。它既保证全线首尾的平顺衔接，又避免与设计使用的大量城市测量数据产生矛盾。由于工期、施工能力、环境保护的影响，轨道交通工程通常被分成数十个标段进行施工，工程点多、线长、面广，各工点开工和建设时间各不相同，工程的衔接和建设周期较长，对各工点的衔接、区间隧道的贯通、轨道的铺设都具有很高的精度要求。

因为地铁隧道允许横向和高程贯通的极限误差为± 50 mm，可得各工序的极限误差：

1） 地面控制测量允许的极限误差≤11.4 mm；
2） 竖井联系测量允许的极限误差≤22.8 mm；
3） 盾 构 姿 态 定 位 测 量 允 许 的 极 限 误 差 ≤22.8 mm。

4 应用实践及精度分析

广州市轨道交通工程是优化广州交通网络、为广州经济提速的重大举措。该项工程穿越大量繁忙的地段，人多车多，给水准测量工作带来很多困难。观测过程中，我们采用了直杆式脚架，以减小来往的车辆对仪器的影响。当行人和行驶车辆瞬间遮挡观测视线，仪器虽然可以观测读数，但为了保证观测成果的质量和精度，仍进行了重测。

在此次水准测量过程中，采用了“后前前后”的测量模式，测站最大偏差值设为 0.4 mm，水准测量路线大多为车辆行人非常多的柏油公路和水泥路，路线总长 546 km；测量时间为上午 8 时至 12 时和下午 14 时至 18 时。环线闭合差精度统计如下表 1 和表 2。

水准测量作业结束后，每条水准路线以测段往返测高差不符值计算每千米水准测量高差中数的偶然中误差：

式中， △为测段往返测高差不符值，以 mm 计； R 为测段长度，以 km 计；n 为测段数。

按上式计算整网的 M 为± 0.39 mm, 小于《国家一、二等水准测量规范》中 1 mm 的限差要求。经平差计算，单位权中误差为± 1.26 mm，符合± 2.0mm 规定；最弱点高程中误差为± 2.7 mm，高程精度平均为± 1.7 mm，满足± 20 mm 的限差规定要求；成果资料满足《国家一、二等水准测量规范》。

本工程从选埋点阶段、观测初期和中期到结束阶段，工程负责人不定时到外业进行检查和指导工作，并检测了作业小组已经观测的 9 个测段，检测高差差值最大为 1.13 mm，最小为 0.01 mm，平均为 0.3 mm（如表 3），可见观测成果的精度非常高，完全可以满足轨道交通工程各环节的高程控制要求。

5 结 语

电子水准仪具有精度高、速度快、效率高的优势，观测成果的精度指标要比相应的观测标准要求有明显提高，已被越来越广泛地用于各种精密的工程测量中，在城市高程控制测量中将具有较好的应用前景。目前，广州地铁三、四号线已开通，五号、六号线也正在加紧施工中。实践证明，工程中所采取的相应技术措施是有效的，所观测的成果具有很高的精度，深受建设单位和委托单位的好评。测量中应严格执行现行的国家水准测量规范的要求，并参照相应等级的规范要求对仪器参数进行合理的配置，并遵循 ISO 质量管理体系，以保证测量工作优质高效地完成。