城市軌道交通工程控制測量建網(wǎng)策略

汪 博，王 建

(1．南京地下鐵道有限責(zé)任公司，南京 210008;2．中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，天津 300133)

0 引言

城市軌道交通工程本身所具備的良好因素被越來越多的城市管理者所接受，一個城市為了滿足近期和遠期城市發(fā)展往往需要規(guī)劃多條城市軌道交通線路，建設(shè)周期長，建設(shè)環(huán)境(包括地理、社會環(huán)境等)變化大是地鐵建設(shè)必須面臨的問題。

隨著城市社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速。在我國，廣州、南京、北京、上海、成都、昆明、西安和沈陽等城市正在建設(shè)一條或多條軌道交通工程，部分城市已建成通車運營一條或多條線路。城市軌道交通工程測量工作也與以前有所不同，出現(xiàn)了一些新情況，面臨一些新問題。文獻［1］結(jié)合西安地鐵工程測量實際案例，對在不均勻沉降環(huán)境條件下的城市軌道交通測量基準(zhǔn)點布設(shè)、數(shù)據(jù)處理及平差方法以及復(fù)測成果的使用等方面提出了若干措施和建議。文獻［2］從城市軌道交通工程建設(shè)的實際測量作業(yè)出發(fā)，對測量精度設(shè)計的主要原則和要求、地面控制測量技術(shù)方法、豎井聯(lián)系測量技術(shù)方法、隧道施工控制測量及貫通測量技術(shù)方法進行介紹，論述了軌道交通工程施工測量的精度要求及主要測量的手段和方法。文獻［3］以廣州市城市軌道交通建設(shè)中GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)布設(shè)測量的工程為實例，探討了城市軌道交通基礎(chǔ)控制網(wǎng)的施測技術(shù)。文獻［4］主要對地鐵施工中盾構(gòu)控制測量的有效措施進行了探討。文獻［5］以蘇州軌道交通1號線星港街站—會展中心站2 352 m盾構(gòu)區(qū)間的測量控制為實例，分析了區(qū)間長度大于1 500m的盾構(gòu)區(qū)間的測量控制重點和難點，闡述了在實際作業(yè)中的測量控制方法及控制要點。文獻［6］結(jié)合GPS控制測量的實測數(shù)據(jù)，探討了建立城市軌道平面測量控制網(wǎng)的可行性，從分析地鐵工程測量投影變形的影響入手，研究了幾種補償坐標(biāo)系的特點。可以看出，文獻［1-6］基本上都局限于某一條線路測量控制網(wǎng)研究，能夠解決某一條線路在城市中心區(qū)控制測量需要，但是無法解決目前軌道交通大范圍、長距離、多條線建設(shè)所面臨的基準(zhǔn)不統(tǒng)一、遠離中心城區(qū)變形較大、新舊坐標(biāo)系統(tǒng)不匹配等新問題，本文針對這些測量新問題進行分析，提出了解決策略及要求。

1 軌道交通工程建設(shè)趨勢

1)線路長度不斷增加、延伸的范圍向城市周邊地域發(fā)展。原來一條規(guī)劃線路往往分期建設(shè)，初期主要是為了緩解城市集中區(qū)客運交通壓力。隨著社會發(fā)展的加快，規(guī)劃和建設(shè)也要超前規(guī)劃和建設(shè)，一條線路的建設(shè)一方面要滿足人口密集區(qū)交通運輸?shù)男枰硪环矫孳壍澜煌ǖ慕ㄔO(shè)要促進、帶動城市周邊地區(qū)的發(fā)展。線路覆蓋的范圍不斷延伸，明顯的特點就是遠離市區(qū)向城市周邊地域發(fā)展。

2)跨區(qū)域建設(shè)。特別是城際軌道交通工程建設(shè)，例如:機場專線、廣州的廣佛線、南京的寧天城際線、沈陽黎明至望濱城際鐵路工程等也采用地鐵建設(shè)模式進行建設(shè)和運營，往往委托城市軌道交通建設(shè)單位代管或代建，與原規(guī)劃的城市軌道交通工程存在多方聯(lián)系。

3)軌道交通工程線路之間的交叉換乘節(jié)點越來越多。這是城市軌道交通工程建設(shè)過程中越來越明顯的一個特征。雖然目前一般都預(yù)留了遠期建設(shè)接口，但是隨著國家測繪與地理信息的更新，這些接口資料與將來的新線設(shè)計資料是否一致、匹配，也是一件棘手的事情。

4)國家測繪與地理信息的更新。從2008年7月1日開始，國家啟用我國的2000國家大地坐標(biāo)系，要求用8～10 a的時間，完成現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系向2000國家大地坐標(biāo)系的過渡和轉(zhuǎn)換。相應(yīng)地完成地方城市坐標(biāo)系向國家2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生新舊坐標(biāo)系統(tǒng)的矛盾問題。

2 工程測量面臨的新問題

針對軌道交通建設(shè)總體呈現(xiàn)的上述現(xiàn)象，在城市軌道交通建設(shè)期間，從工程測量專業(yè)角度來講，可能存在以下問題。

1)目前控制網(wǎng)覆蓋范圍較小，控制網(wǎng)的范圍不能滿足建設(shè)需要。特別是部分規(guī)劃線路的端頭遠離市區(qū)，超出原有城區(qū)控制網(wǎng)范圍。如果僅通過目前逐步擴充的方式也很難滿足未來多條新線路的建設(shè)要求，且該種方法整體性較差［2］，不利于地鐵項目的實施。

2)新線控制網(wǎng)和既有線控制網(wǎng)的銜接。如果新建線路的沿線控制網(wǎng)系統(tǒng)與已建線路控制網(wǎng)系統(tǒng)不一致或者存在差異，則需要進行測量系統(tǒng)一致性處理，并消除差異，否則可能導(dǎo)致對工程結(jié)構(gòu)測設(shè)質(zhì)量的影響。

3)不同城市控制網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換和銜接。一個城市往往有這個城市獨立的城市坐標(biāo)系統(tǒng)。城際線的建設(shè)要求2個城市之間的城際線測量系統(tǒng)必須一致，因此，要進行2個城市坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

4)原城市二等三角點建設(shè)時間較長，部分三角點遭到破壞，變形較大，成果的現(xiàn)勢性較差，較難滿足目前地鐵工程控制點的需要，與新布設(shè)城市B級網(wǎng)點之間坐標(biāo)不匹配。更新的城市坐標(biāo)系統(tǒng)與原來的城市坐標(biāo)系統(tǒng)存在一定的差異，距主城區(qū)(控制點相對較多)越遠，新舊系統(tǒng)差別越大。

5)部分軌道交通工程范圍距離城市坐標(biāo)系統(tǒng)中央子午線較遠，工程面距參考橢球面高度較大(超過規(guī)定范圍)，從而導(dǎo)致工程面每km的投影變形和高程歸化改正值超限。

上述軌道交通工程建設(shè)趨勢和工程測量面臨的問題在城市軌道交通建設(shè)不同時期可能存在一個或多個，因此，需要有針對性地規(guī)劃和解決城市軌道交通長期建設(shè)中可能出現(xiàn)的問題，避免因測量控制系統(tǒng)問題出現(xiàn)工程事故。

3 建立覆蓋規(guī)劃線路控制網(wǎng)策略

基于以上分析，需要建立覆蓋全部規(guī)劃線路范圍的城市軌道交通測量控制網(wǎng)，使各條線路之間有一個統(tǒng)一的平面、高程測量基準(zhǔn)，解決目前各條線路測量系統(tǒng)不一致的情況，保證不同時期建設(shè)地鐵的準(zhǔn)確銜接。為實現(xiàn)該目標(biāo)，首先應(yīng)建立覆蓋全市規(guī)劃線路范圍的測量控制框架網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上建立測量基本網(wǎng)。框架控制網(wǎng)主要為線路基本網(wǎng)或?qū)Ｓ酶呔仁┕た刂凭W(wǎng)提供坐標(biāo)、高程基準(zhǔn)。基本控制網(wǎng)則直接為線路勘測設(shè)計、施工和運營階段測量工作提供平面、高程控制。

3．1 基本要求

1)測量控制網(wǎng)建設(shè)必須符合現(xiàn)行法律、法規(guī)及技術(shù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，充分借鑒國內(nèi)成熟建網(wǎng)經(jīng)驗，充分考慮城市環(huán)境的復(fù)雜性和軌道交通工程施工高精度、長期性、控制點使用頻繁等特點，建設(shè)一個高質(zhì)量的測量控制網(wǎng)。

2)平面和高程系統(tǒng)必須根據(jù)國家和省、市現(xiàn)行的有關(guān)法律、法規(guī)、部門規(guī)章和規(guī)范性文件等，選擇合理、合法、合規(guī)的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。

3)為了使軌道交通工程建設(shè)與城市坐標(biāo)系統(tǒng)下的測量資料能互相利用，不至于造成城市規(guī)劃、城市工程建設(shè)及地下管道與軌道交通工程建構(gòu)筑物產(chǎn)生矛盾和破壞性的影響，控制網(wǎng)的平面和高程系統(tǒng)應(yīng)與城市規(guī)劃與國土部門采用的平面和高程系統(tǒng)一致。

4)控制網(wǎng)實施應(yīng)遵循技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠和安全適用的原則［7］，應(yīng)充分利用城市已有的城市高等級平面、高程控制點以及各線路已建控制網(wǎng)點，以達到避免重復(fù)建設(shè)，促進測繪成果共享，也可以更好地與城市坐標(biāo)和高程系統(tǒng)進行銜接。

5)應(yīng)在城市一、二等平面和高程控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立專用平面、高程施工控制網(wǎng)，其與城市控制網(wǎng)重合點的坐標(biāo)及高程互差，應(yīng)分別不大于50 mm和20 mm，且應(yīng)采用統(tǒng)一的坐標(biāo)、高程系統(tǒng)。

6)相應(yīng)于城市軌道交通線路的分期建設(shè)，覆蓋全部線路的軌道交通控制網(wǎng)也相應(yīng)地分級、分期布設(shè)。所建立的控制網(wǎng)精度應(yīng)以保證軌道交通工程建設(shè)中暗、明挖隧道和高架結(jié)構(gòu)施工橫向貫通測量中誤差≤±50 mm、高程貫通測量中誤差≤±25 mm［8］為目的。

7)認真做好控制網(wǎng)的布設(shè)、控制點的選埋、控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)工作，確保控制網(wǎng)的質(zhì)量。

3．2 框架網(wǎng)

3．2．1 平面框架網(wǎng)策略

1)軌道交通框架網(wǎng)必須建立在新的國家(城市)基礎(chǔ)坐標(biāo)框架基礎(chǔ)上，具有高精度、高兼容性，覆蓋全部遠景規(guī)劃線路范圍。所有線路的建設(shè)及測繪將在GPS框架網(wǎng)建成后統(tǒng)一在GPS框架網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)下進行。

2)框架網(wǎng)的精度及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達到住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的CJJ/T 73—2010《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的城市GNSS控制網(wǎng)二等網(wǎng)技術(shù)要求(見表1)。GPS框架網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)要求、野外觀測及數(shù)據(jù)處理等應(yīng)參照規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

表1 衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)技術(shù)要求Table 1 Technical requirements for satellite positioning control network

3)凡符合框架網(wǎng)要求的現(xiàn)有城市控制點和已有線路控制網(wǎng)點的標(biāo)石應(yīng)充分利用。每條線路應(yīng)至少布設(shè)3個以上框架網(wǎng)點(不同線路可以共用框架網(wǎng)點)，以滿足線路設(shè)計圖紙坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要。

4)框架網(wǎng)測量單位必須做好建網(wǎng)方案設(shè)計，并組織專家論證評審?fù)ㄟ^后，報省、市測繪行政主管部門批準(zhǔn)后實施。

3．2．2 高程框架網(wǎng)策略

1)高程系統(tǒng)采用與城市一致的高程系統(tǒng)，應(yīng)充分利用已有的城市一、二等高程控制網(wǎng)點及高程數(shù)據(jù)，必要時聯(lián)測城市高程原點。

2)新建的框架網(wǎng)點必須選在利于點位長期保存，穩(wěn)定的位置。必要時埋設(shè)一定數(shù)量的深樁或基巖點，滿足軌道交通長期建設(shè)需要。

3)高程框架網(wǎng)的布設(shè)、觀測、精度要求與城市二等水準(zhǔn)測量要求相同。3．2．3 框架網(wǎng)的功能

1)覆蓋整個城市軌道交通規(guī)劃范圍，對軌道交通工程建設(shè)網(wǎng)絡(luò)進行整體控制，利于建設(shè)管理并顧及軌道交通建設(shè)工程遠景發(fā)展。

2)保證規(guī)劃線網(wǎng)測區(qū)范圍內(nèi)平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的連續(xù)性、統(tǒng)一性，以保證各條線路的銜接和平順。

3)為地鐵基本網(wǎng)提供高精度的控制點起算成果，并為后期新、老坐標(biāo)系提供統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3．3 基本網(wǎng)

3．3．1 平面基本網(wǎng)策略

1)按照工程建設(shè)規(guī)劃網(wǎng)中各條線路建設(shè)的先后次序，分階段沿線路獨立布設(shè)各條線路的地面平面基本控制網(wǎng)。基本網(wǎng)的起算基準(zhǔn)(已知點)為框架網(wǎng)或更高等級控制網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2)平面控制網(wǎng)的大小、形狀、點位分布應(yīng)分別滿足各線路設(shè)計階段、施工階段和運營階段的測量和變形監(jiān)測工作需要。

3)布網(wǎng)時應(yīng)結(jié)合線路延伸和與其他線路交叉狀況。在線路延伸和交叉地段，必須有2個以上穩(wěn)定的控制點重合，應(yīng)對重合點進行兼容性分析，如果兼容，數(shù)據(jù)處理時采用強制約束平差的方法［9］。

4)GPS框架網(wǎng)建成后，充分利用已建成的線路基本網(wǎng)控制點［10］，通過GPS聯(lián)測，建立GPS框架網(wǎng)與各線路已有坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，以滿足不同時期設(shè)計資料坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及規(guī)劃征地的要求。

5)利用在建線路基本網(wǎng)定期復(fù)測的機會，聯(lián)測新坐標(biāo)系下的框架網(wǎng)，計算在建線路控制點新坐標(biāo)系成果，在施工期間積累在建工程在新坐標(biāo)系下的竣工資料(測量結(jié)構(gòu)在新坐標(biāo)下的成果)，竣工時提供新舊2套坐標(biāo)系下的竣工資料，滿足過渡時期資料使用需要和資料更新需要。

6)為了提高已建線路控制網(wǎng)與框架網(wǎng)的轉(zhuǎn)換精度，盡可能多地將基本網(wǎng)控制點與框架網(wǎng)聯(lián)測。必要時，可將所有基本網(wǎng)控制點與框架網(wǎng)聯(lián)測。

7)平面控制網(wǎng)的投影面高程的選擇應(yīng)滿足軌道交通工程線路軌道的平均高程與城市投影面高程的高差影響每km不大于5 mm。

3．3．2 高程基本網(wǎng)策略

1)根據(jù)線路建設(shè)的次序，在高程框架網(wǎng)的基礎(chǔ)上分期獨立建立每條線路的高程基本控制網(wǎng)。

2)高程基本網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)為高程框架控制網(wǎng)點或更高等級高程點。基本網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)原則上不應(yīng)少于3個。

3)有換乘或接口工程的新建線路高程基本網(wǎng)必須聯(lián)測已建線路穩(wěn)定高程控制點。數(shù)據(jù)處理時，首先進行穩(wěn)定性判斷，如果點位兼容則采取強制約束平差的方法，確保高程銜接。

4)有聯(lián)系的2條線路的高程基本網(wǎng)至少有1個相同起算點。

5)各條線路高程基本網(wǎng)點位分布應(yīng)滿足各線路設(shè)計階段、施工階段和運營階段的測量和變形監(jiān)測工作的需要。

6)高程基本網(wǎng)測量應(yīng)滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50308—2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中有關(guān)地面高程控制測量的要求。

3．3．3 基本網(wǎng)的功能

直接服務(wù)于各條線路建設(shè)，作為施工測量加密、測設(shè)的依據(jù)，指導(dǎo)施工。

4 控制網(wǎng)維護及更新策略

1)GPS框架網(wǎng)、基本網(wǎng)在地鐵工程建設(shè)期間的維護和更新工作由建網(wǎng)單位負責(zé)進行。

2)在城市軌道交通工程建設(shè)期間，對建成的GPS框架網(wǎng)、GPS基本網(wǎng)應(yīng)定期進行復(fù)測維護。第1次復(fù)測應(yīng)在開工之前進行，之后應(yīng)每年復(fù)測1次，且應(yīng)根據(jù)控制點的穩(wěn)定情況適當(dāng)調(diào)整復(fù)測頻次。復(fù)測精度不應(yīng)低于首次測量精度，當(dāng)控制點標(biāo)石被破壞時，應(yīng)重新埋設(shè)，復(fù)測時統(tǒng)一觀測，以確保控制網(wǎng)的穩(wěn)定、連續(xù)和可靠。

3)復(fù)測后，應(yīng)評價原網(wǎng)穩(wěn)定狀況和可靠程度，確保平面和高程控制網(wǎng)滿足地鐵建設(shè)需要，并將最新可使用成果上報業(yè)主，由業(yè)主組織進行發(fā)布，各成果使用單位按照新成果進行后續(xù)測量工作。

5 結(jié)論與建議

目前控制測量建網(wǎng)策略能較好地解決軌道交通工程近遠期建設(shè)的測量問題，但在建立城市軌道交通地面控制網(wǎng)時還要注意以下幾點。

1)精度控制。由于城市軌道交通工程所處的空間位置、建設(shè)方法、精度要求、工藝要求與一般的市政工程有所區(qū)別，因此，控制網(wǎng)建設(shè)要有針對性地考慮以滿足軌道交通工程建設(shè)的需要。必要時應(yīng)建立針對城市軌道交通工程建設(shè)的高精度專用控制網(wǎng)。

2)控制點密度。框架網(wǎng)密度一般以5～10 km為宜，布設(shè)點位密度要均勻;基本網(wǎng)的密度一般以500～2 000 m為宜，可分區(qū)域區(qū)別對待。

3)框架網(wǎng)要一次性布網(wǎng)，整體測量，保證框架網(wǎng)的整體性。

4)成本控制。根據(jù)國家要求和城市建設(shè)需要，一個城市本身要建立城市基礎(chǔ)控制網(wǎng)，由政府出資或其他相關(guān)部門出資建設(shè)，由城市基礎(chǔ)測繪部門負責(zé)實施。因此，城市軌道交通框架網(wǎng)建設(shè)可以考慮委托城市基礎(chǔ)測繪部門建立，城市基礎(chǔ)測繪部門在進行城市基礎(chǔ)測繪時，同時考慮軌道交通建設(shè)的特殊要求，統(tǒng)一規(guī)劃實施，達到市政基礎(chǔ)測繪與軌道交通建設(shè)的共用或部分共用，避免重復(fù)建設(shè)，達到資源共享，節(jié)約投資成本。

［1］姜雁飛，馬全明，唐紅軍，等．地裂縫和地面沉降條件下的城市軌道交通工程高程控制測量探討［J］．測繪通報，2011(3):48-51．(JⅠANG Yanfei，MA Quanming，TANG Hongjun，et al．On vertical control surveying for urban rail transit project under the condition of ground cracks and land subsidence［J］．Bulletin of Surveying and Mapping，2011(3):48-51．(in Chinese))

［2］馬全明．城市軌道交通工程精密施工測量技術(shù)的應(yīng)用與研究［J］．測繪通報，2010(11):41-45．(MA Quanming．Precise construction survey technique for urban rail communication project:Application and development［J］．Bulletin of Surveying and Mapping，2010(11):41-45．(in Chinese))

［3］孫青平．城市軌道交通GPS控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)用研究［D］．廣州:華南理工大學(xué)交通運輸工程專業(yè)，2009．(SUN Qingping．The research on application of GPS control network layout in urban rail transit［D］．GuangZhou:Traffic and Transportation Engineering，South China University of Technology，2009．(in Chinese))

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［5］張亞勇．城市軌道交通穿越湖底盾構(gòu)區(qū)間測量控制技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2010(10):53-55，61．(ZHANG Yayong．Survey control technique of shield sections across lake bottom in urban rail transit［J］．Railway Construction Technology，2010(10):53-55，61．(in Chinese))

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［7］中國有色金屬工業(yè)協(xié)會．GB 50026—2007工程測量規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2008．

［8］北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司．GB 50308—2008城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［9］秦飛翔，陳功亮．城市軌道交通建設(shè)項目中控制網(wǎng)布設(shè)常見問題探討［J］．城市勘測，2010(1):101-103．(QⅠN Feixiang，CHEN Gongliang．Mass transit control network laid discussion frequently asked questions［J］．Urban Geotechnical Ⅰnvestigation＆ Surveying，2010(1):101-103．(in Chinese))

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