廣州市軌道交通首級精密控制網測量

楊 光

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060）

廣州市軌道交通首級精密控制網測量

楊 光

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060）

根據廣州市軌道交通2015年建設線路的布局要求以及技術難點，研究項目技術路線的制定以及GPS平面控制網和二等水準控制網的建設實施。項目充分利用一系列新技術手段，解決新舊控制網的整合協調以及精度一致性等技術難題，建設統一覆蓋原有線路和新規劃線路的精密控制網。

軌道交通；首級控制網；CORS；水準面

廣州作為華南地區最大的中心城市，軌道交通從1992年就開始建設，前期控制網多是單獨為特定地鐵線路建設而專門布設的局部帶狀網。為滿足舉辦2010年第16屆廣州亞運會的迫切需要，2008年廣州市地鐵總公司制定了全新的軌道交通2015年線網規劃。新增的4號線南延段、6號線東延段、地鐵7、8、9、10、11、13號線（含支線）等一系列新線路與原有的地鐵1、2、3、4號線相結合，全面覆蓋了廣州市中心區域，并進一步向外圍擴展，致使目前已有的地鐵控制網遠遠不能滿足新的建設要求。

本項目的實施目標是為廣州市軌道交通2015年規劃線網的全部十余條建設線路建立起一個統一覆蓋原有線路和新規劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級平面和高程控制網。同時，平面和高程控制網還需要為今后的廣州市軌道交通后續規劃預留充分的發展空間。

1 項目內容與技術難點

1.1 實施內容

首級平面和高程控制網的精度與可靠性是地鐵施工精度的質量基礎［1］。本項目作為省、市的一項重點工程，意義重大，其具體實施內容包括：

1）2010年建設線路控制網維護。對2010年已建成各線網進行點位普查，控制網維護、更新和擴展，形成統一的首級三等GPS平面控制網及二等水準高程控制網；

2）2015年新增建設線路控制網建設。針對2010年尚未建成各線網以及2015年新增各條線路建設首級三等GPS平面控制網及二等水準高程控制網。

1.2 技術難點

本項目存在著新舊控制網的整合協調以及全網保持精度一致性等技術難題，實施難度較大，原因為：

1）控制面積廣。本項目要為整個軌道交通線路以及地鐵遠景規劃線路提供首級控制，范圍涉及廣州市10個區，控制面積達3 000 km2；

2）精度要求高。地鐵隧道貫通和精密施工對控制測量精度要求較高。如《城市軌道交通工程測量規范》要求：最弱點點位中誤差≤±12 mm、相鄰點的相對點位中誤差≤±10 mm、最弱邊相對中誤差≤1／10萬、不同線路控制網重合點坐標較差≤±25 mm等；

3）新舊線路銜接難度大。控制網建設覆蓋了全市10余條不同時期、不同階段建設的地鐵線網，存在著新舊控制網的協調以及點位兼容等難題。必須以極高的精度均勻性滿足地鐵隧道貫通和各線路之間的連接要求；

4）控制點選點要求高。控制網設計要求每個站點有一個平面控制點，并且每個控制點至少2個通視方向，同時要求在地鐵線路交叉地方盡量利用原地鐵控制點，增大了外業選點的難度，且線網多位于廣州中心城區繁華路段，高樓林立、行人車輛密集、電磁干擾嚴重，觀測環境較差。

2 項目技術路線與實施

2.1 總體技術路線

針對本項目的技術要求與技術難點，項目認真統籌規劃、精心進行技術設計，結合專家評審意見，合理確定項目技術路線，并分解落實了各項具體工作。控制網的建設采取“分級布設、整體平差”的技術路線予以實施，并需要為今后的廣州市軌道交通的后續規劃預留充分的發展空間。其實施體系如圖1所示。

圖1 項目技術設計與實施體系

廣州市軌道交通首級精密控制網共建設GPS框架點39個（全為新建）、三等GPS點148個（其中舊網點85個、新線網點63個）；布設并測量二等水準網全長1149.22 km（其中舊網水準線路616.22 km、新線網水準線路533 km）。

2.2 GPS平面控制網建設

廣州市軌道交通2015年建設線路GPS平面網首先布設由39個網點組成的軌道交通框架網，框架網全面覆蓋廣州市軌道交通現有線路以及遠景規劃線路，按二等網精度進行施測，采用IGS精密星歷進行解算。框架網不但是全網的骨架點，而且可以為今后軌道交通繼續擴展提供可靠的首級控制。

依托軌道交通框架網，整個軌道交通線路在統一起算下進行三等GPS控制網施測，確保廣州市軌道交通2015年規劃線網中原有線路、在建線路和新增線路等不同時期的全部十余條軌道交通線路之間能夠很好地銜接。控制網同時還聯測了穗莞深城際地鐵，并顧及投影變形進行了廣州東西投影帶的分帶平差。

圖2即為廣州軌道交通2015年規劃線網建設線路GPS框架網及三等網總圖。其中紅色部分為二等GPS框架網，黑色部分為三等GPS控制網；圖中陰影處為軌道交通2010年線網原有的舊網覆蓋部分。

圖2 廣州軌道交通線網GPS框架網及三等網總圖

2.3 二等水準控制網建設

軌道交通2015年建設線路二等水準控制網同樣將原有控制網的維護、更新與2015年新增線路控制網進行了整合實施、全面構網、統一平差，建立廣州市各條地鐵線路統一的高精度高程控制系統。項目施測二等水準網全長1 149.22 km（全網共379個水準點、組成28個閉合環），跨河水準測量33處。

每條地鐵線路基本是一條水準線路的走向，利用廣州市二等水準點和現有的地鐵水準點將每條水準線路串聯起來，構成水準網。新增設的水準路線的起、終點均與廣州市二等高程基準網的水準點或原網的水準點聯接成環。

廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網密集，項目水準控制網跨越廣州市多條江河，共進行跨河水準測量33處。其中，河寬在100～300 m有20處，300～500 m有12處，1 000～1 500 m有1處。

跨河水準測量嚴格按設計要求選定與布設場地，使儀器及標尺點構成平行四邊形。作業方法、視線距水面高度、時間段數、測回數、組數及儀器檢查等按設計要求執行，保證觀測質量。跨河水準觀測每測回高差中誤差最大2.37 mm、最小為0.05 mm；高差中數中誤差最大為1.83 mm、最小為0.09 mm，精度較高，滿足國家規范和技術設計書要求。

3 項目技術特色與新技術應用

3.1 GZCORS和大地水準面等新技術手段應用

廣州市連續運行衛星定位城市測量綜合服務系統（簡稱：GZCORS）［2］由我院于2007年建成并通過驗收。本項目在二等GPS框架網的建設中精密聯測了GZCORS系統橫瀝、沙頭、五山、永和以及新華等5個基準站。充分利用連續運行基準站無人值守、連續觀測的優勢，增加了全網站點數和有效觀測數據、強化了網形聯系，很好地提高了全網解算精度和成果可靠性。

為利于點位保存和應用，廣州市軌道交通建設要求所有的GPS平面控制點布設于樓頂。地鐵精密導線加密測量中需要提供上述點位的概略高程，但卻難以直接進行水準聯測。我院于2006年建設完成的廣州市似大地水準面達到了優于±1 cm的精度并通過專家驗收［3］，為本項目的順利實施打下了良好基礎。項目通過對二等GPS框架網導入的GZCORS精密三維地心坐標，在WGS－84坐標系下進行三維約束平差，進而利用廣州市大地水準面直接得到了全網網點精確的廣州高程。該新技術手段的應用，極大提高了項目實施效率，滿足了地鐵施工的迫切需要。

3.2 新舊控制網的大規模精密銜接

廣州市軌道交通2015年線網涉及全市10余條不同時期、不同階段建設或規劃地鐵，其跨度大、線路關聯廣、換乘站點多，中心城區規劃達到每500 m范圍即擁有一個地鐵站點。為此，項目在平面和高程控制網建設中，精心進行控制網設計，并與各現有線路控制點進行了高密度聯測和優化計算。

考慮到地鐵總公司提出的廣州市軌道交通線網今后向東、向北擴展的需要，二等水準網聯測了控制網東北側的廣州市二等水準點Ⅱ812作為起算，并在各線路換乘站聯測了原有地鐵水準控制點7個；GPS平面控制網與穗莞深城際地鐵的跨市域組網聯測，為廣州市軌道交通2015年線網今后的進一步擴展做好了技術準備。

3.2.1 GPS成果與歷史控制網重合點坐標檢核

整網平差結果達到了較高的精度水平，均能滿足相鄰點的相對點位中誤差≤±10mm、歷史不同線路控制網重合點坐標較差≤±25mm的嚴格要求，確保了廣州地鐵隧道盾構的高精度掘進貫通以及各線路的精密銜接。坐標較差統計結果見表1。

表1 整網平差結果與歷史控制網原點坐標成果的比較統計cm

3.2.2 水準成果與歷史控制網重合點檢核

考慮到廣州市軌道交通線路已規劃遠期與穗莞深城際地鐵進行跨市域組網，本項目在二等水準首級控制網建設中聯測了穗莞深相關控制點，比較結果完全滿足設計要求，為廣州市軌道交通線路今后的跨市域擴展、連接打下堅實基礎，如表2所示。

表2 整網平差結果與穗莞深城際地鐵高程成果的比較統計

廣州市軌道交通2015年規劃線網建設線路二等水準施工控制網在換乘站附近聯測了7個原有控制點，高程成果比較如表3所示。

表3 整網平差結果與舊網原點高程成果的比較統計

3.2.3 基巖鉆探埋設水準點

廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網密集，地下巖溶發育、溶洞較多。多數地區，尤其是廣州市南部番禺、南沙地區因地質條件原因，地表沉陷嚴重。普通方式布設的水準控制點易隨之出現不同程度沉降。

本項目所建設的高精度二等水準控制網點均采用鉆探基巖方式埋設，鉆探到巖層微風化層0.5 m、鉆孔直徑105 mm，放入直徑與鉆孔相同的金屬套管直至巖層，將銅質標志焊在金屬套管的蓋上，埋設時將此蓋套在金屬管上，并現場澆灌混凝土。

牢固、易永久保存的精密水準點既為地鐵建設及沿線的建（構）筑物的施工建設提供了可靠的基準點，也為今后地鐵運營期間的安全監測以及地表沉降監測等提供較好的基礎資料。如圖3所示。

圖3 精密水準控制點基巖埋設示意圖（單位：mm）

3.2.4 采用其它外部手段進行高精度檢核

本項目意義重大、不容閃失，利用其他技術手段對測量成果進行檢核是十分必要的。由于常規的全站儀已很難滿足檢測精度要求，本項目采用目前國內外較為先進的測量機器人（LEICA TCA2003，一測回方向標準差0.5″、測距精度1 mm＋1 ppm）對控制網進行了抽樣檢查，如表4所示。

表4 控制網邊長檢測表

GPS與測量機器人的綜合應用，有效實現了各種先進儀器設備的取長補短，取得了良好的效果。在地鐵總公司的直接監督下，項目共隨機抽檢了7條基線邊和4個方位夾角，均滿足邊長相對精度1／10萬、角度限差±5″的要求。通過檢查確保了控制網成果和地鐵施工萬無一失，如表5所示。

表5 控制網角度檢測表

4 結束語

通過精心設計和技術實施，本項目建立起了統一覆蓋原有線路和新規劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級平面和高程控制網，解決了新舊控制網的整合協調以及精度一致性等技術難題，實現了全市10余條不同時期新舊控制網的大規模精密銜接，也為今后的廣州市軌道交通的后續規劃預留充分的發展空間。

本項目的成功完成，為我國城市軌道交通大跨度、高精度、多線路體系下的首級精密控制測量提供了有益的探索性經驗，對于加快我國較大區域范圍內的地鐵建設和發展具有積極的示范效應。

［1］李春華，張獻州，羅賢茂，等.GPS技術在成都市地鐵建設中的應用［J］.測繪工程，2003，12（3）：26－28.

［2］楊光.基于CORS平臺的三維坐標在線轉換系統［J］.測繪通報，2008（11）：10－13.

［3］楊光，林鴻，歐海平，等.廣州市亞厘米級高精度似大地水準面的確定［J］.測繪通報，2007（1）：24－32.

［4］姜雁飛，唐紅軍.利用GPS建立城市軌道交通專用坐標系和平面控制網的探討［J］.測繪通報，2010（9）：19－22.

［5］張亞勇.二等跨河水準測量在城市軌道交通工程中的應用實例分析［J］.鐵道勘察，2008（3）：29－34.

High precision first－grade control network survey for Guangzhou rail transit

YANG Guang
（Guangzhou Urban Planning ＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China）

In accordance with the requirements of 2015 Guangzhou rail transit layout and the technical difficulties，the paper demonstrates the technology roadmap of the project，and the implementation of GPS plan network as well as the leveling control network.Application of series of new technical means solved the problems such as integration of old and new control network coordination and the consistency of accuracy.Unified precise control networks which can cover all the transit lines were successfully established.

rail transit；first－grade control network；CORS；GEOID

P221

A

1006－7949（2012）04－0082－04

2011－07－16

廣東省科技計劃資助項目（2008B030303065）

楊 光（1976－），男，高級工程師，博士.

[責任編輯:張德福］