地鐵交叉區域GPS點坐標選取對控制網影響研究

許 鋒 孫宇超 許藝騰

(1.中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133；2.中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300461)

地鐵工程平面控制網由兩個部分構成，首級控制網為GPS控制網，次級控制網為精密導線控制網(逐級布設)[1-3]。地鐵工程平面控制網按地鐵規劃網中各條線路建設的先后順序獨立布設[10]。

GPS控制網布設前，應根據地鐵線路的規劃設計，收集、分析沿線現有城市控制網的成果資料，以及地鐵的標石、精度等有關資料[6]。目前，地鐵線路交叉換乘的節點越來越多，在線路延伸及交叉區域中，重合GPS控制點坐標的選取則成為控制網布設的關鍵，將直接影響控制網整體平差成果的精度，進而影響后續建設期間及運營期間的測量監測工作[9]。

已有眾多學者進行了相關研究，明確表示在地鐵線路建設中，在交叉區域應布設2個及以上重合點并考慮新舊兩套坐標的銜接質量[6]。以廣州市軌道交通7號線一期工程西延順德段(以下簡稱廣州7號線)控制測量為例，探討交叉區域內GPS控制點起算坐標選取對精密導線點成果的影響。

1 工程實例

1.1 工程概況

廣州7號線長約14.123 km，其中順德區段長約11.375 km，廣州段長約2.748 km。共設8座車站，其中換乘車站3座，廣州7號線與佛山3號線在北滘新城站交叉。為保證線路銜接，消除不同線路控制網因系統差異而引起的施工誤差，廣州7號線控制網布設時，聯測了佛山3號線GPS點(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)和精密導線點(DX29、DX109A)。廣州7號線交叉區域控制網如圖1。

圖1 廣州7號線交叉區域控制網

由廣州7號線GPS控制網成果與佛山3號線控制網成果對比分析可知，其重合點坐標較差小于《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308—2017)規定的“不同線路控制網點重合點坐標較差小于25 mm”的限差要求[3]。佛山3號線交叉區域控制網如圖2。

圖2 佛山3號線交叉區域控制網

廣州7號線與佛山3號線有線路重合點10個，含4個GPS點(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)及6個精密導線點(DX29、DX21、DX32、DX33、DX34、DX109A)。

1.2 問題分析

原計劃佛山3號線于2014年開工建設，廣州7號線于2016年開工建設，廣州7號線在控制網布設中聯測佛山3號線GPS點。在實際土建施工中，佛山3號線與廣州7號線于2016年同期動工建設，佛山3號線業主單位將佛山3號線高村站(不含)—北滘新城站—三洪奇站(不含)段一站兩區間移交廣州7號線業主單位同期建設，即佛山3號線高村站(不含)—三洪奇站(不含)段與廣州7號線美的大道站(不含)—林頭站(不含)段共計一站四區間土建標同時交由廣州7號線同一家施工單位同時施工建設，北滘新城站換乘形式為四線同站臺換乘。

由于控制網GPS點前期坐標選擇的原因，導致佛山3號線與廣州7號線在交叉區域控制點重點但不共坐標，廣州7號線與佛山3號線10個重合控制點坐標比較如表1。

表1 廣州7號線與佛山3號線重合控制點坐標比較

由表1坐標較差可知，重合GPS點坐標較差小于25 mm的限差要求，但是重合精密導線點坐標較差較大，最大差值點為DX32(X為30.3 mm，Y為14.9 mm)。

2 解決措施

結合交叉區域控制網網形及重合控制點坐標對比分析情況，擬制定兩種方案來解決上述存在的問題。

2.1 方案一

(1)實施方案

考慮佛山3號線控制網為2014年布設，廣州7號線控制網為后期建設。因此，將廣州7號線交叉區域內4個GPS點(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)坐標采用佛山3號線控制網成果，并據此對廣州7號線控制網重新進行平差計算，對交叉區域控制網成果進行比對分析。廣州7號線與佛山3號線重合控制點坐標比較如表2。

表2 廣州7號線與佛山3號線重合控制點坐標比較

由表2坐標較差分析可知：交叉區域內4個GPS點坐標采用佛山3號線控制網成果后，精密導線控制點DX29、DX109A、DX21、DX32、DX33、DX34坐標發生較大變化，坐標最大差值點為精密導線點DX21(X為0.2 mm，Y為2.0 mm)。由此可見，GPS點坐標的選取直接影響著精密導線點的精度。

(2)優點分析

交叉區域內，廣州7號線GPS點坐標成果采用佛山3號線坐標成果后，可較好地消除控制點坐標差值。在精密導線點坐標差值小于12 mm情況下，可直接采用佛山3號線坐標(即交叉區域同點同坐標)。此方案既避免了土建施工單位在施工中使用兩套坐標帶來的麻煩，又保證了交叉區域的測量精度。

(3)缺點分析

交叉區域內，廣州7號線GPS點坐標成果采用佛山3號線坐標成果后，在其精密導線控制網平差計算中，必將引起GPS點周圍其它精密導線點坐標的變動。因此，采取此方案，廣州7號線控制網成果需要重新計算，并且需要提交新的成果報告，增加了計算成本。同時，需要對整個控制網成果變化區域內的施工單位進行重新交接樁，額外增加了交樁工作量。

2.2 方案二

(1)實施方案

在交叉區域內，廣州7號線與佛山3號線各自使用自己的控制點成果。即廣州7號線車站及盾構區間施工期間采用廣州7號線測量控制網成果，佛山3號線車站及盾構區間施工期間采用佛山3號線測量控制網成果。各單位測量部門建立兩條線路測量成果臺賬，兩套測量成果互不干涉。

(2)優點分析

對廣州7號線與佛山3號線交叉區域內控制點方位角進行比較分析(銜接邊方位角均不超過12″)，采用此坐標推算相鄰區間貫通誤差滿足規范要求，單獨使用任何一套成果坐標均可滿足線路精度需要。銜接邊方位角比較如表3。

表3 銜接邊方位角比較

(3)缺點分析

雖然業主單位對監理單位、測量檢測單位、土建單位已進行技術交底，但兩套坐標在車站基坑開挖、主體施工、盾構掘進、鋪軌調線作業中容易混淆，造成不必要的麻煩。

2.3 最終方案

對上述兩方案進行對比分析，考慮廣州7號線大部分位于佛山市順德區境內，同時結合佛山市地鐵整體規劃情況及現場具體實施操作情況，決定采取方案一作為實施方案。

3 類似工程問題

上述案例僅針對廣州7號線與佛山3號線的交叉區域進行了分析研究，而在目前眾多城市的地鐵建設中，線路換乘點可能會更多，影響因素也更復雜。

例如西安地鐵8號線共設車站35座，其中換乘站達到17座。廣州地鐵11號線共設32座車站，其中換乘站達到21座。成都地鐵7號線共設車站31座，其中換乘站達到22座。全世界最長的全地下地鐵線路北京地鐵10號線，線路共設車站45座，其中換乘站達24座[3]。

根據上述國內主要城市環線地鐵建設情況不難發現，在環線地鐵控制網布設中，交叉區域GPS控制點坐標選取也將面臨更大的挑戰。針對目前地鐵工程建設特點，結合實際工程案例，給出類似工程交叉區域GPS控制點坐標選取的建議方案。

(1)交叉區域內，新線控制網GPS控制點坐標與舊線路控制網GPS控制點坐標較差滿足《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308—2017)規定的“不同線路控制網重合點坐標較差小于25 mm”的限差要求[3]，且為同站臺四線換乘時，交叉區域內新線控制網GPS控制點坐標采用舊成果，可以較好地保證工程的銜接質量，同時便于測量工作者施工期間使用。

(2)交叉區域內，新線控制網GPS控制點坐標與舊線路控制網GPS控制點坐標較差滿足規范限差要求，但換乘工程為不同期建設且為不同站臺時，交叉區域內新線控制網GPS控制點坐標采用新成果，即新線采用新成果、舊線采用舊成果，交叉區域內兩套坐標并行，可以較好地保證線路的貫通質量和線路的平順性，便于后期的鋪軌調線、運營監測等工作開展。

(3)交叉區域內，新線控制網GPS控制點坐標與舊線路控制網GPS控制點坐標較差不滿足規范限差要求時，說明交叉區域內GPS點已發生位移，那么交叉區域內新舊線控制網GPS控制點坐標均應采用新成果，不僅可以對舊線點位坐標及時進行更新，保證舊線路的順利建設，也可以較好地保證新建線路的建設精度。

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