城市軌道交通工程預留軌道現狀分析及測量研究

摘? 要：各大城市根據城市軌道交通線網的規劃布局，均建立了與之對應的地面控制網。做好不同線路、不同時期的軌道工程地面控制網間的銜接，以及對預留軌道進行準確測量至關重要。文章基于城市軌道交通工程預留軌道現狀的變化，結合工程實例，就地面控制網的建立與復測、地面和地下控制網聯系測量、地下軌道測量、斷面測量等具體工作進行了探討，分析了相關的測量精度及變形量值，給出了在設計階段解決預留軌道變形這一問題的思路。

關鍵詞：地面控制網建立;控制網復測與維護;軌道測量;精度分析;線路擬合

中圖分類號：TP391 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）06-0115-04

Analysis and Measurement Research on Current Status of Reserved Track in Urban

Rail Transit Project

LYU Wenjun

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， LTD.， Xian? 710043， China）

Abstract： According to the planning and layout of urban rail transit line network， major cities have established the ground control network corresponding to it. It is important to do a good job of connecting the ground control network of rail projects of different lines and different periods， and to accurately measure the reserved track. Based on the change of the current status of urban rail transit project reserved track， combined with the engineering examples， this paper discusses the establishment and retest of the surface control network， contact measurement of ground and underground control network， underground rail measurement， cross section measurement and other specific work， analyzes the related measurement accuracy and deformation number， presents the train of thought of solving this problem of reserved track deformation in the design stage.

Keywords： ground control network establishment; control network retest and maintenance; orbit measurement; accuracy analysis; line fitting

0? 引? 言

城市軌道交通工程在建設過程中，一般綜合考慮規劃、客流、拆遷及資金等因素，遵循“量力而行，有序推進”的原則，通過線路的分期建設以減少超長線路在建設成本、運營組織、服務效率、運營效益等方面的諸多弊端。一條分期建設的城市軌道交通項目往往在已開通區段端頭預留了后期建設所需要銜接的相關接口，在后期工程建設開始前，需要對預留結構、線路、軌道、限界等內容現狀進行測量，以便開展后續的相關設計和施工工作。

某城市軌道交通工程一期工程已通車，為確保二期工程與一期工程的實現平順搭接，建立了二期線路區段地面控制網、并根據現場條件進行了聯系測量及軌道現狀測量。

1? 地面控制網建立與復測

1.1? 地面控制網建立

1.1.1? 衛星定位控制網

為了保證控制網的整體性，衛星定位控制網沿線路兩側一次布網，相鄰點對平均邊長約2km，按照對點布網，對點邊一般不低于500 m，對點間通視良好。控制點應選在施工變形影響區域以外利于長久保存、施測方便、便于擴展和聯測的地方。點位選在建筑物上時，應注意要選在堅固、可靠的固定建筑物的樓頂承重墻上。且應充分利用其原有設施，如電梯、爬梯，便于攀登和測量使用，且必須保證人身和儀器安全。控制點應避開多路徑效應影響，附近不應有大面積的水域或對電磁波反射或吸引強烈的物體。控制點與無線電發射裝置和高壓輸電線的間距應分別大于200 m和50 m。點位附近應具備GPS觀測條件：控制點周圍應視野開闊，便于擴展，視場內障礙物的高度角不宜大于15°。選點過程中盡可能將控制點埋設于未列入規劃紅線之內的農田梗邊、道路邊或單位高層樓房頂，衛星定位控制點可埋設于地面，車站、洞口和豎井附近建筑物上，宜建造三腳鋼架或豎直照準桿。

衛星定位控制網、外業觀測需采用雙頻GNSS接收機同步進行，天線整平、對中后的對中誤差應小于2 mm。觀測前進行星歷預報，選擇衛星狀況良好的時間段進行觀測。觀測時嚴格按規定的時間開機作業，保證同步觀測同一組衛星;觀測開始后，及時輸入點號、儀器高等觀測信息并隨時注意衛星信號或信息存貯情況，并記錄觀測手簿;在雙時段觀測之間，儀器應關機，并重新架設儀器、對中、整平、量測儀器高。儀器每時段觀測前、后各量取天線高一次并進行記錄，兩次互差應小于3 mm，取其平均值作為最后結果。如遇雷雨，應立即中斷觀測，以保證人身和儀器安全。F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3

1.1.2? 精密導線控制網

精密導線網布設前應充分考慮工程施工特點，并結合已埋設的二期工程導線點及本次衛星定位控制網點，沿線路兩側一次布網。精密導線網布設成附合導線形式，起閉于衛星定位控制網點;附合導線的邊數宜少于12個，導線變長宜控制在350 m左右，相鄰邊的短邊不宜小于長邊的1/2，個別短邊的邊長不應小于100 m，導線網每個點均應與相鄰的精密導線點或衛星定位控制點通視。

導線點應選在施工變形影響范圍外穩定、便于長期保存的地方，并應避開地下構筑物、地下管線等;樓頂上的導線點宜選在能俯視線路、車站、停車場、車輛段一側穩固的建筑上。導線邊要適合全站儀測邊和測角，沒有明顯旁折光影響;應避開大面積水域、強電磁場等不利條件，視線應超過障礙物1.5 m以上。相鄰導線點間及導線點與相鄰的衛星定位點之間的垂直角不應大于30°，視線離障礙物的距離不應小于1.5 m，避免旁折光的影響。導線點不宜選在影響交通并且測量時不安全的街道十字路口中央。導線點選點應充分考慮設計、施工、監測和竣工測量等的使用，不得選在影響地鐵施工的區域。

1.1.3? 精密高程控制網

精密高程控制網應結合線路實際情況沿線路兩側依次布網。高程控制網布設成附合水準線路，起閉于咸陽城市高程控制點。平均每800 m布設一個高程控制點，車站、停車場每個場所布設不少于2個高程控制點，高程控制點可與衛星定位控制網點、精密導線網點共標。

同一測段的往測（或返測）與返測（或往測）原則上應分別在上午與下午進行，白天由于外界條件干擾不能作業時，也可在夜間觀測。使用電子水準儀時，往返測奇數站觀測標尺順序應為：后—前—前—后，往返測偶數站觀測標尺順序應為：前—后—后—前。由往測轉向返測時，兩根水準尺必須互換位置，并應重新整置儀器。觀測前找到水準點標志，并確認水準點的準確性、完好性和穩固性后方可開始測量。觀測前30分鐘，應將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致后方可進行觀測。扶尺時，應使標尺上的水準氣泡居中，并使標尺保持穩定。

1.2? 地面控制網復測與維護

城市軌道交通工程施工周期長，一般自全線開工建設至交付運營需要4～5年甚至更長的時間。地面控制網作為全線施工的測量基準在地鐵施工周期甚至運營期都發揮極其重要的作用，因此在施工建設期間應加強地面控制網復測及維護工作。需要定期開展地面控制網復測工作，復測時盡量與建網測量保持相同的觀測網型，并按不低于建網測量的精度要求進行復測，保證后期的各級測量有一個穩定可靠的起算基準。

1.3? 主要問題及解決對策

問題1：線路城區部分高樓林立，車流量大、人流眾多，受沿線地形地貌及周邊建（構）筑影響，平面控制網衛星定位控制網及精密導線網布設時，既要保證控制點之間相互通視又要控制網網型具有足夠的強度，同時還要保證控制點間距，因此點位選擇非常困難。

對策：可將平面控制點布設在穩固的建筑物頂部，采用樓頂、地面結合方式布設平面控制點;水準點可布設在沿線大型建筑物的承重結構上，減少破壞的可能性。

問題2：隨著城市的發展和市政建設，已建立的衛星定位控制網和精密導線網及水準網很可能受周邊建設影響而損壞。

對策：施工建設期間加強檢測維護，發現點位變動時及時進行處理;形成會商制度，對項目實施過程中遇到的重點、難點技術問題進行分析、論證，確定解決方案，必要時召開專家論證會。

問題3：城市軌道交通工程一般要求采用城市坐標系統和高程基準，部分線路在遠離市區段，城市坐標系統投影變形精度有可能無法滿足規范對平面坐標系統的投影變形要求。

對策：具體分析城市坐標系在線路范圍內的投影變形，當遠離市區段不滿足規范要求時，可建立滿足規范投影變形要求的工程獨立坐標系，并且在市區范圍內做好兩套坐標系統的轉換和銜接工作。

2? 預留軌道現狀測量

2.1? 聯系測量

2.1.1? 測量方式

城市軌道交通地面工程與地下工程銜接優先采用豎井聯系測量，其操作簡單、定向精度高、成果可靠。本工程由于既有預留工程現場測量條件有限，為滿足預留軌道現狀測量目的，采用通過車站出入口和通過車輛段出入線兩種測量路徑分別進行聯系測量，將地面控制網成果傳遞至地下，以便于分析既有測量條件下聯系測量精度。

平面控制測量采用兩臺0.5秒級徠卡全站儀同步觀測組成導線網向地下區間軌道旁測設導線點，測量等級為城市軌道交通工程三等精密導線。高程控制測量采用徠卡電子水準儀DNA03按照城市軌道交通工程二等水準有關要求進行觀測。

由于車站出入口條件受限，導線邊長無法滿足表1中平均邊長350 m的要求，實際觀測時平均邊長60 m，最短邊長19 m。由于車輛段出入線條件受限，導線邊長無法滿足表1中平均邊長350 m的要求，實際測量時平均邊長140 m，最短邊長87 m。與通過車站出入口測量對比，導線邊長有所增加，并且減少了測邊和測角數量。

2.1.2? 測量精度分析

通過車站出入口聯系測量。導線測量往返測距離較長最大0.99 mm，往返測距離較長滿足限值1.9 mm的規范要求;導線測量角度閉合差最大5.34°，角度閉合差滿足限值6.10°的規范要求。水準測量往返測高差較差最大-1.11 mm，往返測高差較差滿足限值2.06 mm的規范要求;水準線路閉合差最大-3.45 mm，閉合差滿足限值6.02 mm的規范要求。

通過車輛段出入線聯系測量。導線測量往返測距離較長最大-0.84 mm，往返測距離較長滿足限值2.2 mm的規范要求;導線測量角度閉合差最大4.17°，角度閉合差滿足限值7.20°的規范要求。水準測量往返測高差較差最大-0.45 mm，往返測高差較差滿足限值2.53 mm的規范要求;水準線路閉合差最大-0.19 mm，閉合差滿足限值7.39 mm的規范要求。F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3

聯系測量成果對比。對滿足外業觀測滿足規范要求的導線數據和水準數據進行嚴密平差處理，得到通過不同方式進行聯系測量的控制點成果對比表。如表2所示。

根據表1和表2可知，在現場測量條件有限的情況下，通過車站出入口聯系測量和通過車輛段出入線聯系測量成果有不大于4 mm的差別，考慮到通過車輛段出入線測量時測量條件由于通過車站出入口聯系測量，且外業指標更小，遂采用通過車輛段出入線聯系測量成果為基準開展后續軌道現狀測量分析工作。

2.2? 軌道測量

2.2.1? 里程丈量

本次里程丈量采用既有線復測新方法，將棱鏡頭安置在改造后的方尺中間，采用全站儀架設在導線點上觀測軌中坐標。軌道里程根據現場百米標對應軌道位置為現場里程，向前后丈量。丈量里程和備注應及時記錄在記錄本上，內業整理丈量記錄表。具體里程丈量方法如下：（1）丈量前首先確定丈量起點里程，采集該點軌中坐標后，然后直線段大約10 m采集1個點，曲線段大約5 m采集一個點;（2）根據相鄰點距離來推算點位里程，并整理;（3）本次測區小，丈量長度最長為約580 m，根據距離推算高程可以滿足丈量精度;（4）由于現場百米里程標位置偏差較大，標注距離額實測距離較差較大，為了保證觀測成果與設計進行對比，最終采用實測坐標對照設計線條推算設計里程。

2.2.2? 軌中坐標測量

軌道平面測量利用TS50全站儀架設在導線點，后視點采用架設三腳架的方式精確對中，軌中測量采用改造后的方尺加裝棱鏡頭放置在軌道上進行軌道中心測量，并與原設計中線進行比較。

2.2.3? 軌面高程測量

軌道高程測量采用電子水準儀碎步測量程序進行觀測，直線段水準尺放置在左軌面高程，曲線段測左右側軌面高程，并與原設計高程進行比較。

2.2.4? 斷面測量

限界斷面測量首先利用徠卡站式三維激光掃描儀P40進行洞壁掃描，掃描段落長度與丈量長度保持一致。掃描儀利用控制點為導線點，導線點高程均采用水準儀進行觀測，等級不低于精密水準精度。掃描點云成果首先利用Cyclone軟件進行點云拼接、濾波及坐標系轉換，導出點云模型后在3DReshaper軟件內進行點云精修及網格化，根據指定位置切取斷面，并導出DXF格式斷面成果。如圖1所示。

3? 解決思路

如表3所示，與設計中線對比，預留軌道最遠端橫向偏距最大達-0.51 cm，線路已開通運營端較為穩定;與設計高程對比，預留軌道區段高程偏差最大達-0.60 cm，預留區段軌道存在整體沉降現象。本工程預留外部接口平面設置在R—800 m、L—55 m曲線的緩和曲線上，縱斷面設置在27.293‰/400 m、2‰/520 m的豎曲線上，豎曲線半徑為R—5 000 m。且通過本次斷面測量成果可知，預留區段接觸網及軌道限界均滿足規范要求。為保證后期線路銜接的平順性，通過線路擬合，將預留接口處曲線的緩長L由55 m調整為57 m，控制了平面偏差對線路二期建設的影響;考慮到結構沉降，將二期工程設計軌面高程降2 mm，控制了高程偏差對二期線路建設的影響。通過對線路二期設計資料的擬合和調整后，檢驗了土建、限界、軌道等專業對預留接口的要求，均滿足相關規范要去，解決了因預留外部接口變化對二期建設產生的影響。

4? 結? 論

從城市軌道交通工程分期建設角度，在建立城市軌道交通地面控制網的基礎上，需要對先期已開通線路預留軌道現狀進行測量，通過測量成果分析預留工程的穩定性，以及時調整線路設計平縱斷面，從而順利推進后期工程建設進度。本文結合相關規范和工程實例，發現預留外部接口往往因建設時限、周邊環境、控制網精度等因素影響，線路中線及高程均存在一定程度變化。參照既有工程實例，本文給出了在設計階段，解決預留外部接口變化的思路，供相關人員參考。

參考文獻：

[1] 蔡向輝.城市軌道交通軌道設計接口常見問題探討 [J].鐵道標準設計，2020，64（2）：21-25.

[2] 劉定威.城市軌道交通工程精測網復測及成果分析 [J].鐵道勘察，2017，43（4）：22-26.

[3] 姬曉旭，劉成龍，何波.豎井聯系測量的新方法及其應用 [J].鐵道勘察，2009，35（5）：14-17.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市軌道交通工程測量規范：GB/T 50308—2017 [S].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[5] 任靜.關于地鐵軌道設計中涉及多專業問題的思考 [J].都市快軌交通，2005（1）：54-58.

[6] 胡玉祥，李勇，張洪德，等.地面三維激光掃描技術在建筑物立面測繪中的應用 [J].城市勘測，2019（3）：87-91.

作者簡介：呂文軍（1989.02—），男，漢族，陜西寶雞人，工程師，工學碩士，主要研究方向：精密工程測量及城市軌道交通工程測量。

收稿日期：2022-02-08F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3