城市軌道交通工程精密導(dǎo)線網(wǎng)建網(wǎng)要點

許鋒 馬俊成 董波 靳小輝

【摘? ? 要】：為有效提高軌道交通隧道貫通精度，解決工程建設(shè)過程中面臨的精密導(dǎo)線點易破壞、使用不便、控制網(wǎng)復(fù)測坐標(biāo)選取等問題，在總結(jié)軌道交通測量經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出軌道交通精密導(dǎo)線選點及建網(wǎng)要點。實踐證明，通過創(chuàng)新選點方法，采用野外踏勘和圖上設(shè)計相結(jié)合的工作模式，優(yōu)先考慮重點工程部位導(dǎo)線點選取，重點關(guān)注銜接區(qū)域測量，加強(qiáng)控制網(wǎng)的維護(hù)等措施，能夠較好地解決目前精密導(dǎo)線網(wǎng)建網(wǎng)過程中所面臨的問題。

【關(guān)鍵詞】：軌道交通；控制網(wǎng)；精密導(dǎo)線

【中圖分類號】：U212.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）01-11-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.004

Key Points of Precision Traversing Network Construction for

Urban Rail Transit Engineering

XU Feng1， MA Juncheng1， DONG Bo2， JIN Xiaohui3

（1.China Railway Liuyuan Group Co. Ltd. ， Tianjin 300308， China； 2. Sinohydro Corporation Engineering Bureau 15 Co. Ltd. ，

Xian 710068， China； 3. China Construction Fifth Engineering Division Co. Ltd.， Changsha 410004， China）

【Abstract】：In order to effectively improve the penetration accuracy of rail transit tunnels， solve the problems faced in the process of engineering construction， such as the easy destruction of precision traverse points， inconvenience in use， and selection difficult of the retest coordinates of the control network. this paper puts forward the selection of precise traversing and the key points for network construction of rail transit on the basis of summarizing the survey experience. The practice has proved that the problems faced in the construction of precision guide network can be better solved by innovative point selection method， adopting the working mode of combining field survey and design， giving priority to the selection of traverse points in key engineering positions， focusing on the measurement of the connection area， strengthening the maintenance of the control network and other measures.

【Key words】：rail transit； control network； precise traversing

相比一般房屋建筑、道路工程，城市軌道交通工程具有工法復(fù)雜、建設(shè)工期長、測量精度要求高等特點，沿線路布設(shè)的精密導(dǎo)線網(wǎng)是軌道交通整條線路順利貫通的重要保障和基礎(chǔ)。精密導(dǎo)線網(wǎng)由一個個精密導(dǎo)線點構(gòu)成，精密導(dǎo)線點的布設(shè)位置直接決定后續(xù)施工使用的便捷性和網(wǎng)形強(qiáng)度，繼而影響車站施工、隧道貫通、設(shè)備安裝的精度。

眾多學(xué)者對軌道交通精密導(dǎo)線控制網(wǎng)布設(shè)及測量內(nèi)容進(jìn)行了研究。付晨等[1]通過對兩期導(dǎo)線復(fù)測成果進(jìn)行對比，對控制點的使用和更新提出合理建議。汪博等[2]分析了全國地鐵建設(shè)的新趨勢和面臨的新問題，提出了地面控制網(wǎng)建網(wǎng)策略。狄鋼等[3]總結(jié)了精密導(dǎo)線測量及數(shù)據(jù)處理的各項保證措施，為精密導(dǎo)線控制網(wǎng)的建立提供一定的參考。在全國新一輪地鐵建設(shè)浪潮中，如何科學(xué)的開展精密導(dǎo)線控制網(wǎng)布設(shè)和測量成為了地鐵測量工作者關(guān)注重點和研究難點。本文對軌道交通建設(shè)趨勢及精密導(dǎo)線點布設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析、總結(jié)，從導(dǎo)線點選點及埋設(shè)、控制網(wǎng)測量、復(fù)測及維護(hù)、數(shù)據(jù)更新等方面提出了控制網(wǎng)建網(wǎng)的技術(shù)要點。

1 精密導(dǎo)線布設(shè)現(xiàn)狀

1.1 軌道交通建設(shè)趨勢

1）線路長度越來越長：一條軌道交通線路往往分幾期建設(shè)，隨著線路長度的增加，控制網(wǎng)建網(wǎng)難度逐漸增大。

2）換乘節(jié)點越來越多：隨著城市軌道交通線網(wǎng)的建設(shè)，不同線路間換乘越來越多，控制網(wǎng)銜接區(qū)測量及控制點坐標(biāo)成果的選取越來越系統(tǒng)和重要。

3）建設(shè)條件越來越復(fù)雜：隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，特別是在城市中心或老城區(qū)，制約地鐵施工的條件越來越多，地鐵建設(shè)難度越來越大。

4）線路跨城市建設(shè)：隨著都市圈的興起，城市之間聯(lián)系更加密切，越來越多線路跨城市建設(shè)，解決不同城市之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題越來越迫切。

1.2 導(dǎo)線點位布設(shè)現(xiàn)狀

1）點位埋設(shè)條件差：很多地段線路沿線沒有合適的地面建筑物或是存在大片農(nóng)田、草地、樹林等，現(xiàn)場沒有合適的位置埋設(shè)精密導(dǎo)線點；地鐵修建多年，運營中的線路較多，已有地鐵區(qū)域居民對地鐵的渴望度下降，很多居民不愿意配合地鐵施工，導(dǎo)致很多最優(yōu)點位無法按計劃埋設(shè)。

2）點位難以傳遞：布設(shè)于地面、住宅樓頂?shù)膶?dǎo)線點位大部分具有網(wǎng)形難以拓展、點位保護(hù)困難、使用局限性大等問題。

3）點位不易保存：精密導(dǎo)線點極易因地鐵基坑開挖、盾構(gòu)掘進(jìn)、周邊施工影響被破壞或發(fā)生變形；同時精密導(dǎo)線點布設(shè)在地面上，測量視線極易被車輛、樹枝或新建建筑物遮擋，后續(xù)點位的保護(hù)及維護(hù)工作存在較大隱患。

2 導(dǎo)線建網(wǎng)要點

2.1 基本要求

1）附合導(dǎo)線邊數(shù)一般不多于12條，相鄰邊長比不宜＜1/2，最短邊長不宜＜100 m。精密導(dǎo)線宜布設(shè)為結(jié)點網(wǎng)，網(wǎng)間角度數(shù)不應(yīng)超過8個[4]。

2）地面精密導(dǎo)線點應(yīng)選在施工變形影響以外的穩(wěn)定區(qū)域，同時應(yīng)避開地下構(gòu)筑物、電力管廊、地下管線、強(qiáng)電磁場設(shè)施等。

3）建（構(gòu)）筑物頂上的導(dǎo)線點應(yīng)埋設(shè)在其主體結(jié)構(gòu)上，降低因建筑物變形導(dǎo)致點位被破壞的風(fēng)險。

4）相鄰點之間的垂直角不應(yīng)＞30°，相鄰點之間均通視良好，視線上無樹枝、電塔、電線等障礙物遮擋及煙囪、散熱塔等散熱體影響。

5）在不同線路交叉位置及同一線路分期建設(shè)的工程銜接處測設(shè)時，還必須與其他線路的精密導(dǎo)線點進(jìn)行聯(lián)測。

2.2 建網(wǎng)要點

2.2.1 創(chuàng)新選點方法

優(yōu)先考慮線路重點工程部位精密導(dǎo)線點的布設(shè)。在車站、盾構(gòu)始發(fā)井、中間風(fēng)井、豎井等重點明挖工程附近增設(shè)精密導(dǎo)線點；同時主動避開施工可能影響的范圍。車站及盾構(gòu)井附近設(shè)4～5個精密導(dǎo)線點，可直接為施工測量服務(wù)，便于將坐標(biāo)和方位角傳遞至地下。見圖1。

在暗挖段開挖口附近增設(shè)精密導(dǎo)線點，作為地面向地下引測進(jìn)洞的依據(jù)。見圖2。

該方法可有效避免多級加密布網(wǎng)帶來的測量等級降低問題，提高聯(lián)系測量地面部分起算點的精度，減少隧道貫通誤差，保證隧道貫通質(zhì)量；同時可改善導(dǎo)線網(wǎng)的整體網(wǎng)形強(qiáng)度，提高重點部位控制網(wǎng)的可靠性。

2.2.2 野外踏勘和圖上設(shè)計相結(jié)合

在搜集和分析沿線現(xiàn)有城市控制網(wǎng)、軌道交通首級控制網(wǎng)及地質(zhì)條件等資料的基礎(chǔ)上，采用野外踏勘和圖上設(shè)計相結(jié)合的方法，最終確定出導(dǎo)線點最優(yōu)位置。

導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡量沿軌道線路經(jīng)過的實際地形綜合選定，線路整體布設(shè)成直伸形狀。布設(shè)的導(dǎo)線點沿軌道交通線路附合在GNSS點上， GNSS 起算邊宜與線路方向平行，避免選用垂直布設(shè)的GNSS邊影響坐標(biāo)方位精度。見圖3。

2.2.3 點位避免布設(shè)的位置

從長期實踐看，布設(shè)于地面及住宅樓的導(dǎo)線點具有網(wǎng)形難以拓展、點位不易保護(hù)、點位使用困難等缺點；因此導(dǎo)線點應(yīng)盡量避免布設(shè)在施工影響區(qū)、民房樓頂、道路面、大面積水域附近等。為便于與高等級點聯(lián)測和向外擴(kuò)展及后續(xù)使用，盡量考慮政府部門、企事業(yè)單位、工廠辦公大樓或其他公共設(shè)施上。

2.2.4 銜接工程測量

對銜接工程的GNSS點及精密導(dǎo)線點進(jìn)行全面摸查，深入了解既有線路GNSS點及精密導(dǎo)線點的情況，結(jié)合線路自身特點，合理規(guī)劃布設(shè)精密導(dǎo)線點。為確保導(dǎo)線控制網(wǎng)平順，在工程銜接處聯(lián)測2～3個既有精密導(dǎo)線點或GNSS點，消除新線與既有線路工程坐標(biāo)系統(tǒng)之間的差異。銜接測量方案編制過程中應(yīng)充分考慮不同線路建設(shè)的先后順序及結(jié)構(gòu)銜接特點，綜合分析銜接區(qū)GNSS點坐標(biāo)選取對銜接區(qū)域內(nèi)其他精密導(dǎo)線點成果的影響[5]。

2.3 點位埋設(shè)

點位埋設(shè)分樓頂點位和地面點位兩種情況。導(dǎo)線點標(biāo)志尺寸為?12 mm×60 mm，中心為十字絲且?guī)菁y的不銹鋼標(biāo)。點位埋設(shè)后統(tǒng)一編號，可用紅油漆規(guī)范書寫點名、點號等信息，點號命名方式建議為線路編號（羅馬數(shù)字）+點號（阿拉伯?dāng)?shù)字）。

2.3.1 樓頂點位埋設(shè)

埋設(shè)前先將樓頂埋點的部位清理干凈，用鋼刷或錘子將接觸面鑿毛；然后在鑿好的樓面上放置預(yù)制好的模具，規(guī)格為200 mm×200 mm ×100 mm，在模具四周及內(nèi)部釘上射釘，達(dá)到固定模具和使標(biāo)志與樓板牢固連接的目的；最后將現(xiàn)場配好的混凝土澆筑在模具內(nèi)，將測量標(biāo)志埋入混凝土中，測量標(biāo)志頂端稍露出混凝土。見圖4。

2.3.2 硬化地面點位埋設(shè)

先用電鉆在點位上鉆出一個深45～50 mm的孔，將帶螺紋的標(biāo)志埋入孔中，用混凝土將標(biāo)志固定，測量標(biāo)志頂端稍低于地面。見圖5。

2.3.3 軟土地面點位埋設(shè)

采用直接開挖小基坑澆筑混凝土的方式進(jìn)行，基坑開挖深度應(yīng)大于軟土深度，測量標(biāo)志下部焊接鋼筋，以使后期更加穩(wěn)定，混凝土澆筑大致與地面相平，測量標(biāo)志頂端稍露出混凝土。見圖6。

3 導(dǎo)線網(wǎng)測量

3.1 儀器要求

良好的儀器設(shè)備是保證精密導(dǎo)線質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。測量使用的高精度全站儀需在檢定有效期內(nèi)；測量前和測量過程中需要對儀器和配套設(shè)施進(jìn)行常規(guī)校驗，確保儀器性能處于最佳狀態(tài)；測量完成后安排專人對儀器進(jìn)行管理和保養(yǎng)，防止受潮、起霧、發(fā)霉。

3.2 水平角觀測

水平角觀測主要受儀器、人為、外界環(huán)境等因素綜合影響。測角中誤差對橫向貫通誤差大小起控制作用，為提高測角精度，減小貫通誤差，水平角測量時按六測回進(jìn)行。見表1。

3.3 邊長測量

邊長測量采用多測回取均值、往返觀測的方法；應(yīng)選擇大氣條件良好、成像清晰穩(wěn)定的條件進(jìn)行觀測，避免高溫、大霧、暴雨等惡劣天氣的影響[6]。當(dāng)白天觀測視線受到行人、車流影響時，建議選擇傍晚到凌晨時段觀測，該時段遮擋少、測量質(zhì)量高。

3.4 三角高程測量

三角高程測量應(yīng)與邊長測量同時進(jìn)行，高程起算點一般選在導(dǎo)線的起點、終點和導(dǎo)線網(wǎng)節(jié)點上；觀測前從3個不同方向量取儀器高度、反射鏡高度或覘牌高度，3個方向值滿足要求后取均值作為最終值。測量中可采取對向觀測等措施來削弱大氣垂直折光對高程精度的影響。

3.5 測量質(zhì)量檢查

外業(yè)原始記錄100%進(jìn)行復(fù)核。同時為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行導(dǎo)線邊角抽測，抽測比例為原測邊角的10%，邊角抽測應(yīng)均勻分布在所在線路上。抽測中應(yīng)使用不低于原網(wǎng)精度的儀器設(shè)備。

3.6 數(shù)據(jù)處理及平差

邊長極易受外部環(huán)境的影響，因此在平差計算時必須先進(jìn)行氣象、棱鏡加乘常數(shù)及高程歸化和高斯投影改正等處理工作。原始數(shù)據(jù)建議采用兩種平差軟件進(jìn)行整體平差處理，數(shù)據(jù)平差后，應(yīng)對精密導(dǎo)線的各項精度進(jìn)行分析，各項限差滿足要求后，精密導(dǎo)線網(wǎng)平差數(shù)據(jù)合格；當(dāng)精度不滿足要求時，應(yīng)逐段進(jìn)行排查，必要時進(jìn)行補(bǔ)測和重新平差計算。精密導(dǎo)線技術(shù)要求：測角中誤差±2.5″、每邊測距中誤差±3 mm、測距相對中誤差1/80 000、全長相對閉合差1/35 000、相鄰點的相對點位中誤差±8 mm、方位角閉合差方位角閉合差±5[n]″（[n]為待測導(dǎo)線個數(shù)）。

4 導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測及更新

4.1 導(dǎo)線復(fù)測

導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測應(yīng)按原網(wǎng)線路實施，復(fù)測的精度不低于原網(wǎng)建網(wǎng)要求。當(dāng)精密導(dǎo)線點被破壞或被新建建筑物、生長的樹枝遮擋無法通視或在測量過程中不方便使用時，應(yīng)及時在原點位附近重新選點埋設(shè)并進(jìn)行測量和提供新的平差成果。新選點位應(yīng)避免與原點位距離過遠(yuǎn)，盡量減少新點位啟用對原網(wǎng)形強(qiáng)度的影響。

4.2 導(dǎo)線點維護(hù)

導(dǎo)線點在后期使用中需要被妥善保護(hù)，每次測量前需對穩(wěn)定性進(jìn)行檢核。建議在使用期間明確導(dǎo)線點位維護(hù)人員、制定點位巡視制度、編制點位維護(hù)臺賬等，有問題的點位應(yīng)及時上報并采取補(bǔ)救措施，確保點位使用期間穩(wěn)定可靠。

4.3 復(fù)測成果選擇

導(dǎo)線復(fù)測完成后，對原網(wǎng)穩(wěn)定狀況和可靠程度進(jìn)行評價，確保平面控制網(wǎng)滿足工程建設(shè)需要。同時對原測和復(fù)測成果進(jìn)行分析，原測和復(fù)測較差超限的點位，需確認(rèn)成果正確無誤后方可提交最終成果資料。見表2。

4.4 導(dǎo)線測量（復(fù)測）工作流程

導(dǎo)線測量（復(fù)測）工作流程見圖7。

5 結(jié)論及建議

1）采取線路圖紙與現(xiàn)場踏勘相結(jié)合的工作模式，優(yōu)先考慮線路重點工程導(dǎo)線點選取的創(chuàng)新選點方法，可以較好滿足后續(xù)工程建設(shè)對導(dǎo)線網(wǎng)使用的要求。

2）導(dǎo)線網(wǎng)建網(wǎng)時對不同線路和同線路不同期工程進(jìn)行銜接測量，減少了因不同線路控制網(wǎng)的系統(tǒng)差異而引起的施工誤差，使在建線路更平順。

3）定期開展導(dǎo)線復(fù)測和維護(hù)工作，特別是在可能發(fā)生地面沉降的區(qū)域，可適當(dāng)加密復(fù)測頻率。當(dāng)坐標(biāo)發(fā)生變化時，需注意不同期復(fù)測成果過渡的問題，避免因坐標(biāo)改變而給施工帶來影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]付晨，郭潤志，張新偉，等.北京軌道交通房北線地面控制網(wǎng)復(fù)測實施[J].北京測繪，2021，35（6）：805-809.

[2]汪博，王建.城市軌道交通工程控制測量建網(wǎng)策略[J].隧道建設(shè)，2012，32（3）：346-349+365.

[3]狄鋼.影響地鐵精密導(dǎo)線網(wǎng)精度的因素及改正措施[J].地理空間信息，2021，19（11）：121-124+6.

[4]GB 50308—2017，城市軌道交通工程測量規(guī)范 [S].

[5]許鋒，孫宇超，許藝騰.地鐵交叉區(qū)域GPS點坐標(biāo)選取對控制網(wǎng)影響研究[J].鐵道勘察，2018，44（3）：14-17.

[6]張先鋒.地鐵工程測量技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

收稿日期：2022-02-28

作者簡介：許鋒（1990 - ）， 男， 工程師， 從事地鐵測量及監(jiān)測工作。