張志華，丁鵬輝，劉寶華，張洪德，王智

(青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032)

1 前 言

地鐵隧道建設過程中，通常情況下是兩站一區(qū)間貫通后，以車站底板控制點作為起算點，聯(lián)測、平差區(qū)間控制點，并以平差后的控制點為依據(jù)，布設鋪軌控制基標，進而為軌道鋪設提供空間基準，但有時為了趕工期，需要在隧道貫通前鋪設軌道，此時地下導線點沒有經(jīng)過兩站一區(qū)間聯(lián)測平差，點位精度低，進而造成鋪軌基標精度不夠，若強行鋪軌，容易造成貫通面兩端的軌道錯位，無法平順銜接。

本文以青島地鐵3號線錯埠嶺站及相鄰區(qū)間為例，探討地鐵隧道貫通前鋪軌的測量條件，提出以CORS作為城市地鐵建設的空間基準，對地面點位進行定期復測，以待貫通的車站兩端通視的導線點作為起算點，通過在車站兩端適當位置處鉆孔將地面控制點與地下控制點聯(lián)測，并論證了該方法平差后地下導線點精度與兩站一區(qū)間聯(lián)測后導線點相對精度的一致性。

2 工程背景

青島地鐵3號線截至2015年6月底，全線的土建工作已基本結束，錯埠嶺車站的施工進度情況成為3號線全線竣工通車的關鍵。錯埠嶺車站全長 200 m，車站大里程方向距離車站 70 m左、右線各有人防工程一個，車站小里程方向靠近車站 10 m左、右線各有人防工程一個。示意圖如圖1所示。鋪軌工作以錯埠嶺車站為界，截至2015年6月份，車站大里程方向的鋪軌工作已經(jīng)進行至清江路車站，距離錯埠嶺車站 1 200 m，小里程方向鋪軌工作進行至延安三路車站，距離錯埠嶺車站 4 500 m。

圖1錯埠嶺車站建設示意圖

按照工期安排錯埠嶺車站土建完工時間為2016年4月，達到滿足兩站一區(qū)間控制點聯(lián)測的時間為2016年1月，為節(jié)約工期時間，需要在具備兩站一區(qū)間聯(lián)測的條件之前進行鋪軌和人防門安裝工作。此時，錯埠嶺車站兩端的地下導線點為支導線，精度低，若以此為依據(jù)布設控制基標，容易造成兩端軌道無法平順銜接。

3 測量方案

軌道平順銜接是以控制基標足夠的相對精度為前提，而鋪軌基標是以地下導線點起算進行布設，因此，采取有效的測量手段保證錯埠嶺車站兩端未貫通的地下導線點精度與貫通后兩站一區(qū)間聯(lián)測平差后的精度相一致是貫通前鋪軌的前提?？紤]到地下導線點是由施工豎井、斜井或車站通過聯(lián)系測量將地面坐標與高程傳遞到地下，因此從以下兩個方面采取措施保證地下導線點精度：①采用CORS起算，對地面導線點進行復測確保起算點穩(wěn)定可靠，②在待貫通的錯埠嶺站兩端地面進行鉆孔，通過吊鋼絲進行兩井定向將地面控制點與地下控制點進行聯(lián)測。

3.1 以CORS作為起算基準，確保地面控制點穩(wěn)定可靠

CORS系統(tǒng)是GNSS定位技術、計算機網(wǎng)絡技術、通信技術等技術多方位、深度結合的產(chǎn)物。2006年，青島市建成了山東省第一個GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)系統(tǒng)(QDCORS)。該CORS系統(tǒng)綜合應用了多種GPS定位技術、高精度自動化后處理技術、水準面擬合技術、通信技術等先進技術，是一個高標準、高精度、多功能的GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)系統(tǒng)。城市建設地鐵通常是總體規(guī)劃，分期建設，以CORS作為地鐵地面控制網(wǎng)的起算基準，可以有效保證各條地鐵線路起算數(shù)據(jù)的一致性和空間基準的統(tǒng)一性。圖2是青島地鐵3號線GNSS控制網(wǎng)圖，圖中紅島站、青銀路站以及小港站是CORS站點，也是地鐵3號線地面平面控制網(wǎng)的起算點。

圖2 青島地鐵3號線GNSS控制網(wǎng)圖

由于CORS各個站點相距較遠，通常為十幾千米至幾十千米，為了提高基線解算精度，首先選取地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)中的若干個點與起算CORS站點組成框架網(wǎng)，進行長時間觀測，為了提高長基線的解算精度，骨架網(wǎng)應采用專業(yè)高精度軟件進行解算，如Gamit和Bernese等軟件，其他可用儀器隨機軟件進行解算，如天寶儀器采用TBC解算，徠卡采用LGO解算，基線應經(jīng)重復基線及環(huán)閉合差檢核，檢核不合格時或基線解算精度較差時應對相應的基線做精化處理，考慮到Gamit與TBC、LGO解算精度相差較大，在平差軟件中應分別定權導入相應的基線文件，合并后再進行平差計算，數(shù)據(jù)解算流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)解算流程圖

青島地鐵3號線是山東省首條地鐵線路，GPS控制網(wǎng)于2010年建立，青島地鐵3號線GPS控制網(wǎng)分別于2011年6月和2012年11月進行了復測，復測方案與技術路線與首期測量一致，仍以小港、青銀路和紅島站作為起算點。

3.2 通過鉆孔進行兩井定向測量，將地上與地下控制點聯(lián)測

鑒于目前錯埠嶺車站與化嶺、嶺清區(qū)間均未貫通，化嶺、嶺清區(qū)間二襯均暫時施工到區(qū)間人防門附近，現(xiàn)場不具備二站一區(qū)間的調線調坡測量條件。在不具備二站一區(qū)間測量條件下，為加快工程進度，錯埠嶺站兩端左右線區(qū)間人防門附近各加一個投點孔，線路區(qū)間方向增加4個聯(lián)系測量投點孔將地面坐標及高程傳至地下，錯埠嶺車站大里程方向利用投點孔(里程11+124)傳下的坐標與清江路車站進行兩井定向聯(lián)系測量完成區(qū)間控制點聯(lián)測工作，車站小里程方向利用投點孔(里程10+850)傳下的坐標及高程完成與敦化路車站的控制點聯(lián)測工作，從而為鋪軌和人防施工提供測量基準，鉆孔位置如圖4所示。嶺清區(qū)間人防門與軌道均可施工；化嶺區(qū)間人防門及軌道待錯埠嶺車站開挖到底進行聯(lián)測后方可施工。以上方案可確保嶺清區(qū)間進度，并最大概率不影響化嶺區(qū)間進度。

本方案實施的過程中及后續(xù)工作注意以下幾個方面：

(1)平面及高程傳遞前，對地面控制點進行復核，確認無誤后使用，向地下傳遞的四個控制點的地面測量采用同一基準點，即平面和高程采用同一起算數(shù)據(jù)；(2)投點位置選擇在人防門附近二襯未施工區(qū)域，并避開地下管線和車站維護樁，地下控制點做固定點，能夠長期保存，保護周期至鋪軌及車站施工結束；

(3)貫通后的錯埠嶺車站施工，以投至地下的四個控制點為測量基準。

圖4投點示意圖

(4)本方案僅針對嶺清區(qū)間軌道鋪設和人防門施工，對于錯埠嶺車站小里程方向人防門涉及鋪軌等工序銜接位置嚴禁提前施工?；瘞X區(qū)間大里程方向(具體為錯埠嶺車站至小里程方向 300 m范圍)鋪軌和人防門門施工工作須在兩站一區(qū)間控制點聯(lián)測后開展。

在錯埠嶺站兩端人防門附近各加一個投點孔，并與兩端車站進行地下導線控制測量后，可滿足人防門安裝；人防門安裝后，待車站與兩區(qū)間貫通后，以人防門中心連線為基準線進行車站站臺板施工、進行兩站一區(qū)間調線調坡測量以指導最后兩段軌道施工；以兩人防門實測高程并考慮互差后確定高程基準點，再分別與兩端已施工軌道聯(lián)測平差。

由于測量本身的誤差及施工造成控制點變動等不可控因素的存在，在錯埠嶺車站竣工后，可能出現(xiàn)嶺清區(qū)間與化嶺區(qū)間貫通方向誤差超限的情況。無論是否超限，保持嶺清區(qū)間不變的前提下，誤差累計到化嶺區(qū)間，若不超限，測量專業(yè)處理；若超限，由設計單位對化嶺區(qū)間進行調線處理，以滿足鋪軌工作的需要，化嶺區(qū)間的人防門施工和鋪軌工作以調線后設計為基準。

4 精度分析

通過鉆孔進行兩井定向進行聯(lián)測地下導線點測量數(shù)學模型為無定向附合導線，通過兩站一區(qū)間進行聯(lián)測的數(shù)學模型為附合導線，由于鉆孔位置與車站相近，采用的地面起算點相同，所以可以認為通過鉆孔進行聯(lián)系測量所采用起算點的精度與車站底板點的精度相當，兩種方法精度的差異可以理解為具有相同精度起算點、同樣點位布設的附合導線和無定向附合導線的精度差異。

地下導線網(wǎng)待定點坐標的方差協(xié)方差陣表示形式為：

點位誤差橢圓參數(shù)(長半軸A、短半軸B和長半軸的方位角φ0)的計算公式為：

為對無定向導線和導線網(wǎng)的點位精度進行分析，模擬相同形狀的無定向導線和有定向導線，進行平差后的精度估算，計算出各導線點的點位誤差橢圓參數(shù)，從而對兩者的點位精度進行比較，將同一形式的無定向導線與有定向導線的誤差橢圓長、短半徑進行對比。

無定向附合導線與有定向附合導線的點位精度對比 表1

從上表可以看出，相同布設形式的無定向附合導線和有定向附合導線在精度上有明顯差異，但由于無定向附合導線沒有方向約束，只能平差坐標，其網(wǎng)中相鄰點仍具有較高的相對精度。

5 總 結

(1)以CORS作為地鐵控制網(wǎng)的起算基準，可以有效保證地鐵線路建設過程中首級控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及可靠性；

(2)地鐵隧道貫通前若強行鋪軌需在車站附近鉆孔將地面控制基準引入地下，并進行兩井定向測量聯(lián)測平差地下控制點，聯(lián)測前應對地面點進行復測，確保起算數(shù)據(jù)的準確性，且隧道內(nèi)待鋪軌段預留長度至少在 500 m以上，以保證聯(lián)測相對精度。

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