任燕

摘要：本文分析了某市城市軌道交通控制建設(shè)網(wǎng)現(xiàn)狀及問題，為實現(xiàn)全市各條線路之間的結(jié)構(gòu)和線路換乘車站準(zhǔn)確銜接，為城市軌道交通近期、遠(yuǎn)期建設(shè)目標(biāo)提供穩(wěn)定高精度基準(zhǔn)，提出了開展某市軌道交通框架測量控制網(wǎng)建設(shè)的工作建議，對全市軌道交通線路的建設(shè)運營、整體聯(lián)調(diào)具有十分重要的指導(dǎo)意義。

Abstract： This paper does some research on the current situation and problems of urban rail transit control network construction in a city. Some suggestions on the construction of urban rail transit framework measuring control network are proposed， in order to realize the accurate connection between lines and to provide a stable and high-precision reference for the construction of urban rail transit.

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;框架測量控制網(wǎng);GPS;水準(zhǔn)點

Key words： urban rail transit;framework measuring control network;GPS;level point

中圖分類號：U212.24 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0142-05

0 ?引言

城市軌道交通的特點包括施工測量精度要求高、建設(shè)周期長、互相換乘、分期建設(shè)、網(wǎng)狀規(guī)劃等，所以其要求較高的測量控制網(wǎng)精度和統(tǒng)一性，且相鄰點相對精度要求更高[1]。

隨著新建線路的增加，軌道交通線網(wǎng)初具規(guī)模，規(guī)劃線路與已運營線路的聯(lián)系日益增多，如何保證換乘線路之間的結(jié)構(gòu)和線路準(zhǔn)確銜接，是地鐵控制網(wǎng)設(shè)計時必須考慮的問題。

現(xiàn)階段城市建設(shè)速度驚人，城市基礎(chǔ)設(shè)施和建（構(gòu)）筑物不斷增多，城市建設(shè)對地下水的不斷開采，市域內(nèi)出現(xiàn)了多個漏斗，以漏斗為中心形成地面多個沉降中心，地面沉降及其差異性沉降對高程控制測量影響較大。以往按照線路布設(shè)的高程控制點將隨著地面沉降一同發(fā)生沉降，控制點間的差異沉降對指導(dǎo)地鐵施工產(chǎn)生極大的影響，同時拆遷、修建道路等往往造成控制點點位嚴(yán)重丟失破壞，因此在控制網(wǎng)使用期間需要不斷對控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測和維護(hù)。

結(jié)合城市軌道交通近期、遠(yuǎn)期建設(shè)目標(biāo)，在軌道交通建設(shè)初期一次成型的城市軌道交通工程框架測量控制網(wǎng)，使其具有穩(wěn)定、可靠的、統(tǒng)一的特點，可滿足滿足軌道交通在建或后續(xù)建設(shè)工程使用以及運營維護(hù)的需求，且十分迫切。本文針對某省會城市軌道交通測量控制網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題，參考國內(nèi)其他城市建設(shè)軌道交通框架測量控制網(wǎng)的實際案例，結(jié)合該市軌道交通2號線工程建設(shè)需求，提出關(guān)于開展該市軌道交通框架測量控制網(wǎng)建設(shè)的工作建議與設(shè)計思路。

1 ?現(xiàn)狀

1.1 平面控制網(wǎng) ?某省會城市平均海拔約800m，市測繪院提供的起算控制點采用的是本市城市獨立坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系采用海平面（海拔高程為0）作為投影面，軌道交通線路中間每千米的投影變形值粗略計算達(dá)13cm左右，線路兩端的變形值甚至達(dá)到米級，這樣大的投影變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了各類測量規(guī)范對于長度投影變形值的規(guī)定，同時也降低了設(shè)計所需要的大比例尺地形圖的精度，不能滿足地鐵工程建設(shè)的需要。

該市軌道交通2號線一期工程建設(shè)時委托了第三方測量單位和市勘察測繪研究院對2號線的控制點坐標(biāo)重新進(jìn)行了投影解算，解算后又對前期測量的地形圖、管線圖甚至于設(shè)計出的施工圖進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，增加了參建各方的工作量及成本，也對工程進(jìn)度造成影響。

1.2 高程控制網(wǎng) ?該市有3個深層基巖點，分別位于市東山、西山及西南方向山上作為城市水準(zhǔn)基點，該市軌道交通2號線一期工程沿線共采用11個城市二等水準(zhǔn)點（均為地面普通點），由市勘察測繪研究院于2015年12月進(jìn)行聯(lián)測，做為2號線一期工程水準(zhǔn)網(wǎng)的起算點。由第三方測量單位進(jìn)行加密，作為施工水準(zhǔn)控制點。

1.3 存在的問題 ?結(jié)合某市現(xiàn)有城市控制網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，若將該市現(xiàn)有城市控制網(wǎng)應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)，則存在以下問題：

①該市城市控制網(wǎng)的建設(shè)最初是為了滿足大比例尺地形測圖和一般工程建設(shè)定位放樣的需要[2]，而城市軌道交通工程測量則需精密工程測量。由于目前城市控制網(wǎng)建設(shè)將海平面（海拔高程為0）作為投影面，其與平均海拔面相差較大，使得投影變形過大，因此城市控制網(wǎng)的測量精度和密度均無法滿足地鐵工程建設(shè)的需要。

②地鐵工程建設(shè)周期長，控制網(wǎng)需要在建設(shè)期和運營期的全過程發(fā)揮作用，因此需要點位穩(wěn)固且能長期保存。由于城市擴建、地下水開采等原因的綜合影響，該市城區(qū)范圍存在不均勻沉降，城區(qū)南部清徐、小店、晉源區(qū)沉降較大，城區(qū)北部沉降較小，形成城區(qū)南北部的明顯沉降差異。城區(qū)存在的差異沉降對軌道交通的建設(shè)造成很大的影響。而目前本市水準(zhǔn)點布設(shè)均為地面普通水準(zhǔn)標(biāo)石和墻上標(biāo)志，會隨著地表沉降一同沉降，因此城區(qū)南北部的差異沉降使得由它測出來的高程無法反應(yīng)出車站和區(qū)間的真實高程值。從2015年1月至12月，城區(qū)沉降量為0-55mm，南中環(huán)街以北沉降量較小為0-10mm，南中環(huán)街以南沉降量較大為10-55mm。

③該市軌道交通2號線一期工程測量控制網(wǎng)均以城市控制網(wǎng)為基點，平面及高程測量控制點數(shù)據(jù)由市勘察測繪研究院提供，為保證控制網(wǎng)成果的可靠，控制網(wǎng)需整體統(tǒng)一聯(lián)測，成果定期維護(hù)和更新，而既有城市控制網(wǎng)并不是專門為城市軌道交通而設(shè)立，因此數(shù)據(jù)維護(hù)更新的及時性不能滿足軌道交通施工要求。這樣給各條線路的銜接、長距離的隧道正確貫通、高質(zhì)量的鋪軌及車站施工過程中的監(jiān)測工作帶來極大困難。

由于該市沒有統(tǒng)一的軌道交通首級控制網(wǎng)，目前2號線一期工程控制網(wǎng)為單獨的控制網(wǎng)，雖然在后續(xù)線路建設(shè)期間可與既有線路的控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測以保證銜接質(zhì)量，但是無法從整體上對控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由此可見，從城市整體建設(shè)、施工運營安全出發(fā)，建立一套滿足精密工程測量、點位穩(wěn)定、整體統(tǒng)一的測量控制網(wǎng)是十分必要的。

2 ?總體設(shè)計建議

2.1 建設(shè)方案提議 ?基于某市平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)狀，針對2號線一期工程建設(shè)使用現(xiàn)有城市測量控制網(wǎng)存在的問題，提議為某市建立一套穩(wěn)定、可靠、統(tǒng)一的城市軌道交通工程框架測量控制網(wǎng)。

全市統(tǒng)一、精密的城市軌道交通工程框架測量控制網(wǎng)，不僅可有效提高各條軌道交通線路控制網(wǎng)的精度和兼容性，確保線路之間的順利銜接，還能夠為城市軌道交通工程勘測設(shè)計、建設(shè)施工、運營維護(hù)等各階段提供更高精度的、統(tǒng)一的測量基準(zhǔn)。此外，它可明顯提高加密控制網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)精度且分布均勻，聯(lián)測工作簡單易行，各段落的銜接更有保障。更重要的是，控制網(wǎng)專門為城市軌道交通而設(shè)立，覆蓋整個線網(wǎng)，可從整體上對控制網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整統(tǒng)一聯(lián)測，成果定期維護(hù)和更新，滿足軌道交通施工要求。

目前國內(nèi)北京、廣州、上海、昆明、南寧、石家莊城市等已經(jīng)采用此種模式進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)并投入運營，作為軌道交通框架測量控制網(wǎng)建設(shè)的成功案例，為某市提供了建設(shè)軌道交通框架測量控制網(wǎng)可行性依據(jù)與理論參考。

①在2004年廣州市就完成了適合本市2010年軌道交通建設(shè)發(fā)展的整體控制網(wǎng)，并且經(jīng)過權(quán)威專家的驗收評審，經(jīng)過多年使用實踐發(fā)現(xiàn)，全面布網(wǎng)取得了不錯的效果，能夠很好的滿足地鐵規(guī)劃和建設(shè)需要。②昆明在2012年完成了其城市軌道交通工程框架網(wǎng)的測設(shè)工作，并通過了由陳俊勇、許其鳳等院士組成的專家組的驗收評審。全網(wǎng)覆蓋面積3300km2，涵蓋規(guī)劃的設(shè)計線路。③石家莊地鐵在勘測設(shè)計階段布設(shè)了覆蓋一期規(guī)劃的首級骨架控制網(wǎng)，基本覆蓋整個石家莊建成區(qū)，共布設(shè)30個GPS控制點、13個深埋水準(zhǔn)點，其中基巖點2個，深埋點11個。

2.2 建設(shè)思路 ?參考軌道交通建設(shè)形勢需求，建立一套覆蓋某市所有軌道交通規(guī)劃、在建線路的測量平面和高程框架控制網(wǎng)：一能夠滿足新舊線線路、結(jié)構(gòu)銜接的要求;二新建控制網(wǎng)規(guī)模大，網(wǎng)點有一定的冗余，能夠提高控制網(wǎng)的精度及增加控制網(wǎng)的可靠性，且其維護(hù)和擴展交便捷，最重要的是即使某個控制點發(fā)生異常情況，也能夠在較短時間內(nèi)用其周圍的控制點進(jìn)行檢測和恢復(fù)。本文從三個方面提出建設(shè)思路，分別是控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)選擇、測設(shè)與維護(hù)、質(zhì)檢三方面。

2.2.1 控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)選擇 ?控制網(wǎng)采用的坐標(biāo)系與城市基礎(chǔ)建設(shè)基準(zhǔn)基本一致，方便軌道交通規(guī)劃、施工和竣工等各項工作?？刂凭W(wǎng)應(yīng)聯(lián)測該市CORS站，提供滿足施工要求的地方坐標(biāo)系成果?？紤]今后國家推行CGCS 2000坐標(biāo)系的要求，還應(yīng)提供CGCS 2000坐標(biāo)系成果，并提供轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.2.2 控制網(wǎng)測設(shè)與維護(hù) ?控制網(wǎng)的建立及維護(hù)由一家有過框架網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗的專業(yè)單位主持完成?？刂凭W(wǎng)從整體設(shè)計到提交使用，需要考慮與國家、城市坐標(biāo)系的統(tǒng)一、不同系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換、符合當(dāng)?shù)剀壍澜煌ň€網(wǎng)建設(shè)要求的針對性布點設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的埋點及觀測方案、大網(wǎng)觀測實施調(diào)度管理、嚴(yán)密的成果平差計算處理過程、成果分析及提供、后期控制網(wǎng)信息化平臺管理等關(guān)鍵技術(shù)。其中一些關(guān)鍵指標(biāo)直接涉及到建網(wǎng)的成敗。

因此上述測量控制網(wǎng)的測設(shè)和維護(hù)由一家技術(shù)水平高、地鐵測量經(jīng)驗豐富的測量單位主持完成，以保證遵循規(guī)范要求，并保證控制網(wǎng)的質(zhì)量。

2.2.3 控制網(wǎng)質(zhì)檢 ?方案的制定、實施過程、成果編制過程充分利用專家資源，嚴(yán)格過程質(zhì)量管理，保證建網(wǎng)質(zhì)量。控制網(wǎng)的實施方案組織專家進(jìn)行評審，其結(jié)果由第三方的測繪成果質(zhì)量檢驗部門進(jìn)行檢查驗收。

2.3 設(shè)計路線 ?城市軌道交通一般具有網(wǎng)狀規(guī)劃、分期建設(shè)、互相換乘、建設(shè)周期長、施工測量精度要求高等特點。如何保證各條線路之間的結(jié)構(gòu)和線路換乘車站準(zhǔn)確銜接，克服控制點點位在城市化進(jìn)程中的嚴(yán)重丟失破壞和城市沉降漏斗對傳統(tǒng)施工和運營測量控制網(wǎng)的影響，保障地鐵施工和運營安全，是某市軌道交通框架測量控制網(wǎng)建設(shè)丞待解決的問題，是控制網(wǎng)的設(shè)計、踏勘、施工、竣工、維護(hù)等各階段必須滿足的需求指標(biāo)。以某市2號線的建設(shè)需求指標(biāo)為參考，某市軌道交通框架測量控制網(wǎng)的總體設(shè)計，需從以下幾個方面考慮：

①統(tǒng)一的測量控制標(biāo)準(zhǔn)。使不同軌道交通線路具有統(tǒng)一的測量控制標(biāo)準(zhǔn)，可以保證換乘節(jié)點精確銜接，同時亦可保證軌道交通線路周邊地形測繪的精度。目前已經(jīng)處于建設(shè)中的2號線有多個車站為換乘車站，控制測量采用2號線的坐標(biāo)系統(tǒng)，若不統(tǒng)一不同線路間的測量控制標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)可能造成1、2、3線車站區(qū)間對接誤差超限，存在影響運營質(zhì)量的風(fēng)險（限速等）。

②降低地形差異引起的誤差影響。由于某市城區(qū)海拔在800m，其城市坐標(biāo)系基于大地標(biāo)準(zhǔn)面（0m）設(shè)立，該投影誤差單條線路為米級。目前2號線的南北兩端投影面誤差達(dá)到約1.3m，導(dǎo)致軌道交通與周邊既有管線建（構(gòu)）筑物高程不一致，對地形測繪、設(shè)計、施工等工作造成了很大影響。建設(shè)軌道交通框架測量控制網(wǎng)，全面覆蓋布設(shè)高精度控制點位，可以有效避免高斯投影誤差的影響。

③避免不均勻沉降的影響。某市地區(qū)局部沉降不均，建設(shè)軌道交通框架測量控制網(wǎng)過程采用施作深樁控制點，有效避免基準(zhǔn)點不均勻沉降帶來的影響。同時，為了避免已知控制點由于所屬建筑物不均勻沉降、歷史遺留等原因，造成的控制點間相對精度的損失，在GPS計算時需要對起算點進(jìn)行分析[3]。

目前2號線已經(jīng)出現(xiàn)了水準(zhǔn)測量基準(zhǔn)點沉降過快、過大的情況，軌道公司針對此問題召開了專題會議，最終決定通過埋設(shè)深樁控制點解決此問題。

④長遠(yuǎn)規(guī)劃，持續(xù)拓展。在某市軌道交通后續(xù)運營、商業(yè)開發(fā)等過程中，城市軌道交通框架測量控制網(wǎng)應(yīng)該能夠持續(xù)發(fā)揮作用。依據(jù)某市軌道交通商業(yè)開發(fā)的遠(yuǎn)期規(guī)劃，部分商業(yè)開發(fā)需與軌道交通線路對接（管線、出入口等），如無框架測量控制網(wǎng)，對接精度很難保證，且費時費力。

軌道交通框架測量控制網(wǎng)在線路施工圖設(shè)計前進(jìn)行布設(shè)效果最佳（如石家莊），這樣可以更好地指導(dǎo)設(shè)計、勘察、地形圖測繪、沿線管線建（構(gòu)）筑物調(diào)查等工作。

根據(jù)某市軌道交通建設(shè)規(guī)劃及建設(shè)過程中存在控制測量的問題，建議在1、2、3號線全面建設(shè)前，建立以1、2、3號線為基礎(chǔ)的軌道交通框架測量控制網(wǎng)，隨著后續(xù)線路建設(shè)工作的開展，逐步拓展、擴充。

2.3.1 GPS及水準(zhǔn)框架控制網(wǎng)點位布設(shè)設(shè)計 ?根據(jù)某市軌道交通在建線路及近、遠(yuǎn)期線網(wǎng)規(guī)劃方案，GPS控制網(wǎng)設(shè)計及各項精度指標(biāo)是依據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB/T50308-2017（以下簡稱《規(guī)范》）及相關(guān)規(guī)范要求制定。設(shè)計GPS和水準(zhǔn)控制點如下：

GPS控制點46個，點間距10km左右。

深樁水準(zhǔn)控制點16個，點間距20km左右，深樁控制點深度見表1所示。

城市二等水準(zhǔn)控制點（軌道交通一等水準(zhǔn)點）84個，點間距5km左右，估算水準(zhǔn)路線長度850km（單程）。

選點時要綜合兼顧以下因素：觀測條件、點間通視方向、點間距離、能否長期保存、是否受地鐵施工影響、是否線路交叉或銜接處的重合點、是否利于下一級精密導(dǎo)線的發(fā)展等[4]。

GPS及水準(zhǔn)控制點布點圖見圖1所示。

2.3.2 GPS及水準(zhǔn)控制點埋設(shè)設(shè)計 ?①GPS控制點埋設(shè)。點位埋設(shè)過程中要同時兼顧到保存作用和利用作用兩方面的要求[5-6]?？刂泣c標(biāo)石應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)穩(wěn)定，不受施工和其它人為活動干擾，且能夠長期保存的地點。一般設(shè)在樓頂和埋設(shè)在新老城區(qū)空曠的地面或周邊的山頂上，樓頂標(biāo)石規(guī)格和埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)按圖2設(shè)計要求執(zhí)行;地面或山頂GPS點埋石標(biāo)準(zhǔn)按圖3設(shè)計要求執(zhí)行。

埋石結(jié)束后按附表繪制點之記，點位標(biāo)識要牢固清楚，并辦理測量標(biāo)志保管書。

②水準(zhǔn)點埋設(shè)。1）水準(zhǔn)點應(yīng)選在施工影響的變形區(qū)域以外穩(wěn)固、便于尋找、保存和引測的地方。在線路起終點及線路交叉附近布設(shè)1個水準(zhǔn)基點。2）深埋水準(zhǔn)點的埋設(shè)深度需要結(jié)合地質(zhì)情況確定，樁底埋設(shè)在穩(wěn)定的持力層上。3）地面GPS框架點位置與埋設(shè)滿足水準(zhǔn)點的布設(shè)與埋設(shè)要求時，可在GPS框架點樁位基礎(chǔ)上埋設(shè)水準(zhǔn)點標(biāo)志。

水準(zhǔn)點標(biāo)石規(guī)格和埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)選點位置地質(zhì)情況按以下四種水準(zhǔn)點標(biāo)識的設(shè)計要求埋設(shè)。

水準(zhǔn)點標(biāo)石埋設(shè)結(jié)束后，繪制點之記，并辦理水準(zhǔn)點委托保管書。

3 ?結(jié)語

城市軌道交通框架測量控制網(wǎng)是為軌道交通工程布設(shè)的專用控制網(wǎng)，是城市軌道交通工程所有測量的基礎(chǔ)核依據(jù)，是城市軌道交通工程全線線路與結(jié)構(gòu)貫通的保障[7]。本文立足于某市2號線地鐵工程建設(shè)需求，分析該市控制網(wǎng)現(xiàn)狀與軌道交通建設(shè)存在的問題，提出建立某市專用、穩(wěn)定、可靠、統(tǒng)一的城市軌道交通框架測量控制網(wǎng)的工作建議。同時，結(jié)合某市地鐵2號線建設(shè)實際情況，對城市軌道交通框架測量控制網(wǎng)的建設(shè)思路、設(shè)計路線進(jìn)行長遠(yuǎn)規(guī)劃性分析，以期一次成型建立服務(wù)于全市各軌道交通線路建設(shè)各階段的全市一體、統(tǒng)一運營、高精度、穩(wěn)定可靠的測量基準(zhǔn)。

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