青島市地鐵工程統一測量空間基準建立方法

孟慶年，劉寶華，張洪德，王智，胡玉祥

(青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032)

1 概 述

地鐵工程作為城市交通的重要組成部分，在緩解城市交通壓力的同時，也極大地方便了民生。越來越多的城市開始修建地鐵，地鐵工程的相關技術也逐漸成為研究的熱點。工程測量是地鐵工程建設的重要一部分，而測量空間基準的建立是所有地鐵工程測量的基礎。

青島已建和在建地鐵線路有1號線、2號線、3號線等8條線路，并且還擁有國內第一條跨海地鐵隧道。由于青島市地處沿海，許多地區的地質條件較差，這對控制網的穩定性提出了較高要求。不同地鐵線路間、地鐵線路與其他工程間存在著交叉的區域，這些工程銜接對控制網的兼容性提出了較高的要求。

由于受到膠州灣的影響，青島地鐵線路規劃了多條過海段，其中青島地鐵1號線過海段是國內首條跨海地鐵隧道。為了保障過海段的順利貫通，需要建立高精度的長距離地鐵跨海隧道空間基準。

2 平面基準建立

2.1 地上平面基準建立

為建立統一的平面基準，在進行線路控制網測量時，以QDCORS(青島市連續運行基準站系統)站點作為起算[1～3]。QDCORS從2006年起運行，是青島市乃至山東省建立的第一個高標準、高精度、多功能的GNSS綜合服務系統，是維持青島市坐標系統的重要手段。

使用多臺GNSS接收機，通過與QDCORS站進行聯測，建立起地鐵線路的衛星定位控制網。衛星定位控制測量按照二等進行觀測，對于骨架網按照一等進行觀測，具體技術參數如表1所示[4，5]：

圖1 QDCORS站點分布示意圖

衛星定位控制網測量作業基本技術參數要求 表1

對外業觀測數據進行基線解算和平差處理，得到線路的GNSS網數據。以觀測得到GNSS網數據作為起算，使用測量機器人進行導線測量，得到線路的精密導線網。線路的GNSS網和精密導線網構成了線路的控制網，是全線工程測量的平面基礎。青島地鐵的平面基準均以QDCORS作為起算，對青島地鐵多條線路的平面基準進行綜合匯總(如表2)，得到圖2(圖中★為QDCORS站)。地鐵線路之間存在交叉的公共點，這些公共點不僅減少了布點的成本，更重要的是提高了控制點的利用率、為計算結果提供了檢核條件。

青島地鐵各線路平面控制點匯總表 表2

圖2 青島地鐵各線路平面控制網以及部分線路公共部分示意圖

2.2 地下平面基準建立

以建立的地上空間基準作為起算，通過聯系測量的方式(一井定向、兩井定向以及斜井導線測量)，傳導至地下，并布設地下導線，為施工建設提供測量空間基準。隧道區間貫通后進行區間導線觀測，并進行平差處理，即可以得到精確的地下平面基準。

2.3 長距離地鐵跨海隧道平面基準建立

受到膠州灣的影響，青島地鐵線路規劃了多條過海段，其中青島地鐵1號線過海段是國內首條跨海地鐵隧道。青島地鐵1號線的過海隧道區間長達 8.1 km，其中海域段 3.4 km；青島地鐵8號線的過海隧道區間長達 8.2 km，其中海域段 5.4 km。由于跨海地鐵隧道的距離較長，為了保證過海段的順利貫通，就需要建立高精度過海段平面基準。

為了建立高精度的過海段平面基準，在建立GNSS網時，在過海段兩側各選取3個點，對構成的網形進行多時段觀測，以此來提高過海段附近控制點的精度，實現對過海段貫通的預控制。

通過聯系測量將地上平面基準引測到地下，并在地下布設雙導線，使用Leica TS50等高精度全站儀進行觀測，青島地鐵過海段雙導線示意圖如圖4所示。

圖3 青島地鐵過海段貫通預控制示意圖

圖4 青島地鐵過海段雙導線示意圖

但由于過海段距離較長，即使布設雙導線，仍有方向偏離的可能性。因此，在布設雙導線的基礎之上，并按時進行加測陀螺定向邊。陀螺全站儀是一種能通過感應地球微弱磁場及自轉而自動精確定位出真北方向的精密測量儀器，其定位尋北過程及精度不受外界影響[6，7]。使用逆轉點法進行觀測，觀測流程按“地面已知邊—地下定向邊—地面已知邊”進行觀測。隧道貫通前同一條定向邊應獨立觀測3次，3次觀測較差應小于12″。地下定向邊的陀螺方位角測量每次應測三測回，測回間陀螺方位角較差應小于20″。將計算結果與雙導線觀測結果進行對比，如表3所示。

陀螺定向邊與導線觀測邊對比表 表3

通過以上措施，可以建立高精度的長距離地鐵跨海隧道測量平面基準。

3 高程基準建立

地上高程基準是以青島已知高等級水準點作為起算的，這些水準點均勻分布在青島各個區域，為保證起算的穩定性，在進行測量前已對起算水準點進行了踏勘和檢核。根據建立的地上高程基準，通過聯系測量傳導至地下，即可建立地下高程基準。隧道區間貫通后進行區間水準觀測，并進行平差處理，即可以得到精確的地下高程基準。水準測量外業按照城市軌道交通工程測量規范二等水準進行施測，主要技術要求如表4所示[8]：

對青島地鐵1號線、2號線、3號線、4號線、5號線以及8號線的高程控制網進行綜合匯總(如表5所示)，得到圖5。

水準測量的主要技術要求 表4

注：①L為往返測段，附合或環線的水準路線長度(以km計)；
②采用數字水準儀測量的技術要求和同等級的光學水準儀測量技術要求相同。

青島地鐵各線路高程控制點匯總表 表5

圖5 青島地鐵各線路高程控制網以及部分線路公共部分示意圖

4 基準建立精度分析

4.1 不同線路重合點精度分析

對不同線路所測得的公共點進行對比分析，可以有效地分析線路控制網的穩定性和兼容性，現對地鐵2號線與地鐵3號線、地鐵1號線與地鐵6號線的公共點進行對比分析，如表6～表9所示：

青島地鐵2號線與青島地鐵3號線公共點平面坐標對比分析表 表6

青島地鐵2號線與青島地鐵3號線公共點高程對比分析表 表7

青島地鐵1號線與青島地鐵6號線公共點平面坐標對比分析表 表8

青島地鐵1號線與青島地鐵6號線公共點高程對比分析表 表9

由以上對比結果可以得到線路間公共點的平面坐標和高程較差較小，符合規范要求，線路間的兼容性較好，控制成果精確可靠。

4.2 相關工程重合點精度分析

青島地鐵控制網覆蓋區域較大，線路間交叉縱橫，同時地鐵線路還與一些大型工程相連接，如膠東國際機場等。對于青島地鐵控制網與膠東國際機場控制網成果對比分析如表10，由對比結果可以看出，青島地鐵控制網與膠東國際機場控制網的兼容性較好，點位成果穩定可靠。

青島地鐵8號線與膠東國際機場公共點平面坐標對比分析表 表10

4.3 過海段貫通精度分析

青島地鐵1號線已經順利貫通，根據現場測得的貫通誤差(如表11所示)，貫通精度良好，建立的長距離地鐵跨海隧道空間基準準確可靠。

青島地鐵1號線跨海隧道貫通誤差表 表11

5 總 結

根據對青島市地鐵工程空間基準的建立過程進行總結，得到如下經驗：

(1)同一區域內的地鐵建設應建立統一的測量基準，青島市地鐵工程統一測量空間基準是以QDCORS和已知高等級水準點作為起算的，這樣不僅提高了交叉區域控制點的兼容性以及利用率，同時也有利于長距離地鐵隧道的順利貫通。

(2)在進行線路GNSS網觀測時，對于長距離地鐵隧道的兩端或附近應進行多時段觀測。在建立GNSS網時，在區間兩側各選取3個點，并對構成的網形進行多時段觀測，實現對長距離地鐵隧道貫通的預控制。

(3)對長距離地鐵隧道平面基準的建立，采用雙導線的布設方法。對于距離更長的隧道，則應在布設雙導線的基礎之上加測陀螺定向邊。青島地鐵1號線過海段是國內首條跨海地鐵隧道，區間長達 8.1 km，通過布設雙導線并加測陀螺定向邊的方法，順利地保障了過海隧道的順利貫通，貫通精度良好，為其他類似工程提供了參考。

(4)由于地鐵工程建設周期普遍較長，所以在線路控制網建設完成后，為保證控制成果的可靠性，應按時對全線控制網進行復測。對重點位置的重要點位應定期進行普查，并進行小范圍的復測。