城市軌道交通工程測量控制技術(shù)探究

方磊

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300000）

1 引言

在城市化發(fā)展進程中，城市軌道交通工程建設(shè)范圍逐漸擴大，建設(shè)環(huán)境高度復(fù)雜，單元工程內(nèi)容繁多，給工程質(zhì)量控制增加了難度。 而工程測量控制是工程質(zhì)量優(yōu)化的關(guān)鍵，可以將城市軌道交通工程現(xiàn)有狀態(tài)量化為數(shù)值，在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上準確評定工程現(xiàn)狀，為工程質(zhì)量控制提供依據(jù)。因此，探究城市軌道交通工程測量控制技術(shù)具有非常突出的現(xiàn)實意義。

2 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)概述

城市軌道交通工程測量控制技術(shù)是確保全線建筑物、構(gòu)筑物、管線、設(shè)備按照設(shè)計圖紙準確就位的技術(shù)，可以從根本上規(guī)避因放樣測量超差、 施工控制誤差而導(dǎo)致的重大設(shè)計變更或施工事故[1]。 測量控制技術(shù)可以劃分為專用控制網(wǎng)測量、土建施工測量、軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝測量、竣工測量、線路軌道現(xiàn)狀測量等。 其中， 專用控制網(wǎng)測量包括GNSS 網(wǎng)控制測量、地面高程控制測量、精密導(dǎo)線測量；土建施工測量包括控制網(wǎng)復(fù)測、 地面加密控制網(wǎng)測量、 明挖車站及區(qū)間控制點測量、聯(lián)系測量、地下控制測量、線路中線、線路中線調(diào)整及斷面測量、貫通測量等；軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝測量包括鋪軌CPⅢ測量、限界測量、設(shè)備安裝測量；竣工測量、軌道現(xiàn)狀測量包括出入口高程測量、軌面高及軌道中線測量等。

3 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)要點

城市軌道交通工程測量控制技術(shù)應(yīng)用前， 應(yīng)準備Ⅰ級全站儀，DS1 級水準儀，標稱定向精度≤15″的陀螺全站儀，標稱精度≤5 mm+5ppm（“5ppm”表示每千米引起的比例誤差為5×10-6km，即5 mm）的快速靜態(tài)定位GNSS 接收機等。

城市軌道交通工程測量控制技術(shù)應(yīng)用中， 根據(jù)需要埋設(shè)地面GNSS 控制點、地面精密導(dǎo)線點、地面精密水準點、地下平面控制點、地下高程控制點等。其中，點位埋設(shè)可依據(jù)GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測量規(guī)范》附錄牢固埋設(shè)，并在點位周邊立面規(guī)范書寫統(tǒng)一編號。 通常車站及工作井附近GNSS 控制點及精密導(dǎo)線點數(shù)量不少于4 個，相互間垂直角≤30°，視線距離障礙物超過1.5 m。 地下平面控制網(wǎng)宜設(shè)置主副雙導(dǎo)線，高程點可與平面控制點同點；地下車站左線、右線分別設(shè)置3 個以上導(dǎo)線點，水準點設(shè)置數(shù)量不少于2 個。 導(dǎo)線控制點周邊應(yīng)無散熱體、高壓電線等電磁場，相鄰導(dǎo)線點之間視線、障礙物之間無旁折光。 同時確保每一個導(dǎo)線點具有2 個及以上后視方向[2]。確定導(dǎo)線點無誤后，采用全圓測回法，進行測角中誤差不超過2.5″的4 測回觀測，往返觀測2 測回，單向測距4 次，加入加乘常數(shù)、氣象等參數(shù)進行修正，確保測距精度超過1/80 000。 若精密導(dǎo)線點有且僅有2 個方向，則左右角觀測， 左右角平均值之和與360°較差在4″以內(nèi)。 若遇長短邊問題，遵循盤左長邊與盤右短邊調(diào)焦、盤右長邊與盤左短邊不調(diào)焦的原則進行觀測。

4 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)質(zhì)控措施

在城市軌道交通工程中， 任何貫通面地下測量控制網(wǎng)的貫通中誤差橫向應(yīng)≤±50 mm、豎向應(yīng)≤±25 mm，且隧道襯砌未侵入建筑限界，設(shè)備未侵入設(shè)備限界。 根據(jù)上述目標，借鑒相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，有針對性地制定、實施工程測量控制技術(shù)質(zhì)控措施。 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)質(zhì)控措施需要由業(yè)主測量、駐地監(jiān)理、承包商測量分工負責(zé)。

測量分工負責(zé)是在城市軌道交通工程施工測量分級管理（業(yè)主測量－駐地監(jiān)理－承包商）的基礎(chǔ)上，對不同管理層級人員的職責(zé)進行進一步明確，確保各個管理層級人員、儀器達標，且分工合作。 其中，業(yè)主測量負責(zé)統(tǒng)一城市軌道交通工程全線測量作業(yè)標準， 維護GNSS 網(wǎng)、 精密導(dǎo)線網(wǎng)與二等水準點，按照國家現(xiàn)行的標準、規(guī)范、規(guī)程以及技術(shù)要求采用信息化管理手段及時對承包商關(guān)鍵節(jié)點的控制測量工作進行檢測。 同時代表業(yè)主進行交接樁，檢測城市軌道交通工程全線各分段工程銜接情況，保證全線軌行區(qū)主導(dǎo)線、主水準網(wǎng)在統(tǒng)一體系下平順銜接；駐地監(jiān)理負責(zé)根據(jù)有關(guān)規(guī)范、質(zhì)量控制細則督促承包商執(zhí)行工程測量控制任務(wù)， 并在承包商測量后驗收成果，再次測量城市軌道交通工程的重要部位，確定控制測量結(jié)果與細部放樣結(jié)果均達到規(guī)范要求。 同時，階段性地復(fù)測地下主控制網(wǎng)， 為城市軌道交通工程全線分段工程準確銜接提供依據(jù)；承包商測量負責(zé)所承包城市軌道交通工程項目測量，建立健全的內(nèi)部多級復(fù)核制度。

5 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)工程應(yīng)用

5.1 工程概述

廣花城際線路全長46 km，為全地下敷設(shè)，共設(shè)站7 座，其中，換乘站7 座，平均站間距5.5 km。 工程需進行的測量控制工作包括地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量、竣工測量等。 其中，地面控制測量主要是獨立復(fù)測業(yè)主方移交控制點，檢查維護施工期間地面平面、高程控制網(wǎng)完整可用，并根據(jù)施工所需加密布置地面控制點； 聯(lián)系測量主要是在近井點 （平面、高程）加密控制測量、井下投點并向井下傳遞高程；地下控制測量主要是地下導(dǎo)線控制測量、分段貫通測量、水準網(wǎng)測量以及貫通后聯(lián)測平差，確定地下主控制網(wǎng)高程、坐標；竣工測量主要是測量與線路相關(guān)的結(jié)構(gòu)。

5.2 應(yīng)用要求

GNSS 測量控制技術(shù)操作時， 需要控制平均邊長2 km，最弱點點位中誤差＜±12 mm， 相鄰點的相對點位中誤差＜±10 mm，最弱邊的相對中誤差＜1/100 000，與原有城市控制點坐標較差≤50 mm，同一控制點的復(fù)測與原測量成果坐標分量較差的極限誤差應(yīng)小于2m（m 為復(fù)測控制點的點位中誤差）。

地面高程控制測量時， 需要選擇DS1 級的水準儀與銦瓦尺，與已知點聯(lián)測（或附合線、環(huán)線）時往返測1 次，并控制每千米高差中偶然中誤差、全中誤差分別小于±1 mm、±2 mm，附合水準線路平均長度約2 km， 往返較差小于mm（L 為往返測段、附合、環(huán)線的路線長度）。 高程往地下傳遞時，應(yīng)獨立觀測三測回， 測回間應(yīng)變動儀器高， 且三測回測得地上、與地下水準點間高差較差＜3 mm。

精密導(dǎo)線測量控制技術(shù)操作時，I 級全站儀4 測回， 同時需要控制平均邊長為350 m，附合導(dǎo)線平均長度3 km，測距中誤差＜±3 mm， 測距相對中誤差＜1/80 000， 測角中誤差≤±2.5″，方位角閉合差，n 為導(dǎo)線點個數(shù)，全長相對閉合差≤1/35 000，相鄰點的相對點位中誤差≤±8mm。

地下施工控制導(dǎo)線測量技術(shù)操作時，利用Ⅰ級全站儀，左右角各觀測2 測回，平均邊長150 m，控制測距中誤差、測角中誤差分別小于±3 mm、±2.5″。

5.3 應(yīng)用過程

地面控制測量時， 采用GNSS 網(wǎng)測量技術(shù)， 測量前檢定GNSS 接收機、天線，確定儀器設(shè)備均在檢定有效期內(nèi)且儀器精度滿足規(guī)范要求。 根據(jù)作業(yè)要求進行儀器技術(shù)參數(shù)設(shè)置，包括衛(wèi)星觀測高度角、數(shù)據(jù)采樣間隔時間，分別為15°、10 s。采用靜態(tài)作業(yè)模式， 同時啟動6 臺接收機， 經(jīng)邊聯(lián)方式連接同步網(wǎng)， 獲得帶狀網(wǎng)。 同時測量精密導(dǎo)線， 將精密導(dǎo)線網(wǎng)附合到GNSS 網(wǎng)上。

在GNSS 網(wǎng)觀測后，依據(jù)移交的平面控制點，與站點聯(lián)測貫通控制，確定復(fù)測合格。 得出結(jié)果見表1。

表1 共用平面控制結(jié)果（局部）

在聯(lián)系測量、地下控制測量時，利用數(shù)字水準測量控制技術(shù)，確定儀器設(shè)備均在檢定有效期內(nèi)且i 角滿足規(guī)范要求。 按照規(guī)范中二等水準觀測要求，在數(shù)字水準儀內(nèi)設(shè)置技術(shù)指標，并借助儀器自帶水準路線測量軟件實時檢查系統(tǒng)超限情況，確保數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量。 觀測前，在露天陰影下放置儀器，靜止30 min 并預(yù)熱。 采用單路線往返觀測方式，配合質(zhì)量5 kg 的尺臺作為轉(zhuǎn)點尺承與尺撐沿著同一道路往返， 每一測段往測均為偶數(shù)，由往測向反測轉(zhuǎn)換時，變換兩標尺位置并重新調(diào)整儀器參數(shù)。

如表2 所示，測段往返測高差達到規(guī)范要求，處于合格狀態(tài)。

表2 二等水準測量控制段高差及精度（局部）

6 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)發(fā)展趨勢

6.1 自動化

城市軌道交通工程新建、既有運營保護區(qū)施工、運營期結(jié)構(gòu)修復(fù)期間均需進行測量控制，對測量控制點密度、測量頻率具有較高的要求。 城市軌道交通工程測量控制已逐步呈現(xiàn)出自動化特點，利用智能型全站儀、CCD 技術(shù)、通信技術(shù)、激光技術(shù)，生成馬達驅(qū)動和軟件控制的測量機器人，集成自動目標識別、自動測角、自動照準、自動跟蹤目標、自動記錄、遠程控制功能。 在工程應(yīng)用中，經(jīng)設(shè)置自動運行，如選擇絕對坐標系（或相對坐標系）進行隧道絕對變形量測量控制。 整個過程無須操作人員干預(yù)，自動觀測、記錄、處理、存儲、出表，滿足全天不間斷測量控制要求。

6.2 一體化

城市軌道交通工程限界裕量小、建設(shè)投資大、施工容許偏差低，對控制測量技術(shù)提出了較高的要求。 作為城市軌道交通工程控制測量的基礎(chǔ)， 精密導(dǎo)線測量精度要求高、 作業(yè)強度大， 傳統(tǒng)全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)并手工記錄的方式存在效率低下、操作煩瑣且作業(yè)環(huán)境差、能見度低等問題。 未來的精密導(dǎo)線測量控制技術(shù)將朝著內(nèi)外業(yè)一體化發(fā)展， 集成基于測量機器人精密導(dǎo)線外業(yè)數(shù)據(jù)采集、 云平臺的精密導(dǎo)線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。 無縫銜接外業(yè)數(shù)據(jù)自動記錄、藍牙傳輸、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)檢核、數(shù)據(jù)處理、資料歸檔等環(huán)節(jié)，支持測回法、全圓法等多種測量方法與角度、距離分離的測量模式，可推進城市軌道交通工程精密導(dǎo)線測量效率與質(zhì)量同步提升。

6.3 智能化

當(dāng)前，我國內(nèi)地累計投運軌道交通路程長度不斷增加，軌道交通運營日客流量激增， 軌道交通工程測量控制情況關(guān)乎人們出行安全。 此時，未來的軌道交通工程測量控制技術(shù)將朝著智能化方向發(fā)展，依托計算機科學(xué)、光學(xué)工程、測量、遙感、電子信息工程等多個學(xué)科， 生成城市軌道交通工程運營安全數(shù)字化、設(shè)備智能化解決方案，快速實現(xiàn)軌道交通工程結(jié)構(gòu)形面變化的精準、高效測量。

7 結(jié)語

綜上所述， 城市軌道交通工程測量控制技術(shù)是工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵。 技術(shù)人員應(yīng)在施工圖設(shè)計階段、土建施工階段、軌道鋪設(shè)及設(shè)備安裝階段、竣工驗收階段、運營維護階段合理應(yīng)用工程測量控制技術(shù)，全面把控GNSS 控制網(wǎng)測量、精密導(dǎo)線測量、地面高程控制測量、地下控制測量、明挖車站控制點測量、限界測量技術(shù)要點，確保測量控制技術(shù)的應(yīng)用效果。 同時，根據(jù)需要引入現(xiàn)代化、智能化、自動化測量控制技術(shù)，降低人工誤差，為城市軌道交通工程質(zhì)量提供保障。