精密導線測量技術(shù)在鄭州市軌道交通2號線中的應用

狄鋼

(鄭州市規(guī)劃勘測設計研究院，河南 鄭州 450052)

1 工程概況

鄭州市軌道交通2 號線起始于惠濟區(qū)政府，經(jīng)過開元路、花園路、紫荊山、花寨路終至于向陽路，全長26.7 km，共設車站21 座，平均站間距1.3 km，線路經(jīng)過鄭州市城區(qū)目前南北最長的交通大動脈花園路—紫荊山路，連接至管城區(qū)南部，沿線分別與其他規(guī)劃的5條軌道線路相交，全線1/3 位于主城區(qū)，車流量達，道路兩邊高樓林立，給測量帶來很大困難。

2 精密導線網(wǎng)的特點

2.1 整網(wǎng)布設，集中觀測

精密導線是直接為地鐵施工服務的，因此點位間的相對精度要求很高，這一特點就要求精密導線的觀測需要進行集中地整網(wǎng)布設和觀測，最好是在工程開工建設前進行觀測，這樣受工程施工的影響會少一些［1］。

2.2 導線的選點、埋石工作難度大

精密導線網(wǎng)作為軌道二級加密網(wǎng)，雖然其導線設計不太復雜，但作為導線點的選定和埋石卻不是件簡單的事。導線點選點既要考慮軌道施工的需要和導線的基本要求，還要顧及點位在實地位置及標志埋設的可能性及可保存性。同時，導線在實地選定和埋設，要求作業(yè)人員能夠?qū)Τ鞘熊壍澜煌üこ虦y量規(guī)范靈活運用，并且具備良好的協(xié)調(diào)溝通能力。

2.3 導線的觀測精度要求高

精密導線的測量技術(shù)要求與國家和城市測量規(guī)范的四等導線基本一致，主要是縮短了導線的長度與導線邊長，提高了點位精度［2］。這一特點決定了施測合格的精密導線時，除了選調(diào)精細熟練的作業(yè)員和高精度的測量儀器外，還必須十分注重觀測中儀器及棱鏡對點器的檢校;對于城區(qū)繁華地帶，盡力縮短觀測時間和減少汽車尾氣對觀測的影響。

3 精密導線網(wǎng)的布設

精密導線點直接服務于軌道交通工程施工，點位要盡量沿軌道線路布設，以方便施工的需要，一般布設成附合導線、多邊形閉合導線或結(jié)點網(wǎng)形式，具體布設形式要結(jié)合現(xiàn)場實際情況合理運用這三種導線形式，體現(xiàn)精密導線靈活多變的特點［3］。

根據(jù)軌道交通2 號線首級GPS 控制網(wǎng)的點位通視情況以及2 號線沿線地面與建筑物上GPS 點的通視情況，經(jīng)過圖上選點和實地踏勘，反復比較，最終2號線精密導線網(wǎng)布設精密導線點102 座，實際設置了11 個結(jié)點，全網(wǎng)由3 條結(jié)點導線網(wǎng)和2 條附合導線構(gòu)成。由于2 號線沿線絕大部分為現(xiàn)狀道路，因此精密導線點大部分沿現(xiàn)狀道路布設，既易于標石的埋設與保護，也便于觀測。布網(wǎng)圖形如圖1所示。

4 精密導線點標石的埋設

精密導線標石的制作和埋設嚴格按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》的要求實施。精密導線標石埋設工作非常艱難，遇到許多問題。

4.1 管理部門多

道路上施工需要經(jīng)過市政、執(zhí)法、交警等多個部門的批準，前期需要辦理的手續(xù)煩瑣。

圖1 軌道2 號線精密導線網(wǎng)布設略圖

4.2 埋設難度大、造價高

2 號線沿線道路多為剛剛改造過的精品街，大理石路面下有很厚的水泥層，水泥層下有較堅硬的三七土層，開挖難度大，為此新購買了發(fā)電機、鉆機等設備，輔助開挖。埋設時以精品街改造統(tǒng)一的電纜井式樣重做護井和護蓋，造價很大。

4.3 施工難度大

主城區(qū)道路下管線縱橫，鄭州市又缺乏精準的地下管網(wǎng)圖，為避免施工中觸及地下電力電纜等管線造成重大安全事故，規(guī)定施工中慎重使用電力鉆機，除切開硬化路面和淺表層外，其他均以人工開鑿。

5 精密導線網(wǎng)的外業(yè)觀測

由于精密導線點均位于城市道路的兩側(cè)，外業(yè)觀測時受陽光、行人及汽車尾氣的影響很大，尤其是汽車尾氣的影響最大。為此部分繁華測段外業(yè)觀測時，選擇在晚上10 時以后，受道路上汽車及行人的影響少，工作效率高。本次精密導線觀測使用瑞士Leica TCR1201 全站儀，其標稱精度為:測角中誤差±1″，測距精度(1+1.5 PPm)。

5.1 精密導線水平角觀測

(1)測量儀器須經(jīng)過檢定并合格有效，除按規(guī)定到國家法定測繪儀器檢定機構(gòu)進行檢定外，還要對全站儀及前后棱鏡基座的對點器進行檢校，以確保儀器整平對中的精度，而這項誤差對于高精度測量是不可忽視的［4］。

(2)到達測站后應立即打開攜帶的溫度計、氣壓表，置于通風良好避免日光直射的地方，待氣壓表和溫度表和周圍溫度一致后，記錄氣象數(shù)據(jù)。

(3)測站點上只有兩個方向時，水平角觀測宜左、右角各2 個測回觀測，左、右角平均值之和與360°的較差小于4″;當方向數(shù)多于3 個時宜采用方向觀測法觀測4 個測回，測回間方向值之差小于6″。

(4)前后視邊長相差較大，觀測需要調(diào)焦時，宜采用同一方向正倒鏡觀測法，此時一測回中不同方向可不考慮2C 較差的限差。

(5)關(guān)于用于改平計算的垂直角觀測的精度及方法，軌道規(guī)范沒有明確，可執(zhí)行現(xiàn)行城市測量規(guī)范要求。對于鄭州市軌道交通2 號線中不與建筑物上的GPS 點發(fā)生關(guān)系的邊長，其垂直角按中絲一測回測量即可;對于與建筑物上的GPS 點相連的邊長，其垂直角按中絲二測回測量，垂直角測回差和指標差較差均不得大于7″。

5.2 精密導線邊長觀測

精密導線邊長測量在成像清晰、氣象條件穩(wěn)定時進行。

(1)邊長測量采用往返測量方式，單程觀測2 測回，每測回照準目標1 次、讀數(shù)4 次。

(2)測距時應讀取溫度和氣壓，測前測后各讀取一次，取平均值作為測站的氣象數(shù)據(jù)。溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa。

(3)測距時讀取斜距和垂直角，不采用全站儀直接讀取平距的方法。平距采用下列公式計算:

采用上述公式計算的最大好處在于所計算的平距值幾何意義明確，與后續(xù)將要計算的測距邊的高程歸化和投影改算相統(tǒng)一。

5.3 精密導線三角高程測量

三角高程測量的目的是為了導線邊長投影計算的需要，高程起算點均為不低于三等水準的高程點，精密導線間高差的測定和精密導線邊長的測定同時進行，分別在農(nóng)業(yè)路站、航海路站附近水準網(wǎng)高程控制點聯(lián)測［5］。

6 數(shù)據(jù)處理

(1)斜距觀測值須進行加、乘常數(shù)改正、周期誤差改正、氣象改正。

(2)經(jīng)改平計算的往返平距平均值需要經(jīng)過高程歸化和投影改算才能成為最終參與平差計算邊長值。測距邊的高程歸化按下式計算［6～10］:

測距邊在高斯投影面上長度D 按下式計算:

(4)精密導線網(wǎng)平差計算采用武漢大學研制的COSA 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行整網(wǎng)嚴密平差，沿線通視的GPS 點可作為起算點。

7 精密導線測量精度評定

軌道2 號線精密導線數(shù)據(jù)處理后的驗后測角中誤差為±1.6″，小于規(guī)范規(guī)定的2.5″的限差要求，導線點的點位中誤差平均值為±4.4 mm，最弱點的點位中誤差為±11.1 mm，導線相鄰點的相對點位中誤差平均值為±3.0 mm，最大值為±4.8 mm，均小于規(guī)范的限差要求，其主要精度指標如表1所示。

表1 軌道交通2 號線精密導線平差主要精度指標統(tǒng)計

8 與銜接線路控制點的聯(lián)測

鄭州市軌道交通1、2 號線在紫荊山立交橋相交，為檢核1、2 號線精密導線網(wǎng)的一致性，本次軌道2 號線精密導線網(wǎng)布設時，特意重合了軌道1 號線的精密導線控制點25 號點，現(xiàn)將兩條線路重合點的坐標較差如表2所示。

表2 軌道1、2 號線精密導線網(wǎng)重合點坐標較差比較

從表2可看出，重合點坐標較差小于規(guī)范要求，達到了設計要求。

9 體會及建議

(1)軌道交通精密導線作為二級加密網(wǎng)，雖然其導線設計不太復雜，導線點的選定和埋石時需要多方溝通、多方協(xié)商才能獲得滿意的點位。

(2)城市繁華地帶的精密導線的測量工作受外界環(huán)節(jié)影響很大，尤其是汽車尾氣的影響。因此對于城區(qū)繁華地帶，盡力縮短觀測時間和減少汽車尾氣對觀測的影響是確保測角質(zhì)量的關(guān)鍵，必要時，采用夜間觀測是一個較好的選擇。

(3)通過本次軌道2 號線精密導線測量的摸索和總結(jié)，對精密導線選點、測量方法進行改進和優(yōu)化，取得了較好的成果，對以后鄭州市軌道交通精密導線測量提供了較好的借鑒作用。

［1］何曉輝．地鐵地面精密導線測量［J］．隧道建設，2008(3):362～364．

［2］CJJ/T 8－2011．城市測量規(guī)范［S］．

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［4］馬全明．城市軌道交通工程精密施工測量技術(shù)的應用與研究［J］．測繪通報，2010(11):41～45．

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［6］付子傲，包歡．全站儀檢定中測距常數(shù)有關(guān)問題的探討［J］．中國計量，2007 (1):61～62．

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