成都地鐵三號線控制網(wǎng)的布設(shè)

王曉芳，唐青松

(成都市勘察測繪研究院，四川成都 610081)

1 前言

成都地鐵三號線工程是繼成都地鐵一、二、四號線工程建設(shè)后啟動的第四條地鐵建設(shè)工程。地鐵三號線沿成都市東北——西南方向規(guī)劃，起于天回鎮(zhèn)南站，止于紅牌樓南站，全長 19.63 km，共設(shè)車站17座。三號線東北部位于成都“北改”區(qū)域，經(jīng)過大范圍拆遷區(qū)，其余部分位于繁華地段，車輛繁多，沿線高層建筑物林立，大功率信號源密布，對控制網(wǎng)的選埋和觀測造成了一定難度?？刂凭W(wǎng)沿地鐵走向呈帶狀分布。平面控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，首級為GPS控制網(wǎng)，二級為精密導(dǎo)線網(wǎng);高程控制網(wǎng)為城市軌道交通工程一等水準(zhǔn)網(wǎng)。平面控制網(wǎng)采用成都市平面坐標(biāo)系，高程控制網(wǎng)采用成都市高程系。

2 GPS控制網(wǎng)

2.1 布網(wǎng)情況

三號線GPS控制網(wǎng)以成都地鐵框架網(wǎng)為基礎(chǔ)，沿三號線線路成帶狀分布，采用邊連式構(gòu)網(wǎng)(如圖1所示)，閉合環(huán)邊數(shù)均小于6，共聯(lián)測了6個地鐵框架網(wǎng)GPS點(diǎn)，沿用9個保存完好的地鐵一、二、四號線GPS點(diǎn)，新選埋35個GPS點(diǎn)(均為房頂標(biāo)石)。三號線與各條規(guī)劃地鐵線路交叉地段均至少布設(shè)了一對GPS點(diǎn)，GPS點(diǎn)均至少具有兩個以上通視方向。

2.2 外業(yè)觀測

采用5臺Trimble雙頻GPS接收機(jī)同步觀測29個時段，時段觀測時間均大于 60 min(基線較長的時段，觀測時段長度均大于 150 min)，共設(shè)站139站，重復(fù)設(shè)站數(shù)為2.78。共觀測到271條基線，其中獨(dú)立基線116條。

圖1 GPS控制網(wǎng)示意圖

2.3 基線解算及數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

采用TBC2.50軟件進(jìn)行基線解算?；€解算完成后進(jìn)行復(fù)測基線長度較差、三邊同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差的檢驗(yàn)，共統(tǒng)計(jì)了65對復(fù)測基線，三邊同步環(huán)232個，三邊獨(dú)立環(huán)529個，其精度均滿足規(guī)范要求，具體詳如圖2和表1、表2所示。

圖2 復(fù)測基線長度較差及限差

三邊同步環(huán)閉合差相對精度 表1

三邊異步環(huán)閉合差相對精度 表2

2.4 網(wǎng)平差

(1)三維無約束平差

采用武漢大學(xué)研發(fā)的CosaGPS軟件，提取116條獨(dú)立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及其相應(yīng)方差——協(xié)方差陣為觀測信息，以CDKC的WGS－84坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行三維無約束平差。平差后，X分量改正數(shù)絕對值最大為 10.6 mm(限差為 29.1 mm)，Y分量改正數(shù)絕對值最大為 24.3 mm(限差為 34.6 mm)，Z分量改正數(shù)絕對值最大為 16.6 mm(限差為31.8 mm)，基線分量改正數(shù)均小于限差，如圖3所示。

圖3 三維約束平差后基線向量改正數(shù)及限差統(tǒng)計(jì)

(2)二維約束平差

①已知點(diǎn)兼容性分析

以CJH007、GPSⅡ016和JDS三點(diǎn)成果作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行二維約束平差。平差后，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為 ±4.9 mm，最弱邊相對中誤差為 3.10 ppm，相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差最大值為 ±3.2 mm。將未約束的3點(diǎn)平差后坐標(biāo)與原框架網(wǎng)坐標(biāo)進(jìn)行比較，坐標(biāo)較差分別為:14.9 mm、12.6 mm和 16.9 mm，其坐標(biāo)差值相對于約束點(diǎn)的邊長相對精度均遠(yuǎn)小于城市二等GPS網(wǎng)的最弱邊相對中誤差(1/120 000，8.33 ppm)。綜上，聯(lián)測的6個框架網(wǎng)GPS點(diǎn)具有較好的兼容性。

②約束平差

固定6個地鐵框架網(wǎng)GPS點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差，平差后最弱邊相對中誤差為 3.91 ppm(限差為10 ppm)，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為 ±5.2 mm(限差為±12 mm)，相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差最大值為±4.0 mm(限差為 ±10 mm)，精度統(tǒng)計(jì)情況如圖4和圖5所示。

圖4 點(diǎn)位中誤差區(qū)間分布圖

圖5 基線相對中誤差區(qū)間分布圖

③重合點(diǎn)成果比較

將重合點(diǎn)成果與一號線、二號線和四號線GPS控制網(wǎng)成果進(jìn)行比較，重合點(diǎn)坐標(biāo)較差均小于 25 mm，符合規(guī)范要求。

3 精密導(dǎo)線網(wǎng)

3.1 布網(wǎng)情況

沿地鐵三號線線路方向，采用附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線和結(jié)點(diǎn)網(wǎng)的形式進(jìn)行布網(wǎng)。共包含65個導(dǎo)線點(diǎn)和35個GPS點(diǎn)，由20個附合導(dǎo)線和6個閉合導(dǎo)線構(gòu)成。在車站附近，盡可能將導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)成環(huán)，增加導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)量，增加通視方向，利于控制點(diǎn)的長期保存和使用方便。

3.2 外業(yè)觀測

采用Leica TCA2003全站儀進(jìn)行外業(yè)觀測，共設(shè)站86站，如圖6所示。

圖6 精密導(dǎo)線網(wǎng)示意圖

3.3 數(shù)據(jù)概算

附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線的方位角閉合差絕對值最大為8.6″(限差14.1″)，由方位角閉合差計(jì)算精密導(dǎo)線網(wǎng)的測角中誤差 MO=±1.53″(限差±2.50″)，全長相對閉合差最差為 11.33 ppm(限差 28.57 ppm)。高程歸化改正值最大為 5.4 mm。投影改化改正值最大為0.1 mm，可忽略，故未進(jìn)行投影改化。

3.4 嚴(yán)密平差

采用武漢大學(xué)研發(fā)的Cosa軟件進(jìn)行平差計(jì)算，將聯(lián)測的35個GPS點(diǎn)全部固定進(jìn)行嚴(yán)密平差。平差后，相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差最大為 ±4.6 mm(限差±8 mm)，測距相對中誤差最大為 13.16 ppm(限差16.67 ppm)，點(diǎn)位中誤差最大值為 ±6.0 mm，測角中誤差為±1.34″(限差±2.5″)，導(dǎo)線邊距離改正值最大為2.5 mm，由改正值計(jì)算測距中誤差為 ±0.7 mm(限差±4 mm)。精度統(tǒng)計(jì)情況如圖7、圖8所示。

圖7 導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)位中誤差分布圖

圖8 相鄰導(dǎo)線點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差分布圖

4 高程控制網(wǎng)

4.1 布網(wǎng)方案

新選埋水準(zhǔn)點(diǎn)38個，聯(lián)測二、四號線水準(zhǔn)點(diǎn)4個，城市二等水準(zhǔn)點(diǎn)8個，三號線地面導(dǎo)線點(diǎn)1個，全網(wǎng)包括11個閉合路線和4個附合路線，如圖9所示。

4.2 外業(yè)觀測

采用Dini03電子水準(zhǔn)儀按城市軌道交通一等水準(zhǔn)網(wǎng)要求施測。共觀測61個測段，水準(zhǔn)路線往返測總長度為 190.6 km。經(jīng)計(jì)算，測段往返測高差不符值最大為 2.8 mm(限差為 6.6 mm)，附合路線和環(huán)線閉合差最大為 6.7 mm(限差為 12.7 mm)，三號線水準(zhǔn)網(wǎng)每公里水準(zhǔn)測量高差中數(shù)偶然中誤差 M∑為±0.35 mm(限差 ±1.0 mm)。

圖9 水準(zhǔn)網(wǎng)示意圖

4.3 網(wǎng)平差

(1)已知點(diǎn)精度分析

固定CD001進(jìn)行平差，采用Cosa進(jìn)行網(wǎng)平差。平差后，高差全中誤差為 ±0.24 mm(限差 ±2 mm)。將未固定的7個已知點(diǎn)高程與原高程較差(如表3所示)，CJH005和CDⅡ006兩點(diǎn)高程較差相對較大，地101、地127和地126三點(diǎn)高程較差較小。

7個已知點(diǎn)高程較差 表3

CJH001和CD012兩點(diǎn)分別位于水準(zhǔn)網(wǎng)兩端，同時CD012—地101水準(zhǔn)路線長度約 15 km，CJH001—地126水準(zhǔn)路線約長度 16 km，這兩段附合水準(zhǔn)網(wǎng)閉合差遠(yuǎn)小于限差，故采用除CDⅡ006和CJH005兩點(diǎn)外的其余6個水準(zhǔn)點(diǎn)為網(wǎng)平差的已知點(diǎn)。

(2)嚴(yán)密平差

采用 CD001、CD012、CJH001、地101、地126、地127 等6個城市二等點(diǎn)的成都高程為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算。高差全中誤差為±0.78 mm(限差±2 mm)，最弱點(diǎn)高程中誤差為±1.42 mm，相鄰點(diǎn)的相對高差中誤差最大值為±1.37 mm。圖10為水準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差統(tǒng)計(jì)情況。

圖10 高差中誤差區(qū)間分布圖

5 結(jié)論與建議

該項(xiàng)目作業(yè)規(guī)范、數(shù)據(jù)處理方法得當(dāng)、結(jié)果準(zhǔn)確，主要精度指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，為地鐵三號線施工建立了測繪基準(zhǔn)。

結(jié)合成都地鐵三號線控制網(wǎng)布設(shè)情況，對城市地鐵控制網(wǎng)布設(shè)提出了幾點(diǎn)體會和建議:

(1)控制點(diǎn)布設(shè)

利用三維地圖選點(diǎn)，加強(qiáng)與控制點(diǎn)所在建筑物業(yè)主的溝通，提高工作效率。

平面控制點(diǎn)盡量埋設(shè)房頂標(biāo)石，適當(dāng)增大平面控制點(diǎn)密度，增加通視方向，有利于控制點(diǎn)的保存和使用方便。高程控制點(diǎn)埋設(shè)于高層建筑主體，減弱地面沉降對水準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性造成的影響。

(2)外業(yè)觀測

選用先進(jìn)儀器設(shè)備(如測量機(jī)器人)，適當(dāng)增加多余觀測，減弱人為因素影響，確保觀測成果可靠。

(3)數(shù)據(jù)處理

對已知點(diǎn)進(jìn)行可靠性分析，選取精度一致的已知點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)平差，保證成果精度和可靠性。

［1］GB 50308－2008.城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.

［2］CJJ/T 73－2010.衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB/T 18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB/T 12897－2006.國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］.

［5］CJJ8－99.城市測量規(guī)范［S］.