地鐵測量基準的建立與應用探討

劉海世

（北京城建勘測設計研究院有限公司 江蘇 南京 210000）

0 引言

地鐵工程的建設具有覆蓋面廣、建設周期長、施工條件復雜等特點，對工程測量水平的要求較高。如今很多城市的地鐵工程建設規(guī)模都在不斷擴大，一套科學、合理的地鐵基準體系，將是工程各建設活動開展的重要依據。因此，針對地鐵測量基準體系建立和應用維護策略的研究，十分有必要。

1 地鐵工程測量工作的主要內容和現(xiàn)存問題

1.1 地鐵工程量工作的主要內容

在現(xiàn)代城市地鐵的施工當中，測量內容包括地上、地下和聯(lián)系測量三個重要構成。其中，地面控制測量主要是基于地鐵施工實際環(huán)境和技術要求，為相應的測繪工作提供起算數(shù)據，目的在于為各段工程施工建立相應的標準，降低測量誤差，提高整體性。同時，地面控制測量的內容又可以分為高程控制測量和平面控制測量。高程控制測量有兩個等級，即加密水準網和城市二等水準精度水準網[1]。平面控制測量也擁有兩個等級，包括首級控制網衛(wèi)星定位控制網、次級網精密導線網。主要是根據地鐵工程建設規(guī)劃中的建設順序，按照線路的走向，獨立布設測量點，實現(xiàn)最終測量體系的構建。另外，聯(lián)系測量是實現(xiàn)地面、地下測量數(shù)據傳輸、交換的中間站，有助于將地面控制測量的空間三維信息精確地傳遞至地下，進而提升地下控制測量的精準性。

1.2 地鐵工程測量控制網的現(xiàn)存問題

其一，目前地鐵施工建設以及測量基準控制網的構建過程當中，存在不同階段、區(qū)域測量數(shù)據不一致的問題。而隨著當今各地區(qū)地鐵工程規(guī)模越來越大，地鐵工程線路越來越復雜，施工和測量工作面臨的環(huán)境干擾因素也越來越多，直接的結果就是測量數(shù)據的精確性和一致性會出現(xiàn)問題。其二，測量控制網的構建工作未得到重視。雖然測量控制網的建設對地鐵工程施工進度有重要影響，但是由于受到環(huán)境因素的影響，相關測量工作的難度較高。

2 建立地鐵測量基準控制網的必要性和重要性

2.1 有助于改善多線路連接問題

目前，我國多數(shù)地鐵工程的測量體基準控制網都是采用的分期建設的模式，在單個線路當中，需要使用前期坐標系，以便讓該線路與其他線路進行連接，實現(xiàn)線路的擴展。而通過將工程測量基準網中全部數(shù)據納入統(tǒng)一坐標系，再結合坐標系實際情況，對相關線路進行連接，可以很大程度上避免坐標轉換過程中可能出現(xiàn)的差異問題。也就是說，通過構建完善的地鐵測量基準控制網，有助于讓不同改線路中坐標的形成有機的整體，降低了多線路連接問題的發(fā)生概率，進而有效規(guī)避各種干擾因素，提高工程施工的效率。

2.2 有助于提高控制網管理水平

城市軌道交通的建設，覆蓋了城市大部分地區(qū)，涉及到大量地下工程的建設，對工程管理提出了非常高的要求。在實際的施工建設當中，需要通過構建系統(tǒng)化的基準控制網，將地鐵工程和城市其他相應的市政工程進行銜接，進而提高城市綜合管理水平。具體來講，在地鐵施工中，施工單位通過對地質結構、城市環(huán)境的勘察，進而完成對地鐵工程的設計施工，在此基礎上，建立測量基準控制網。另外，技術人員還可以在工作中對控制測量標志進行保護，并對控制網展開復測工作，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行有效處理。顯然，測量基準網的建設，將給地鐵工程乃至整個城市市政工程體系的管理提供便利。

3 地鐵測量基準的建立與應用分析

某地鐵工程位于北京市，為該市東區(qū)重要公共交通工程。因為地鐵交通工程建設的不可逆性，所以有必要建設穩(wěn)定的高精度地鐵測量基準網，確保工程施工達到設計要求。地鐵測量基準網的建設，需要考慮實用性、穩(wěn)定性和可拓展性，確定好起算參數(shù)，建立合適的專用控制網。為此，該工程施工單位采取的建設及應用策略如下：

3.1 地鐵測量基準控制網的建設

3.1.1 平面控制網

該地鐵工程施工單位將經過某地的車輛段子午線作為中央子午線 （116°55’38’’），投影面高為430m。然后，將既有的兩條線路兩端GPS 點和交叉點中的5 個GPS 點由現(xiàn)有的C 級提升到B 級，進而與國家B 級網聯(lián)測。然后，根據國家相關規(guī)定，建立規(guī)范的轉換關系。以該5 個GPS 點作為地鐵測量基準網絡的基本框架，后續(xù)建立的所有網都以其中的兩個GPS 點作為起算點，其他的GPS 點則作為檢核點。通過這種方式，構建了一套平面控制網，而對于進入相鄰地區(qū)或是遠離北京市的控制網，則根據相應的變形限制情況，采取坐標轉換或分帶的方式，與周邊城市地區(qū)的坐標系統(tǒng)進行連接[2]。

3.1.2 高程控制網的布設

在本工程中，施工單位技術人員采用了現(xiàn)有的2 個深層水準點作為起算基準點，同時在另外2 條現(xiàn)有線路的兩端，以及相應線路的交叉位置增加了深層水準點。其中，標石布設在地下穩(wěn)固的持力層上，埋深為25~30m。通過這種方式，建立了一套覆蓋面合適、分布均勻、穩(wěn)定性強的水準點，基于此可以對沉降漏洞、地下裂縫等情況進行監(jiān)測，進而為地鐵工程建設和運營監(jiān)測打下了可靠的基礎。為了確保高程控制網布設質量，技術人員通過環(huán)境勘察選擇了開闊地，有助于實現(xiàn)GPS 聯(lián)測，為后續(xù)的GPS 高程測量建立參考。

3.2 測量基準控制網的使用和維護

3.2.1 平面控制網

為了確保控制網的應用價值得到最大限度的發(fā)揮，需要在地鐵工程開工前6 個月左右的時間點建立平面控制網。在建立完成以及工程開工階段，要使用相同的精度對控制網進行復測，并且在工程建設階段按照每年一次的頻率進行復測，直至工程竣工?？紤]到如今很多城市的地鐵工程都是多線路同時建設，在對GPS 控制網進行復測時，要做好統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調，做好控制網穩(wěn)定性的把控。針對新的地鐵工程線路建立GPS 平面控制網時，要對已有線路控制網兩端的GPS 控制點進行聯(lián)測，提升控制網的可靠性。如果在聯(lián)測過程中出現(xiàn)超限的問題，應當具體分析原因，有必要時針對實際情況啟用新坐標。

3.2.2 高程控制網

針對高程控制網的使用和維護，同樣需要結合實際情況制定合理的策略。比如，在該北京地鐵工程中，兩個深層水準點啟用之后，自啟用時間，按照10 年1 次的頻率，將水準點和國家水準網進行聯(lián)測，并且與相關單位合作，進行維護。在施工過程當中，針對地面水準網的復測，要根據實際情況和施工要求進行，確保復測方式的規(guī)范性和實用性。在地鐵工程建成投入使用之后，還要按照4 年1 次的頻率進行聯(lián)測，聯(lián)測內容包括對深層水準標石、淺層水準標石以及部分穩(wěn)定的普通水準點的檢測。針對重點監(jiān)控的區(qū)段，要將淺層水準點和深層水準點作為起算點。

3.2.3 沉降監(jiān)測

在地鐵工程的建設施工以及測量控制網的建設應用中，不良地質條件的不利影響較大。為此，要考慮當?shù)靥厥獾牡刭|條件和環(huán)境特點，重點明確特殊情況。在此基礎上，做好一般監(jiān)測、重點監(jiān)測點的劃分，并做好分段管理。為此，本工程案例中施工單位首先對工程本工程覆蓋區(qū)域乃至整個北京地區(qū)的地質條件資料進行收集，對重點區(qū)域進行全面勘察，明確沉降漏洞、地裂縫等不良地質條件。針對規(guī)劃的路線經過不良地質段的區(qū)域，使用十字骨架測量網和GPS 測量技術，為工程的建設施工提供重要數(shù)據依據。其次，針對新的地鐵工程施工段，技術人員將首次布網測量和開工復測進行對比，明確沉降區(qū)段，再結合前期的監(jiān)測結果，編寫一套完善的監(jiān)測方案，便于對相關不良地質區(qū)段開展重點監(jiān)測工作。要注意的是，需要將地質自然沉降以及施工局部沉降情況進行有效區(qū)分，做好各方面測量的及時匯總，形成完整的數(shù)據庫。最后，在工程土建施工完成之后，要全面監(jiān)測地下隧道各位置的情況，在地面則要重點監(jiān)測不良地質區(qū)段?？紤]到地鐵地下隧道空間有限，加上地鐵工程投入運營之后，隧道環(huán)境復雜，需要全面配置自動監(jiān)測儀器，實現(xiàn)對隧道部分的實時監(jiān)測。

4 結語

綜上所述，地鐵工程作為關乎現(xiàn)代城市發(fā)展的重要工程，其建設施工水平至關重要。在地鐵工程的施工建設中，需要秉承科學、規(guī)范的原則，建立一套成熟的測量基準控制網，為工程施工、后續(xù)運營管理乃至整個市政管理工作打下可靠的基礎。在地鐵測量基準控制網的建設中，要采用現(xiàn)代技術，做好地質勘察和城市環(huán)境分析，并做好工程維護管理，進一步發(fā)揮測量基準控制網的應用價值。