精密导线测量技术在郑州市轨道交通2号线中的应用

狄钢

(郑州市规划勘测设计研究院，河南 郑州 450052)

1 工程概况

郑州市轨道交通2 号线起始于惠济区政府，经过开元路、花园路、紫荆山、花寨路终至于向阳路，全长26.7 km，共设车站21 座，平均站间距1.3 km，线路经过郑州市城区目前南北最长的交通大动脉花园路—紫荆山路，连接至管城区南部，沿线分别与其他规划的5条轨道线路相交，全线1/3 位于主城区，车流量达，道路两边高楼林立，给测量带来很大困难。

2 精密导线网的特点

2.1 整网布设，集中观测

精密导线是直接为地铁施工服务的，因此点位间的相对精度要求很高，这一特点就要求精密导线的观测需要进行集中地整网布设和观测，最好是在工程开工建设前进行观测，这样受工程施工的影响会少一些［1］。

2.2 导线的选点、埋石工作难度大

精密导线网作为轨道二级加密网，虽然其导线设计不太复杂，但作为导线点的选定和埋石却不是件简单的事。导线点选点既要考虑轨道施工的需要和导线的基本要求，还要顾及点位在实地位置及标志埋设的可能性及可保存性。同时，导线在实地选定和埋设，要求作业人员能够对城市轨道交通工程测量规范灵活运用，并且具备良好的协调沟通能力。

2.3 导线的观测精度要求高

精密导线的测量技术要求与国家和城市测量规范的四等导线基本一致，主要是缩短了导线的长度与导线边长，提高了点位精度［2］。这一特点决定了施测合格的精密导线时，除了选调精细熟练的作业员和高精度的测量仪器外，还必须十分注重观测中仪器及棱镜对点器的检校;对于城区繁华地带，尽力缩短观测时间和减少汽车尾气对观测的影响。

3 精密导线网的布设

精密导线点直接服务于轨道交通工程施工，点位要尽量沿轨道线路布设，以方便施工的需要，一般布设成附合导线、多边形闭合导线或结点网形式，具体布设形式要结合现场实际情况合理运用这三种导线形式，体现精密导线灵活多变的特点［3］。

根据轨道交通2 号线首级GPS 控制网的点位通视情况以及2 号线沿线地面与建筑物上GPS 点的通视情况，经过图上选点和实地踏勘，反复比较，最终2号线精密导线网布设精密导线点102 座，实际设置了11 个结点，全网由3 条结点导线网和2 条附合导线构成。由于2 号线沿线绝大部分为现状道路，因此精密导线点大部分沿现状道路布设，既易于标石的埋设与保护，也便于观测。布网图形如图1所示。

4 精密导线点标石的埋设

精密导线标石的制作和埋设严格按《城市轨道交通工程测量规范》的要求实施。精密导线标石埋设工作非常艰难，遇到许多问题。

4.1 管理部门多

道路上施工需要经过市政、执法、交警等多个部门的批准，前期需要办理的手续烦琐。

图1 轨道2 号线精密导线网布设略图

4.2 埋设难度大、造价高

2 号线沿线道路多为刚刚改造过的精品街，大理石路面下有很厚的水泥层，水泥层下有较坚硬的三七土层，开挖难度大，为此新购买了发电机、钻机等设备，辅助开挖。埋设时以精品街改造统一的电缆井式样重做护井和护盖，造价很大。

4.3 施工难度大

主城区道路下管线纵横，郑州市又缺乏精准的地下管网图，为避免施工中触及地下电力电缆等管线造成重大安全事故，规定施工中慎重使用电力钻机，除切开硬化路面和浅表层外，其他均以人工开凿。

5 精密导线网的外业观测

由于精密导线点均位于城市道路的两侧，外业观测时受阳光、行人及汽车尾气的影响很大，尤其是汽车尾气的影响最大。为此部分繁华测段外业观测时，选择在晚上10 时以后，受道路上汽车及行人的影响少，工作效率高。本次精密导线观测使用瑞士Leica TCR1201 全站仪，其标称精度为:测角中误差±1″，测距精度(1+1.5 PPm)。

5.1 精密导线水平角观测

(1)测量仪器须经过检定并合格有效，除按规定到国家法定测绘仪器检定机构进行检定外，还要对全站仪及前后棱镜基座的对点器进行检校，以确保仪器整平对中的精度，而这项误差对于高精度测量是不可忽视的［4］。

(2)到达测站后应立即打开携带的温度计、气压表，置于通风良好避免日光直射的地方，待气压表和温度表和周围温度一致后，记录气象数据。

(3)测站点上只有两个方向时，水平角观测宜左、右角各2 个测回观测，左、右角平均值之和与360°的较差小于4″;当方向数多于3 个时宜采用方向观测法观测4 个测回，测回间方向值之差小于6″。

(4)前后视边长相差较大，观测需要调焦时，宜采用同一方向正倒镜观测法，此时一测回中不同方向可不考虑2C 较差的限差。

(5)关于用于改平计算的垂直角观测的精度及方法，轨道规范没有明确，可执行现行城市测量规范要求。对于郑州市轨道交通2 号线中不与建筑物上的GPS 点发生关系的边长，其垂直角按中丝一测回测量即可;对于与建筑物上的GPS 点相连的边长，其垂直角按中丝二测回测量，垂直角测回差和指标差较差均不得大于7″。

5.2 精密导线边长观测

精密导线边长测量在成像清晰、气象条件稳定时进行。

(1)边长测量采用往返测量方式，单程观测2 测回，每测回照准目标1 次、读数4 次。

(2)测距时应读取温度和气压，测前测后各读取一次，取平均值作为测站的气象数据。温度读至0.2℃，气压读至50 Pa。

(3)测距时读取斜距和垂直角，不采用全站仪直接读取平距的方法。平距采用下列公式计算:

采用上述公式计算的最大好处在于所计算的平距值几何意义明确，与后续将要计算的测距边的高程归化和投影改算相统一。

5.3 精密导线三角高程测量

三角高程测量的目的是为了导线边长投影计算的需要，高程起算点均为不低于三等水准的高程点，精密导线间高差的测定和精密导线边长的测定同时进行，分别在农业路站、航海路站附近水准网高程控制点联测［5］。

6 数据处理

(1)斜距观测值须进行加、乘常数改正、周期误差改正、气象改正。

(2)经改平计算的往返平距平均值需要经过高程归化和投影改算才能成为最终参与平差计算边长值。测距边的高程归化按下式计算［6～10］:

测距边在高斯投影面上长度D 按下式计算:

(4)精密导线网平差计算采用武汉大学研制的COSA 数据处理系统进行整网严密平差，沿线通视的GPS 点可作为起算点。

7 精密导线测量精度评定

轨道2 号线精密导线数据处理后的验后测角中误差为±1.6″，小于规范规定的2.5″的限差要求，导线点的点位中误差平均值为±4.4 mm，最弱点的点位中误差为±11.1 mm，导线相邻点的相对点位中误差平均值为±3.0 mm，最大值为±4.8 mm，均小于规范的限差要求，其主要精度指标如表1所示。

表1 轨道交通2 号线精密导线平差主要精度指标统计

8 与衔接线路控制点的联测

郑州市轨道交通1、2 号线在紫荆山立交桥相交，为检核1、2 号线精密导线网的一致性，本次轨道2 号线精密导线网布设时，特意重合了轨道1 号线的精密导线控制点25 号点，现将两条线路重合点的坐标较差如表2所示。

表2 轨道1、2 号线精密导线网重合点坐标较差比较

从表2可看出，重合点坐标较差小于规范要求，达到了设计要求。

9 体会及建议

(1)轨道交通精密导线作为二级加密网，虽然其导线设计不太复杂，导线点的选定和埋石时需要多方沟通、多方协商才能获得满意的点位。

(2)城市繁华地带的精密导线的测量工作受外界环节影响很大，尤其是汽车尾气的影响。因此对于城区繁华地带，尽力缩短观测时间和减少汽车尾气对观测的影响是确保测角质量的关键，必要时，采用夜间观测是一个较好的选择。

(3)通过本次轨道2 号线精密导线测量的摸索和总结，对精密导线选点、测量方法进行改进和优化，取得了较好的成果，对以后郑州市轨道交通精密导线测量提供了较好的借鉴作用。

［1］何晓辉．地铁地面精密导线测量［J］．隧道建设，2008(3):362～364．

［2］CJJ/T 8－2011．城市测量规范［S］．

［3］GB50308－2008．城市轨道交通工程测量规范［S］．

［4］马全明．城市轨道交通工程精密施工测量技术的应用与研究［J］．测绘通报，2010(11):41～45．

［5］刘边达，徐顺明．精密导线测量在广州地铁二号线北延段的应用［J］．山西建筑，2008，34(4):348～349．

［6］付子傲，包欢．全站仪检定中测距常数有关问题的探讨［J］．中国计量，2007 (1):61～62．

［7］徐顺明，陈焕然．精密导线测量在广州地铁珠江新城线的应用［J］．基建优化，2006，27(5):118～121．

［8］王晓兵，李淑娟，马震等．青岛地铁控制测量中的边长改化［J］．城市勘测，2013(5):125～126．

［9］胡朝辉．深圳地铁控制测量中的边长改化［J］．地理空间信息，2007，5(3):107～108．

［10］周志鸿．浅谈测距边长改化在地铁R2 线(机场段)精密导线测量中的运用［J］．城市道桥与防洪，2009(8):127～129．