地铁交叉区域GPS点坐标选取对控制网影响研究

2018-07-03孙宇超许艺腾

铁道勘察 2018年3期

许锋孙宇超许艺腾

(1.中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133；2.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308；3.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300461)

地铁工程平面控制网由两个部分构成，首级控制网为GPS控制网，次级控制网为精密导线控制网(逐级布设)[1-3]。地铁工程平面控制网按地铁规划网中各条线路建设的先后顺序独立布设[10]。

GPS控制网布设前，应根据地铁线路的规划设计，收集、分析沿线现有城市控制网的成果资料，以及地铁的标石、精度等有关资料[6]。目前，地铁线路交叉换乘的节点越来越多，在线路延伸及交叉区域中，重合GPS控制点坐标的选取则成为控制网布设的关键，将直接影响控制网整体平差成果的精度，进而影响后续建设期间及运营期间的测量监测工作[9]。

已有众多学者进行了相关研究，明确表示在地铁线路建设中，在交叉区域应布设2个及以上重合点并考虑新旧两套坐标的衔接质量[6]。以广州市轨道交通7号线一期工程西延顺德段(以下简称广州7号线)控制测量为例，探讨交叉区域内GPS控制点起算坐标选取对精密导线点成果的影响。

1 工程实例

1.1 工程概况

广州7号线长约14.123 km，其中顺德区段长约11.375 km，广州段长约2.748 km。共设8座车站，其中换乘车站3座，广州7号线与佛山3号线在北滘新城站交叉。为保证线路衔接，消除不同线路控制网因系统差异而引起的施工误差，广州7号线控制网布设时，联测了佛山3号线GPS点(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)和精密导线点(DX29、DX109A)。广州7号线交叉区域控制网如图1。

图1 广州7号线交叉区域控制网

由广州7号线GPS控制网成果与佛山3号线控制网成果对比分析可知，其重合点坐标较差小于《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308—2017)规定的“不同线路控制网点重合点坐标较差小于25 mm”的限差要求[3]。佛山3号线交叉区域控制网如图2。

图2 佛山3号线交叉区域控制网

广州7号线与佛山3号线有线路重合点10个，含4个GPS点(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)及6个精密导线点(DX29、DX21、DX32、DX33、DX34、DX109A)。

1.2 问题分析

原计划佛山3号线于2014年开工建设，广州7号线于2016年开工建设，广州7号线在控制网布设中联测佛山3号线GPS点。在实际土建施工中，佛山3号线与广州7号线于2016年同期动工建设，佛山3号线业主单位将佛山3号线高村站(不含)—北滘新城站—三洪奇站(不含)段一站两区间移交广州7号线业主单位同期建设，即佛山3号线高村站(不含)—三洪奇站(不含)段与广州7号线美的大道站(不含)—林头站(不含)段共计一站四区间土建标同时交由广州7号线同一家施工单位同时施工建设，北滘新城站换乘形式为四线同站台换乘。

由于控制网GPS点前期坐标选择的原因，导致佛山3号线与广州7号线在交叉区域控制点重点但不共坐标，广州7号线与佛山3号线10个重合控制点坐标比较如表1。

表1 广州7号线与佛山3号线重合控制点坐标比较

由表1坐标较差可知，重合GPS点坐标较差小于25 mm的限差要求，但是重合精密导线点坐标较差较大，最大差值点为DX32(X为30.3 mm，Y为14.9 mm)。

2 解决措施

结合交叉区域控制网网形及重合控制点坐标对比分析情况，拟制定两种方案来解决上述存在的问题。

2.1 方案一

(1)实施方案

考虑佛山3号线控制网为2014年布设，广州7号线控制网为后期建设。因此，将广州7号线交叉区域内4个GPS点(M3G32、M3G34、M3G35、M3G36)坐标采用佛山3号线控制网成果，并据此对广州7号线控制网重新进行平差计算，对交叉区域控制网成果进行比对分析。广州7号线与佛山3号线重合控制点坐标比较如表2。

表2 广州7号线与佛山3号线重合控制点坐标比较

由表2坐标较差分析可知：交叉区域内4个GPS点坐标采用佛山3号线控制网成果后，精密导线控制点DX29、DX109A、DX21、DX32、DX33、DX34坐标发生较大变化，坐标最大差值点为精密导线点DX21(X为0.2 mm，Y为2.0 mm)。由此可见，GPS点坐标的选取直接影响着精密导线点的精度。

(2)优点分析

交叉区域内，广州7号线GPS点坐标成果采用佛山3号线坐标成果后，可较好地消除控制点坐标差值。在精密导线点坐标差值小于12 mm情况下，可直接采用佛山3号线坐标(即交叉区域同点同坐标)。此方案既避免了土建施工单位在施工中使用两套坐标带来的麻烦，又保证了交叉区域的测量精度。

(3)缺点分析

交叉区域内，广州7号线GPS点坐标成果采用佛山3号线坐标成果后，在其精密导线控制网平差计算中，必将引起GPS点周围其它精密导线点坐标的变动。因此，采取此方案，广州7号线控制网成果需要重新计算，并且需要提交新的成果报告，增加了计算成本。同时，需要对整个控制网成果变化区域内的施工单位进行重新交接桩，额外增加了交桩工作量。

2.2 方案二

(1)实施方案

在交叉区域内，广州7号线与佛山3号线各自使用自己的控制点成果。即广州7号线车站及盾构区间施工期间采用广州7号线测量控制网成果，佛山3号线车站及盾构区间施工期间采用佛山3号线测量控制网成果。各单位测量部门建立两条线路测量成果台账，两套测量成果互不干涉。

(2)优点分析

对广州7号线与佛山3号线交叉区域内控制点方位角进行比较分析(衔接边方位角均不超过12″)，采用此坐标推算相邻区间贯通误差满足规范要求，单独使用任何一套成果坐标均可满足线路精度需要。衔接边方位角比较如表3。

表3 衔接边方位角比较

(3)缺点分析

虽然业主单位对监理单位、测量检测单位、土建单位已进行技术交底，但两套坐标在车站基坑开挖、主体施工、盾构掘进、铺轨调线作业中容易混淆，造成不必要的麻烦。

2.3 最终方案

对上述两方案进行对比分析，考虑广州7号线大部分位于佛山市顺德区境内，同时结合佛山市地铁整体规划情况及现场具体实施操作情况，决定采取方案一作为实施方案。

3 类似工程问题

上述案例仅针对广州7号线与佛山3号线的交叉区域进行了分析研究，而在目前众多城市的地铁建设中，线路换乘点可能会更多，影响因素也更复杂。

例如西安地铁8号线共设车站35座，其中换乘站达到17座。广州地铁11号线共设32座车站，其中换乘站达到21座。成都地铁7号线共设车站31座，其中换乘站达到22座。全世界最长的全地下地铁线路北京地铁10号线，线路共设车站45座，其中换乘站达24座[3]。

根据上述国内主要城市环线地铁建设情况不难发现，在环线地铁控制网布设中，交叉区域GPS控制点坐标选取也将面临更大的挑战。针对目前地铁工程建设特点，结合实际工程案例，给出类似工程交叉区域GPS控制点坐标选取的建议方案。

(1)交叉区域内，新线控制网GPS控制点坐标与旧线路控制网GPS控制点坐标较差满足《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308—2017)规定的“不同线路控制网重合点坐标较差小于25 mm”的限差要求[3]，且为同站台四线换乘时，交叉区域内新线控制网GPS控制点坐标采用旧成果，可以较好地保证工程的衔接质量，同时便于测量工作者施工期间使用。

(2)交叉区域内，新线控制网GPS控制点坐标与旧线路控制网GPS控制点坐标较差满足规范限差要求，但换乘工程为不同期建设且为不同站台时，交叉区域内新线控制网GPS控制点坐标采用新成果，即新线采用新成果、旧线采用旧成果，交叉区域内两套坐标并行，可以较好地保证线路的贯通质量和线路的平顺性，便于后期的铺轨调线、运营监测等工作开展。

(3)交叉区域内，新线控制网GPS控制点坐标与旧线路控制网GPS控制点坐标较差不满足规范限差要求时，说明交叉区域内GPS点已发生位移，那么交叉区域内新旧线控制网GPS控制点坐标均应采用新成果，不仅可以对旧线点位坐标及时进行更新，保证旧线路的顺利建设，也可以较好地保证新建线路的建设精度。

[1] 秦长利.城市轨道交通工程测量[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

[2] 张先锋.地铁工程测量技术指南[M].北京：人民交通出版社，2013

[3] GB50308—2017 城市轨道交通工程测量规范[S]

[4] 周春枝.隧道测量误差控制方案的研究[D].阜新:辽宁工程技术大学，2011

[5] 刘晓华.城市地铁施工测量中的若干问题研究[D].成都:西南交通大学，2016

[6] GB/T18134—2009 全球定位系统(GPS)测量规范[S]

[7] GB50026—2007 工程测量规范[S]

[8] 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

[9] 胡则银.论构建城市轨道交通工程测量基准控制网的必要性[J].工程建设与设计，2017(4):106-108

[10] 汪博，王建.城市轨道交通工程控制测量建网策略[J].隧道建设，2012，32(3):346-349

[11] 付绅.论构建城市轨道交通工程测量控制网的必要性[J].赤峰学院学报，2016(1):73-75