济南城市轨道交通框架测量控制网建设研究

王东晓

（山东轨道交通勘察设计院有限公司，山东 济南 250014）

城市轨道交通作为一项综合性的系统工程具有精度高、周期长等特点，从线网规划、工程设计、施工建设到运营维护等各个阶段与测量工作都密不可分。统一稳定的地面测量控制网是整个工程建设的基础，是实现优质工程的必要保证。目前由于轨道交通线路分期建设，单条线路控制网均是按照线路走向单独布网，单独控制，在线路相交处采用坐标拟合的方法进行坐标转换，这就出现了衔接精度差、不同线路数据不能共享、起算基准不统一等问题。而轨道交通框架测量控制网在各线路实施之前对轨道交通各项建设工程进行前瞻性的空间控制，把各线路预先放在同一个基准下，有效地解决了上述问题，尤其对济南这种南高北低、东西跨度大的城市，能涵盖整个轨道交通线网范围的控制网更为重要。

1.框架测量控制网的必要性

1.1 实现轨道交通控制测量“三网合一”

“三网合一”即轨道交通勘察设计控制网、施工测量控制网、运营维护控制网的坐标高程系统的统一、起算基准的统一和测量精度协调统一。由于轨道交通建设工程量巨大，即便单一线路也存在许多参建单位，不同的单位在数据管理模式存在差异，这就导致无法实现不同标段成果共享和可靠性检验。框架测量控制网实现了“三网合一”，同时增加了多标段不同阶段数据管理的适应性和自由度，最大限度地保证了轨道交通工程的系统性和整体性。

1.2 满足城市控制网对接问题

随着济南“东拓、西进、北跨、南控、中优”战略规划的出台和济南市轨道交通线网的优化，将来会有更多的轨道交通线路覆盖到先行区、章丘、商河等地，甚至辐射到周边齐河、肥城等城市，原本只能满足各自城市建设的城市独立控制网已经无法实现对接，更大范围的框架测量控制网是十分必要的。整体控制网建立在与两城市或多城市都能兼容的独立坐标系下，既保证了整体控制网的相对独立性，又解决了不同城市控制网间的对接问题，有利于周边城市快速融入济南省会都市圈。

1.3 解决多线路精准衔接问题

随着城市规模扩张，轨道交通工程线路之间将会出现越来越多交叉换乘节点，这是城市轨道交通工程建设过程中越来越明显的一个特征。尽管在规划和建设阶段一般都预留了线路衔接接口，但是随着国家测绘与地理信息的更新，这些资料与将来的新线设计资料是否一致、匹配，尤其是坐标系统的是否统一，将存在着直接影响。

轨道交通工程投资巨大、建设周期长，一般单条线路或几条线路同时开工，分期建设。各线路由不同的单位设计、施工，按照线路特点建立独立控制网，鉴于目前没有统一框架网，这些控制网因设计建设便利可能采用不同的基准。建立一个能覆盖全线路的整体框架控制网，在纳入已建工程测量数据的同时，最大限度地保障多线路及后期规划建设控制网的精度指标一致，并能保证线路对接点坐标的一致性。

2.框架测量控制网布设原则

一是根据现行规范要求，在框架网设计中，应该实现一次性的布网，完成工程项目的整体测量，同时，在框架网设计过程中，也应充分利用现有可利用的城市高等级控制网和在建线路GPS控制点，既增加了控制网检核条件，又避免控制网资源的重复建设，节约工程的成本。二是引入JNCORS，作为济南轨道交通框架网的平面坐标起算点。CORS站具有连续观测、无人值守的优势，将CORS站数据加入框架网中处理，大大增加了控制网站点数和观测量，减少了不必要设站，有效地保证了控制网的网形。三是控制网采用的坐标系与城市基础建设基准一致的济南1993独立坐标系，方便轨道交通前期规划、施工建设和竣工验收等各项工作，除此之外，考虑到国家推行2000国家大地坐标系的要求，还应提供2000国家大地坐标系成果，并提供转换参数。

3.济南轨道交通框架网初探

济南轨道交通方案统筹考虑服务支撑城市发展，解决城区交通拥堵、城区与市郊交通联系，将章丘、济阳、长清、平阴等等卫星城纳入轨道交通线网规划范围，并延伸至周边肥城、齐河等县（市），将国铁干线、市域铁路、城市轨道交通、中运量轨道交通等多种交通制式协调规划，多网合一，形成全市“一张大网” “一张图”，实现都市圈“四网融合”。现有城市GPS控制点由于点位密度和精度等问题已无法满足大规模轨道交通建设要求。基于以上原因，并考虑到后期轨道交通的长远发展和安全建设、运营，济南市开展了全域测量控制网的研究工作。

3.1 平面框架网策略

按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308-2017）中相关技术要求，一等平面控制网平均边长为10 km，结合济南市现有控制点点位分布情况和济南市轨道交通远景规划覆盖区域范围，济南市全市轨道交通框架控制网控制范围约4000 km2，需布设一等平面控制点约48个，其中范围内有JNCORS站点5个，已有城市B级、C级控制点位10个，需新埋设控制点33个。如下图所示。

3.2 高程框架网策略

按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308-2017）中相关技术要求，一等高程控制网水准点平均间距应小于4 km。一等水准网水准点约150个（其中利用已有水准点位约100个，需新埋设高程控制点点位约50个），水准测量线路单程约900公里（往返观测），如下图所示。

3.3 注意事项

一是济南城市轨道交通框架测量控制网充分考虑城市发展格局，将黄河北岸新旧动能转换先行区纳入网内，但是由于黄河属于地上河，地层多为粉砂、细砂、黏质砂土或砂质黏土，含水量丰富，地质不稳定，埋设基准点需特殊处理，采用深桩基准点。二是综合考虑规划线路平面布置图、济南市城市高等级平面控制点、在建济南轨道交通线路控制点分布情况，在线路衔接处，充分考虑重合点。当利用城市已有控制点时，应检查该点的稳定性和完好性。

4.框架测量控制网的复测

轨道交通工程建设工期较长，作业区地质条件复杂、地下管线繁多，控制网内控制点不可避免地会产生位移和沉降。城市轨道交通控制网是保证隧道贯通和施工测量的基础，需及时进行复测从而掌握控制点变形情况，及时了解控制点稳定状态，并进行相应技术处理。同时随着城市建设的进行，控制点可能被遮挡或破坏。在日常普查过程中发现点位破坏的情况时，需重新选择合适的位置布设新点。为确保轨道交通框架网线工作的顺利进行，在框架测量控制网建成后，每2年复测一次，且复测技术要求应符合以下要求。一是复测时采用的起算点和控制网观测方案与原测量方案一致。二是复测采用的仪器设备、观测方法、观测精度、数据处理和成果精度与初测一致。三是同一平面控制点的复测和初测成果坐标分量较差的极限误差应小于2m；同一高程控制点高程较差极限误差小于m。（m为复测控制点点位或高程中误差）。四是当大于以上值时应查明原因及时补测。

5.结语

随着济南城市版图的扩张，迫切需要建立涵盖全域范围的城市轨道交投测量控制网，本文结合济南实际，对济南城市轨道交通框架控制网建设进行了初步研究。城市轨道交通后期会与国铁换乘或者交叉，在建网或者复测时应考虑与之联测；采用水准仪、GPS、INSAR集成技术开展全域地表沉降工作，分析沉降区域、沉降速率规律，为全域控制网的优化设计提供动态参考。