关于开展某市城市轨道交通框架测量控制网建设的工作建议

任燕

摘要：本文分析了某市城市轨道交通控制建设网现状及问题，为实现全市各条线路之间的结构和线路换乘车站准确衔接，为城市轨道交通近期、远期建设目标提供稳定高精度基准，提出了开展某市轨道交通框架测量控制网建设的工作建议，对全市轨道交通线路的建设运营、整体联调具有十分重要的指导意义。

Abstract： This paper does some research on the current situation and problems of urban rail transit control network construction in a city. Some suggestions on the construction of urban rail transit framework measuring control network are proposed， in order to realize the accurate connection between lines and to provide a stable and high-precision reference for the construction of urban rail transit.

关键词：城市轨道交通;框架测量控制网;GPS;水准点

Key words： urban rail transit;framework measuring control network;GPS;level point

中图分类号：U212.24                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）12-0142-05

0  引言

城市轨道交通的特点包括施工测量精度要求高、建设周期长、互相换乘、分期建设、网状规划等，所以其要求较高的测量控制网精度和统一性，且相邻点相对精度要求更高[1]。

随着新建线路的增加，轨道交通线网初具规模，规划线路与已运营线路的联系日益增多，如何保证换乘线路之间的结构和线路准确衔接，是地铁控制网设计时必须考虑的问题。

现阶段城市建设速度惊人，城市基础设施和建（构）筑物不断增多，城市建设对地下水的不断开采，市域内出现了多个漏斗，以漏斗为中心形成地面多个沉降中心，地面沉降及其差异性沉降对高程控制测量影响较大。以往按照线路布设的高程控制点将随着地面沉降一同发生沉降，控制点间的差异沉降对指导地铁施工产生极大的影响，同时拆迁、修建道路等往往造成控制点点位严重丢失破坏，因此在控制网使用期间需要不断对控制网进行复测和维护。

结合城市轨道交通近期、远期建设目标，在轨道交通建设初期一次成型的城市轨道交通工程框架测量控制网，使其具有稳定、可靠的、统一的特点，可满足满足轨道交通在建或后续建设工程使用以及运营维护的需求，且十分迫切。本文针对某省会城市轨道交通测量控制网现状及存在问题，参考国内其他城市建设轨道交通框架测量控制网的实际案例，结合该市轨道交通2号线工程建设需求，提出关于开展该市轨道交通框架测量控制网建设的工作建议与设计思路。

1  现状

1.1 平面控制网  某省会城市平均海拔约800m，市测绘院提供的起算控制点采用的是本市城市独立坐标系，此坐标系采用海平面（海拔高程为0）作为投影面，轨道交通线路中间每千米的投影变形值粗略计算达13cm左右，线路两端的变形值甚至达到米级，这样大的投影变形远远超出了各类测量规范对于长度投影变形值的规定，同时也降低了设计所需要的大比例尺地形图的精度，不能满足地铁工程建设的需要。

该市轨道交通2号线一期工程建设时委托了第三方测量单位和市勘察测绘研究院对2号线的控制点坐标重新进行了投影解算，解算后又对前期测量的地形图、管线图甚至于设计出的施工图进行坐标转换，增加了参建各方的工作量及成本，也对工程进度造成影响。

1.2 高程控制网  该市有3个深层基岩点，分别位于市东山、西山及西南方向山上作为城市水准基点，该市轨道交通2号线一期工程沿线共采用11个城市二等水准点（均为地面普通点），由市勘察测绘研究院于2015年12月进行联测，做为2号线一期工程水准网的起算点。由第三方测量单位进行加密，作为施工水准控制点。

1.3 存在的问题  结合某市现有城市控制网建设现状，若将该市现有城市控制网应用于城市轨道交通建设，则存在以下问题：

①该市城市控制網的建设最初是为了满足大比例尺地形测图和一般工程建设定位放样的需要[2]，而城市轨道交通工程测量则需精密工程测量。由于目前城市控制网建设将海平面（海拔高程为0）作为投影面，其与平均海拔面相差较大，使得投影变形过大，因此城市控制网的测量精度和密度均无法满足地铁工程建设的需要。

②地铁工程建设周期长，控制网需要在建设期和运营期的全过程发挥作用，因此需要点位稳固且能长期保存。由于城市扩建、地下水开采等原因的综合影响，该市城区范围存在不均匀沉降，城区南部清徐、小店、晋源区沉降较大，城区北部沉降较小，形成城区南北部的明显沉降差异。城区存在的差异沉降对轨道交通的建设造成很大的影响。而目前本市水准点布设均为地面普通水准标石和墙上标志，会随着地表沉降一同沉降，因此城区南北部的差异沉降使得由它测出来的高程无法反应出车站和区间的真实高程值。从2015年1月至12月，城区沉降量为0-55mm，南中环街以北沉降量较小为0-10mm，南中环街以南沉降量较大为10-55mm。

③该市轨道交通2号线一期工程测量控制网均以城市控制网为基点，平面及高程测量控制点数据由市勘察测绘研究院提供，为保证控制网成果的可靠，控制网需整体统一联测，成果定期维护和更新，而既有城市控制网并不是专门为城市轨道交通而设立，因此数据维护更新的及时性不能满足轨道交通施工要求。这样给各条线路的衔接、长距离的隧道正确贯通、高质量的铺轨及车站施工过程中的监测工作带来极大困难。

由于该市没有统一的轨道交通首级控制网，目前2号线一期工程控制网为单独的控制网，虽然在后续线路建设期间可与既有线路的控制网进行联测以保证衔接质量，但是无法从整体上对控制网进行优化调整。由此可见，从城市整体建设、施工运营安全出发，建立一套满足精密工程测量、点位稳定、整体统一的测量控制网是十分必要的。

2  总体设计建议

2.1 建设方案提议  基于某市平面控制网和高程控制网的建设现状，针对2号线一期工程建设使用现有城市测量控制网存在的问题，提议为某市建立一套稳定、可靠、统一的城市轨道交通工程框架测量控制网。

全市统一、精密的城市轨道交通工程框架测量控制网，不仅可有效提高各条轨道交通线路控制网的精度和兼容性，确保线路之间的顺利衔接，还能够为城市轨道交通工程勘测设计、建设施工、运营维护等各阶段提供更高精度的、统一的测量基准。此外，它可明显提高加密控制网构网精度且分布均匀，联测工作简单易行，各段落的衔接更有保障。更重要的是，控制网专门为城市轨道交通而设立，覆盖整个线网，可从整体上对控制网进行调整统一联测，成果定期维护和更新，满足轨道交通施工要求。

目前国内北京、广州、上海、昆明、南宁、石家庄城市等已经采用此种模式进行控制网布设并投入运营，作为轨道交通框架测量控制网建设的成功案例，为某市提供了建设轨道交通框架测量控制网可行性依据与理论参考。

①在2004年广州市就完成了适合本市2010年轨道交通建设发展的整体控制网，并且经过权威专家的验收评审，经过多年使用实践发现，全面布网取得了不错的效果，能够很好的满足地铁规划和建设需要。②昆明在2012年完成了其城市轨道交通工程框架网的测设工作，并通过了由陈俊勇、许其凤等院士组成的专家组的验收评审。全网覆盖面积3300km2，涵盖规划的设计线路。③石家庄地铁在勘测设计阶段布设了覆盖一期规划的首级骨架控制网，基本覆盖整个石家庄建成区，共布设30个GPS控制点、13个深埋水准点，其中基岩点2个，深埋点11个。

2.2 建设思路  参考轨道交通建设形势需求，建立一套覆盖某市所有轨道交通规划、在建线路的测量平面和高程框架控制网：一能够满足新旧线线路、结构衔接的要求;二新建控制网规模大，网点有一定的冗余，能够提高控制网的精度及增加控制网的可靠性，且其维护和扩展交便捷，最重要的是即使某个控制点发生异常情况，也能够在较短时间内用其周围的控制点进行检测和恢复。本文从三个方面提出建设思路，分别是控制网的坐标系统选择、测设与维护、质检三方面。

2.2.1 控制网坐标系统选择  控制网采用的坐标系与城市基础建设基准基本一致，方便轨道交通规划、施工和竣工等各项工作。控制网应联测该市CORS站，提供满足施工要求的地方坐标系成果。考虑今后国家推行CGCS 2000坐标系的要求，还应提供CGCS 2000坐标系成果，并提供转换参数。

2.2.2 控制网测设与维护  控制网的建立及维护由一家有过框架网建设经验的专业单位主持完成。控制网从整体设计到提交使用，需要考虑与国家、城市坐标系的统一、不同系统的参数转换、符合当地轨道交通线网建设要求的针对性布点设计、标准统一的埋点及观测方案、大网观测实施调度管理、严密的成果平差计算处理过程、成果分析及提供、后期控制网信息化平台管理等关键技术。其中一些关键指标直接涉及到建网的成败。

因此上述测量控制网的测设和维护由一家技术水平高、地铁测量经验丰富的测量单位主持完成，以保证遵循规范要求，并保证控制网的质量。

2.2.3 控制网质检  方案的制定、实施过程、成果编制过程充分利用专家资源，严格过程质量管理，保证建网质量。控制网的实施方案组织专家进行评审，其结果由第三方的测绘成果质量检验部门进行检查验收。

2.3 设计路线  城市轨道交通一般具有网状规划、分期建设、互相换乘、建设周期长、施工测量精度要求高等特点。如何保证各条线路之间的结构和线路换乘车站准确衔接，克服控制点点位在城市化进程中的严重丢失破坏和城市沉降漏斗对传统施工和运营测量控制网的影响，保障地铁施工和运营安全，是某市轨道交通框架测量控制网建设丞待解决的问题，是控制网的设计、踏勘、施工、竣工、维护等各阶段必须满足的需求指标。以某市2号线的建设需求指标为参考，某市轨道交通框架测量控制网的总体设计，需从以下几个方面考虑：

①统一的测量控制标准。使不同轨道交通线路具有统一的测量控制标准，可以保证换乘节点精确衔接，同时亦可保证轨道交通線路周边地形测绘的精度。目前已经处于建设中的2号线有多个车站为换乘车站，控制测量采用2号线的坐标系统，若不统一不同线路间的测量控制标准，后续可能造成1、2、3线车站区间对接误差超限，存在影响运营质量的风险（限速等）。

②降低地形差异引起的误差影响。由于某市城区海拔在800m，其城市坐标系基于大地标准面（0m）设立，该投影误差单条线路为米级。目前2号线的南北两端投影面误差达到约1.3m，导致轨道交通与周边既有管线建（构）筑物高程不一致，对地形测绘、设计、施工等工作造成了很大影响。建设轨道交通框架测量控制网，全面覆盖布设高精度控制点位，可以有效避免高斯投影误差的影响。

③避免不均匀沉降的影响。某市地区局部沉降不均，建设轨道交通框架测量控制网过程采用施作深桩控制点，有效避免基准点不均匀沉降带来的影响。同时，为了避免已知控制点由于所属建筑物不均匀沉降、历史遗留等原因，造成的控制点间相对精度的损失，在GPS计算时需要对起算点进行分析[3]。

目前2号线已经出现了水准测量基准点沉降过快、过大的情况，轨道公司针对此问题召开了专题会议，最终决定通过埋设深桩控制点解决此问题。

④长远规划，持续拓展。在某市轨道交通后续运营、商业开发等过程中，城市轨道交通框架测量控制网应该能够持续发挥作用。依据某市轨道交通商业开发的远期规划，部分商业开发需与轨道交通线路对接（管线、出入口等），如无框架测量控制网，对接精度很难保证，且费时费力。

轨道交通框架测量控制网在线路施工图设计前进行布设效果最佳（如石家庄），这样可以更好地指导设计、勘察、地形图测绘、沿线管线建（构）筑物调查等工作。

根据某市轨道交通建设规划及建设过程中存在控制测量的问题，建议在1、2、3号线全面建设前，建立以1、2、3号线为基础的轨道交通框架测量控制网，随着后续线路建设工作的开展，逐步拓展、扩充。

2.3.1 GPS及水准框架控制网点位布设设计  根据某市轨道交通在建线路及近、远期线网规划方案，GPS控制网设计及各项精度指标是依据《城市轨道交通工程测量规范》GB/T50308-2017（以下简称《规范》）及相关规范要求制定。设计GPS和水准控制点如下：

GPS控制点46个，点间距10km左右。

深桩水准控制点16个，点间距20km左右，深桩控制点深度见表1所示。

城市二等水准控制点（轨道交通一等水准点）84个，点间距5km左右，估算水准路线长度850km（单程）。

选点时要综合兼顾以下因素：观测条件、点间通视方向、点间距离、能否长期保存、是否受地铁施工影响、是否线路交叉或衔接处的重合点、是否利于下一级精密导线的发展等[4]。

GPS及水准控制点布点图见图1所示。

2.3.2 GPS及水准控制点埋设设计  ①GPS控制点埋设。点位埋设过程中要同时兼顾到保存作用和利用作用两方面的要求[5-6]。控制点标石应设在基础稳定，不受施工和其它人为活动干扰，且能够长期保存的地点。一般设在楼顶和埋设在新老城区空旷的地面或周边的山顶上，楼顶标石规格和埋设标准按图2设计要求执行;地面或山顶GPS点埋石标准按图3设计要求执行。

埋石结束后按附表绘制点之记，点位标识要牢固清楚，并办理测量标志保管书。

②水准点埋设。1）水准点应选在施工影响的变形区域以外稳固、便于寻找、保存和引测的地方。在线路起终点及线路交叉附近布设1个水准基点。2）深埋水准点的埋设深度需要结合地质情况确定，桩底埋设在稳定的持力层上。3）地面GPS框架点位置与埋设满足水准点的布设与埋设要求时，可在GPS框架点桩位基础上埋设水准点标志。

水准点标石规格和埋设标准根据选点位置地质情况按以下四种水准点标识的设计要求埋设。

水准点标石埋设结束后，绘制点之记，并办理水准点委托保管书。

3  结语

城市轨道交通框架测量控制网是为轨道交通工程布设的专用控制网，是城市轨道交通工程所有测量的基础核依据，是城市轨道交通工程全线线路与结构贯通的保障[7]。本文立足于某市2號线地铁工程建设需求，分析该市控制网现状与轨道交通建设存在的问题，提出建立某市专用、稳定、可靠、统一的城市轨道交通框架测量控制网的工作建议。同时，结合某市地铁2号线建设实际情况，对城市轨道交通框架测量控制网的建设思路、设计路线进行长远规划性分析，以期一次成型建立服务于全市各轨道交通线路建设各阶段的全市一体、统一运营、高精度、稳定可靠的测量基准。

参考文献：

[1]苏增云，刘宇.基于互联网地图的城市轨道交通控制网布设应用研究[J].北京测绘，2017（S1）：78-81.

[2]孙青平.城市轨道交通GPS控制网布设应用研究[D].华南理工大学，2009.

[3]秦飞翔.轨道交通中控制网布设常见问题探讨[A].华东六省一市测绘学会第十一次学术交流会论文集[C].2009：7.

[4]郭启幼，孙伟，魏逸飞，周凯.武汉市轨道交通四号线二期工程精密控制网的布设[J].测绘信息与工程，2012，2（37）：21-23.

[5]陈立春，王坤，魏斌.单基站CORS在长春市轨道交通控制网布设中的应用研究[J].门窗，2014（11）：481-482.

[6]秦飞翔，陈功亮.城市轨道交通建设项目中控制网布设常见问题探讨[J].城市勘测，2010（01）：101-103，106.

[7]耿长良.Google Earth在城市轨道交通工程控制网布设中的应用[J].测绘通报，2011（07）：54-56.