基于GPS的地铁线路控制测量技术探索

摘要：鉴于基于GPS测量具有布网快捷、精度高的优点，本文基于笔者多年从事控制测量的工作经验，结合某

地铁线路控制测量实例，提出了基于GPS控制测量的控制网优化布设，分析了控制测量的实施以及结构

施工中的控制测量技术，有效地提高测量精度。

关键词：GPS测量 控制测量 施工测量 控制网

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：

Abstract: Based on GPS measurement has the advantages of high precision, fast setting, based on the author for many years engaged in control surveying work experience, combined with a subway line control measurement examples, based on GPS control survey control network optimization design, analyzes the control measure and the implementation of structural control in construction measurement technology, effectively improve the measurement precision.

Key Words: GPS measurement; control measure; Construction survey; Control network

1工程概况

本工程为某地铁线首期工程土建工程，起讫里程为YCK58+601.700～YCK59+074.100，车站全长为472.4m，为地下两层双岛四线设计，并在车站西端设有十六号线及本线的多条存车线及联络线。区间分暗挖、明挖和盾构三段采用不同工法施工。

2 GPS控制网布设及其优化

GPS控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。与传统的三角测量和导线测量相比，采取GPS进行地铁测量控制，其显著特点是相对定位精度高。而且测量作业速度较快、经济效益好，尤其是对于国产GPS 接收机的生产上市价格进一步降低，加之采取GPS测量其测量外业投入的人员较少、又无需建立觇标，因而用 GPS 建立线路勘测首级控制网的费用仅相当于常规方法的1/4 左右。

地铁精密导线GPS测量与一般控制网GPS测量有两个明显区别：（1）地铁精密导线GPS测量呈线状；（2）地铁精密导线有大量短边，边长约为100m～500m。

本工程平面控制网采用本地坐标系统,投影面采用城市平均高程面,选择本地坐标系统便于地铁成果与已有的城市勘测资料衔接。控制网的布设按照《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》(以下简称《规范》)的相关规定进行, 网形沿地铁走向呈带状分布。平面控制网分两级布设,首级为ＧＰＳ控制网,二级为精密导线网。高程控制网点为精密水准网，按二等水准测量技术要求进行《规范》总则中规定,地铁横向贯通中误差应在±50ｍｍ之内,高程贯通中误差应在±25ｍｍ之内。分配到地面控制测量的横向中误差为±25ｍｍ,地面高程控制测量的中误差为±16ｍｍ。在此基础上《规范》制定了平面及水准控制网的主要技术指标, 作为本工程控制网技术设计的依据。

开工前，首先在业主交付的控制点中选择起算控制点，起算点及起算方位选择遵循以下原则:

(1)对所有联测点坐标进行精度分析:分别以各联测点为位置基准进行无约束平差,分析其它联测点的平差坐标值与已知值的较差。

(2)利用坐标较差和与基准点的距离,计算方位变化和尺度变化。可认为方位变化和尺度变化较小的联测点与基准点精度较一致。

(3)选取精度较一般致的点,按不同组合(一个基准点和一个方位)进行无约束平差,分析平差结果的单位权中误差。选取单位权中误差较小一组来进行最后成果输出。

对起算控制点复核无误后，根据勘测阶段的测量成果，采用相应的控制测量方法，再对隧道工区进行联测，并在每个进口布设不少于3个固定的中线控制点和2个以上水准控制点，对隧道中线和标高进行控制，对主要桩位要增设2～3个保护桩，并定期检查，保证其精确性。为了确保地铁线精确贯通，对地铁控制测量采用以下新技术：采用GPS控制网取代传统的三角网作为洞内外的平面控制；沿着导线点采用精密水准仪测量高程的方法控制隧道高程；采用概率论、数理统计处理观测数据的平差方法。

通过认真研究控制网方案，将导线尽量沿隧道中线布设成等边直伸型的闭合导线锁，以地铁轴线为X轴，每个导线环的边数为6条。并将进洞边设成两个三角形，以增加进洞边的几何强度。由于所布控制网不能完全满足施工需要，因此需要建立加密的第二级控制网，二级控制网的加密采用插点、插网方法，其精度可比一级控制网低。具体布设是在首级控制点的基础上，根据工程项目的施工需要并结合本标段工程特点、城市道路交通、建筑物等实际情况制定平面加密控制方案。利用业主提供的基准边，布设一定数量的加密点进行闭合导线测量，主要满足新塘车站、矿山法及明挖区间和32号风井的施工测量及监控测量。平面控制测量按精密导线测量技术要求进行测设。其精密导线测量的主要技术要求应符合表1规定。

洞内测量是洞外控制点向洞内导线点的引测，主要内容为施工中线测量，水准测量及施工断面测量。先将洞外控制点引进入洞，每100m进行施工中线测量、水准测量及断面施工测量并布设控制桩。在向前延伸施工中，经常对中线点和水准点进行复测，以防移动。控制桩设在隧道轴线底板和拱顶上，水准点在隧道两侧并呈“之”字布设。控制桩和水准点布设时要标志明显，并加强保护，防止破坏影响施工进度。

表1精密导线测量的主要技术要求

平均边长（m） 导线总长度（km） 每边测距中误差（mm） 测距相对中误差 测角中误差（″） 测 回 数 方位角闭合差（″） 全长相对闭合差 相邻点的相对点位中误差

Ⅰ级全站仪 Ⅱ级全站仪

350 3～5 ±6 1／60000 ±2.5 4 6 5

1/35000 ±8

注：n为导线的角度个数

2.1 GPS控制测量要求

作业前必须对精密测角仪器进行检验，并每年送仪器到专业鉴定部门进行鉴定。严格按国家一级导线测量的仪器级别，技术精度指标进行施测。严格执行GPS换手复测制度。导线尽量沿地铁中线布设成直伸形。直伸导线的图形精度最高，纵横向误差保持最小，还可以有效减少隧道壁旁折光的影响。导线桩埋设应为混凝土包铁心桩，为确保其稳定，导线点应埋入隧道底基岩内。洞内一级导线的测角中误差必须严格控制在±5″以内，这是因为直伸导线的测角误差直接影响隧道的横向贯通误差。精密测角过程中必须自始至终保持仪器精平，为防止作业时不能发现的仪器碰动，脚架下沉，在地面打入三个铁桩，将脚架置于铁桩上面。在保证洞内通风、照明、通讯问题解决的情况下，导线边长应尽量拉长，以减小方位角传递误差。

对于采用GPS进行测量，为了达到其精度其测量要求相当高。工程测量实践表明，对于地铁采取GPS控制网分两级布设，即首级为GPS控制网，二级为精密导线网。根据相关规定，GPS控制测量其精度要去为：平均边长为2 km，其相邻点的相对点位中误差应当控制在±10 mm内，对于最弱点点位中误差可放宽到±12 mm以内，最弱边相对中误差小于1/90000，与原有控制点的坐标较差小于50 mm。

2.2 GPS控制施工测量

地下结构在施工期间存在变形，埋设在结构上的测量标志也不稳定，另外在施工中不慎会碰动或损坏测量标志。因此，需要经常复测和检查。为此对本工程采取如下施工控制测量措施。

（1）利用测设好的地面精密导线网，测设围护结构中心线，并设置3个以上的护桩，且采用量尺分别复核结构总长和分部长度。以车站的两个轴线方向为基线方向，直接把轴线控制点设于基坑边，经检查复核无误后设立护桩。利用轴线控制点通过全站仪把基坑轴线直接投测到基坑内，在基坑内组成小控制网，主体结构放样首先测设线路中心线和法线作为结构放样的基准线，根据基准线与结构相对关系，测量结构尺寸及柱身中轴线，并用量尺检核，利用复核和增设的水准基点，按精密水准测量要求把高程引测到基坑内，并在基坑内设置水准基点，且不应少于2个，通过基坑内和地面上的水准基点对车站施工进行高程测量控制。

（2）基坑开挖至底部后，采用附合导线形式将线路中线引测到基坑底部。基底线路中线纵向允许误差为±10mm，横向允许误差为±5mm，本工程采用水准测量方法将高程传入基底。

（3）车站底板控制点布设及测量。底板混凝土立模的结构宽度与高度，预埋件的位置和变形缝的位置放样后，必须在混凝土浇筑前进行检核测量，底板控制点布设共计6个分别在车站两端和中间各布设3对点，点位位置在线路中心线附近，点位埋设使用刻好十字丝的钢板（200mm×200mm×10mm）焊接至底板钢筋上，钢板高程应与混凝土面高程大至相同，点位做好后标示清楚在资料中写明点位里程，位置，根据现场条件做一井定向或两井定线讲坐标点传至底板联系测量独立进行3次，3次方位角互差应不大于12方位角平均值中误差为±8，结果取其3次平均值高程点埋设采用28圆钢，将一头打磨成圆头，另一头焊接在底板钢筋上，略高出混凝土面10mm分布设三个，高程控制点采用钢尺悬挂法将高程传至底板高程传递独立进行三次高程较差应小于3mm，结果取其平均值。

（4）结构边、中墙模板支立前，按设计要求，依据线路中线放样边墙内侧和中墙中心线，放样允许偏差为±10mm。顶板模板安装过程中，将线路中线点和顶板宽度测设在模板上，并测量模板高程，其高程测量允许误差为+10～0mm之内，中线测量允许误差为±10mm，宽度测量允许误差在+15～10mm之内。

3竣工测量

为了检查主要结构物和建筑物位置是否符合设计要求并提供竣工文件所需资料，也为将来运营中的维修工程提供测量控制点，必须进行竣工测量。车站结构施工完成后，要对设置在底板上的线路中心线和高程控制点进行复测，中线点的测量方法和复测精度按照施工控制导线的标准要求，高程控制点按照地下高程测量的方法和精度标准要求进行复测。竣工测量采用的坐标系统、高程系统、图式等应与原施工测量―致收集已有的测量资料并进行实地检测；对符合要求的测量资料应充分利用，对不符合要求的测量资料应重新测量。测量方法和精度要求应与施工测量相同，并应按实测的资料编绘竣工测量成果竣工测量主要分为三部分：（1）与相邻标段的平面及高程贯通测量。（2）按业主要求移交足够数量的平面及高程控制点，并经业主测量队检验合格后验收。（3）车站结构净空测量和风亭地面建筑物的位置、高度和轮廓测量。

4结 论

基于GPS测量具有布网快捷、精度高优点，通过结合笔者多年从事控制测量的工作经验以及某地铁线路控制测量实例，提出了基于GPS控制测量的控制网优化布设，分析了控制测量的实施以及结构施工中的控制测量技术，有效地提高测量精度，为同类工程提供参考借鉴。

参考文献：

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[2] 袁德宝，彭小沾，郑栋，等．GPS在线路控制测量中的应用[J]．矿山测量，2005，31（12）：56～57．

[3] 李金城．GPS在控制测量中的应用研究[J]．科技资讯，2010，23（07）：114～117．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。