廣州市軌道交通二等水準控制網(wǎng)擴測工程建設(shè)

呂磊，邢漢發(fā)

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060)

1 引言

廣州作為華南地區(qū)最大的中心城市，發(fā)展城市軌道交通是實現(xiàn)廣州城市可持續(xù)發(fā)展的根本保證［1］。為滿足廣州市城市規(guī)劃發(fā)展的新要求，2008年廣州市地下鐵道總公司制定了全新的軌道交通2015年線網(wǎng)規(guī)劃。新增的4號線南延段、6號線東延段、地鐵7號線、8號線、9號線、10號線、11號線、13號線(含13號支線)等一系列新線路全面覆蓋了廣州市中心區(qū)域，并進一步向外圍擴展。廣州市軌道交通工程2015年規(guī)劃線路擴增后，范圍更大，站點、線路更多，2015年原網(wǎng)已經(jīng)無法滿足2015年地鐵規(guī)劃線路擴增后建設(shè)的要求，廣州市軌道交通工程2015年規(guī)劃線路二等水準控制網(wǎng)擴測工程建設(shè)迫在眉睫。

2 項目目標與技術(shù)難點

2.1 項目目標

本項目的實施目標是為廣州市軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)2011年～2015年擴展的5條建設(shè)線路建立起一個統(tǒng)一覆蓋原有線路和新規(guī)劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級高程控制網(wǎng)。同時高程控制網(wǎng)布設(shè)還需要為今后的廣州市軌道交通后續(xù)規(guī)劃預(yù)留充分的發(fā)展空間?？傊椖看嬖谥屡f控制網(wǎng)的整合協(xié)調(diào)以及全網(wǎng)保持精度一致性等技術(shù)難題，項目范圍和難度達到了同類項目的較高水平。

2.2 技術(shù)難點

高程控制網(wǎng)的精度與可靠性是地鐵施工的精度質(zhì)量基礎(chǔ)［2，3］。作為省、市的一項重點工程，廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)線路覆蓋了全市十余條地鐵線路，其意義重大，不容閃失［4］。本項目具有如下幾個重要特點:

(1)控制面積廣。由于本次項目要為整個軌道交通線路以及地鐵遠景規(guī)劃線路提供首級控制，涉及廣州市所轄各區(qū)市，控制面積達 3 000 km2;

(2)控制網(wǎng)情況復(fù)雜。廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)線路全網(wǎng)位于廣州中心鬧市區(qū)，沿線多為繁華路段，車輛繁多、行人擁擠。對于精密水準測量而言，觀測環(huán)境較差、測量難度較大;

(3)廣州地處珠江三角洲沖積平原，市域內(nèi)河流眾多，珠江等超大河流密布，跨河水準測量距離較遠，不利于二等水準外業(yè)觀測的實施。這既對跨河水準測量提出更高要求，同時也增加了水準網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計的難度。

3 項目實施

3.1 二等水準控制網(wǎng)建設(shè)

軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)線路二等水準控制網(wǎng)主要是將原有控制網(wǎng)的維護、更新與2015年新增線路控制網(wǎng)進行了整合實施、全面構(gòu)網(wǎng)、統(tǒng)一平差。軌道交通高程控制網(wǎng)須滿足新增軌道交通線路建設(shè)的需要，與已建成的高程控制網(wǎng)連成一個整體進行平差計算，建立廣州市各條地鐵線路統(tǒng)一的高精度高程控制系統(tǒng)［4］。每條地鐵線路基本是一條水準線路的走向，利用了廣州市二等水準點和現(xiàn)有的地鐵水準點將每條水準線路串聯(lián)起來，構(gòu)成水準網(wǎng)。新增設(shè)的水準路線的起、終點均與廣州市二等高程基準網(wǎng)的水準點或原網(wǎng)的水準點聯(lián)接成環(huán)。

由于沿線多為繁華市區(qū)，車輛、行人較多，測量難度較大。項目積極采取應(yīng)對措施，克服外部不利因素。2015年擴測網(wǎng)應(yīng)與已于2010年完成的2015控制原網(wǎng)測量相結(jié)合，統(tǒng)一進行設(shè)計與實施并采取整體平差。2015控制原網(wǎng)全網(wǎng)共觀測水準點317個，完成二等水準測量 1 149 km，跨河水準測量33處，新布設(shè)水準點144個。2015年擴測網(wǎng)項目全網(wǎng)共有水準點328個，其中舊水準點93個，新選埋基巖水準點160個、墻上水準點75個，項目完成二等水準測量 1 172 km，二等跨河水準測量7個。

3.2 二等跨河水準測量

廣州市河網(wǎng)密集，本項目水準控制網(wǎng)跨越廣州市多條江河。跨河水準測量嚴格按設(shè)計要求選定與布設(shè)場地，使儀器及標尺點構(gòu)成平行四邊形。作業(yè)方法、視線距水面的高度、時間段數(shù)、測回數(shù)、組數(shù)及儀器檢查等按設(shè)計要求執(zhí)行，保證觀測質(zhì)量?？绾铀疁蕼y量采用光學(xué)測微法和經(jīng)緯儀傾角法，光學(xué)測微法使用威特N3水準儀進行施測，經(jīng)緯儀傾角法使用威特T3經(jīng)緯儀進行施測。測量觀測方法及技術(shù)要求如表1所示:

本項目跨河二等水準測量主要技術(shù)要求 表1

4 項目技術(shù)特色與新技術(shù)應(yīng)用

4.1 采用基巖鉆探方式埋設(shè)水準控制點

廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網(wǎng)密集，地下巖溶發(fā)育、溶洞較多。多數(shù)地區(qū)，尤其是廣州市南部番禺、南沙地區(qū)因地質(zhì)條件原因，地表沉陷嚴重。普通方式布設(shè)的水準控制點也易隨之出現(xiàn)不同程度的沉降。

為滿足地鐵施工與長期監(jiān)測的需求，本項目所建設(shè)的高精度二等水準控制網(wǎng)的地面點均采用鉆探基巖方式埋設(shè)［5］，其原理如圖1所示。即采用鉆探的方式，打鉆孔到巖層并進入微風(fēng)化層 0.5 m，鉆孔直徑105 mm，放入直徑與鉆孔相同的金屬套管直至巖層，將銅質(zhì)標志焊在金屬套管的蓋上，埋設(shè)時將此蓋套在金屬管上，并現(xiàn)場澆灌混凝土。

牢固、易永久保存的精密水準點既為地鐵建設(shè)及沿線的建(構(gòu))筑物的施工建設(shè)提供了可靠的基準點，同時也為今后地鐵運營期間的安全監(jiān)測以及地表沉降監(jiān)測等提供了較好的基礎(chǔ)資料。

圖1 精密水準控制點基巖埋設(shè)示意圖(單位/mm)

4.2 精密跨河水準測量

二等水準跨河測量的前后視距相差較大，儀器i角誤差的影響會隨著視線長度的增長而加大，為滿足測量精度要求，跨河地點的選擇及其布設(shè)應(yīng)盡可能地減弱其誤差的影響［6］。廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網(wǎng)密集，項目水準控制網(wǎng)跨越廣州市多條江河，共進行跨河水準測量 7處。其中，河寬在 100 m～300 m有3處，300 m～500 m有4處?？绾铀疁视^測每測回高差中誤差最大為 1.55 mm，最小為0.09 mm;高差中數(shù)中誤差最大為 0.55 mm，最小為0.04 mm，以上數(shù)據(jù)表明跨河水準測量精度較高，滿足國家相關(guān)規(guī)范和技術(shù)設(shè)計書要求。

4.3 二等水準控制網(wǎng)觀測解算

水準測量共觀測369個測段，根據(jù)測段計算的整個水準網(wǎng)每千米水準測量偶然中誤差為±0.45 mm，小于限差 1 mm。水準網(wǎng)共328個水準點，組成9個閉合環(huán)，網(wǎng)線示意圖如圖2所示。環(huán)閉合差精度統(tǒng)計如表2所示:

圖2 2015年軌道交通線二等水準控制網(wǎng)示意圖(深色為擴測線路)

二等水準環(huán)閉合差精度統(tǒng)計表 表2

根據(jù)水準閉合環(huán)計算的整個水準網(wǎng)每千米水準測量全中誤差為 ±1.45 mm，小于限差 2 mm。

本項目二等水準網(wǎng)平差共采用26個高等級高程控制點作為起算點。起算點之間具有良好的兼容性，且分布均勻合理。網(wǎng)形薄弱處適當(dāng)增加了起算點，確保全網(wǎng)更好地得到控制。平差后精度統(tǒng)計如表3所示:

二等水準平差計算精度統(tǒng)計表 表3

起算高程沿用2015控制原網(wǎng)所采用的2000年廣州市二等控制網(wǎng)起算高程;整體平差后和2015控制原網(wǎng)的378個水準點的高程變化較差，除5個水準點Ⅱ地5－5、Ⅱ地5－6、Ⅱ地6－5、Ⅱ地4－12、Ⅱ地6－6 分別為 3 mm、3 mm、3 mm、4 mm、5 mm 外，其余都小于等于 2 mm，平差結(jié)果很好地融合了既有的2015控制原網(wǎng)，同時也為軌道交通線路的進一步拓展提供了高程控制的基礎(chǔ)，具有較高精度和良好的兼容性，2015擴測網(wǎng)數(shù)據(jù)平差結(jié)果與2015控制原網(wǎng)水準點高程較差情況統(tǒng)計如表4所示。

擴測網(wǎng)數(shù)據(jù)兼容性統(tǒng)計表 表4

4.4 大規(guī)模新舊控制網(wǎng)的精密銜接

廣州市軌道交通2015年線網(wǎng)涉及全市不同時期、不同階段建設(shè)或規(guī)劃的地鐵，線網(wǎng)跨度大、線路關(guān)聯(lián)廣、換乘站點多。項目面臨的首要難題就是新舊控制網(wǎng)的協(xié)調(diào)以及點位兼容要求高。為此，項目在高程控制網(wǎng)建設(shè)中，精心進行控制網(wǎng)設(shè)計，并與現(xiàn)有各線路控制點充分進行了高密度的聯(lián)測和優(yōu)化計算。

項目經(jīng)過高精度的聯(lián)測和平差，建立起了統(tǒng)一覆蓋原有線路和新規(guī)劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級高程控制網(wǎng)，解決了新舊控制網(wǎng)的整合協(xié)調(diào)以及精度一致性等技術(shù)難題。經(jīng)整網(wǎng)平差優(yōu)化計算后，總計378個重合點高程與原有高程較差小于2 mm的共線點達到95.5%，如表4所示。

全網(wǎng)與原有控制網(wǎng)的重合點符合良好，確保了全市不同時期、不同階段建設(shè)的地鐵線網(wǎng)精度均勻性和一致性，確保了不同時期新舊控制網(wǎng)的大規(guī)模精密銜接，也為今后的廣州市軌道交通的后續(xù)規(guī)劃預(yù)留充分的發(fā)展空間，因而具有積極的示范效應(yīng)。

5 總結(jié)

本項目覆蓋范圍廣、工作量大，既需要對原網(wǎng)進行維護、更新和檢核，又需要針對新增新路進行布設(shè)、測量，因而存在著新舊控制網(wǎng)的協(xié)調(diào)以及點位兼容性要求等難題。項目采用鉆探基巖方式埋設(shè)水準控制點解決控制點沉降問題，跨河水準測量難題采用改進的測微法跨河水準測量，對保障整網(wǎng)的平差成果精度提供了較好的技術(shù)支持。

本項目的成功完成，為我國城市軌道交通大跨度、高精度、多線路體系下的精密控制測量擴測工程提供了有益的探索性經(jīng)驗，對于加快我國較大區(qū)域范圍內(nèi)的地鐵建設(shè)和發(fā)展具有積極的示范效應(yīng)。

［1］郭啟幼，孫偉，魏逸飛等.武漢市軌道交通四號線二期工程精密控制網(wǎng)的布設(shè)［J］.測繪信息與工程，2012，37(1):21～23.

［2］冷道遠.高速鐵路無砟軌道CPIII控制網(wǎng)測量技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009，2(2):114 ～117.

［3］徐順明，周廣華，楊光.城際軌道交通廣佛線二等水準網(wǎng)維護重測與精度分析［J］.鐵道勘察，2008，34(4):16～19.

［4］楊光.廣州市軌道交通首級精密控制網(wǎng)測量［J］.測繪工程，2012，21(4):82 ～85.

［5］楊光，林鴻，歐海平等.廣州市亞厘米級高精度似大地水準面的確定［J］.測繪通報，2007(1):24～25.

［6］張亞勇，盧金濤.二等跨河水準測量在城市軌道交通工程中的應(yīng)用實例分析［J］.鐵道勘察，2008，3:12.