地铁隧道贯通前铺轨的测量条件探讨及分析

张志华，丁鹏辉，刘宝华，张洪德，王智

(青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266032)

1 前 言

地铁隧道建设过程中，通常情况下是两站一区间贯通后，以车站底板控制点作为起算点，联测、平差区间控制点，并以平差后的控制点为依据，布设铺轨控制基标，进而为轨道铺设提供空间基准，但有时为了赶工期，需要在隧道贯通前铺设轨道，此时地下导线点没有经过两站一区间联测平差，点位精度低，进而造成铺轨基标精度不够，若强行铺轨，容易造成贯通面两端的轨道错位，无法平顺衔接。

本文以青岛地铁3号线错埠岭站及相邻区间为例，探讨地铁隧道贯通前铺轨的测量条件，提出以CORS作为城市地铁建设的空间基准，对地面点位进行定期复测，以待贯通的车站两端通视的导线点作为起算点，通过在车站两端适当位置处钻孔将地面控制点与地下控制点联测，并论证了该方法平差后地下导线点精度与两站一区间联测后导线点相对精度的一致性。

2 工程背景

青岛地铁3号线截至2015年6月底，全线的土建工作已基本结束，错埠岭车站的施工进度情况成为3号线全线竣工通车的关键。错埠岭车站全长 200 m，车站大里程方向距离车站 70 m左、右线各有人防工程一个，车站小里程方向靠近车站 10 m左、右线各有人防工程一个。示意图如图1所示。铺轨工作以错埠岭车站为界，截至2015年6月份，车站大里程方向的铺轨工作已经进行至清江路车站，距离错埠岭车站 1 200 m，小里程方向铺轨工作进行至延安三路车站，距离错埠岭车站 4 500 m。

图1错埠岭车站建设示意图

按照工期安排错埠岭车站土建完工时间为2016年4月，达到满足两站一区间控制点联测的时间为2016年1月，为节约工期时间，需要在具备两站一区间联测的条件之前进行铺轨和人防门安装工作。此时，错埠岭车站两端的地下导线点为支导线，精度低，若以此为依据布设控制基标，容易造成两端轨道无法平顺衔接。

3 测量方案

轨道平顺衔接是以控制基标足够的相对精度为前提，而铺轨基标是以地下导线点起算进行布设，因此，采取有效的测量手段保证错埠岭车站两端未贯通的地下导线点精度与贯通后两站一区间联测平差后的精度相一致是贯通前铺轨的前提。考虑到地下导线点是由施工竖井、斜井或车站通过联系测量将地面坐标与高程传递到地下，因此从以下两个方面采取措施保证地下导线点精度：①采用CORS起算，对地面导线点进行复测确保起算点稳定可靠，②在待贯通的错埠岭站两端地面进行钻孔，通过吊钢丝进行两井定向将地面控制点与地下控制点进行联测。

3.1 以CORS作为起算基准，确保地面控制点稳定可靠

CORS系统是GNSS定位技术、计算机网络技术、通信技术等技术多方位、深度结合的产物。2006年，青岛市建成了山东省第一个GPS连续运行参考站网系统(QDCORS)。该CORS系统综合应用了多种GPS定位技术、高精度自动化后处理技术、水准面拟合技术、通信技术等先进技术，是一个高标准、高精度、多功能的GPS连续运行参考站网系统。城市建设地铁通常是总体规划，分期建设，以CORS作为地铁地面控制网的起算基准，可以有效保证各条地铁线路起算数据的一致性和空间基准的统一性。图2是青岛地铁3号线GNSS控制网图，图中红岛站、青银路站以及小港站是CORS站点，也是地铁3号线地面平面控制网的起算点。

图2 青岛地铁3号线GNSS控制网图

由于CORS各个站点相距较远，通常为十几千米至几十千米，为了提高基线解算精度，首先选取地铁卫星定位控制网中的若干个点与起算CORS站点组成框架网，进行长时间观测，为了提高长基线的解算精度，骨架网应采用专业高精度软件进行解算，如Gamit和Bernese等软件，其他可用仪器随机软件进行解算，如天宝仪器采用TBC解算，徕卡采用LGO解算，基线应经重复基线及环闭合差检核，检核不合格时或基线解算精度较差时应对相应的基线做精化处理，考虑到Gamit与TBC、LGO解算精度相差较大，在平差软件中应分别定权导入相应的基线文件，合并后再进行平差计算，数据解算流程如图3所示。

图3 数据解算流程图

青岛地铁3号线是山东省首条地铁线路，GPS控制网于2010年建立，青岛地铁3号线GPS控制网分别于2011年6月和2012年11月进行了复测，复测方案与技术路线与首期测量一致，仍以小港、青银路和红岛站作为起算点。

3.2 通过钻孔进行两井定向测量，将地上与地下控制点联测

鉴于目前错埠岭车站与化岭、岭清区间均未贯通，化岭、岭清区间二衬均暂时施工到区间人防门附近，现场不具备二站一区间的调线调坡测量条件。在不具备二站一区间测量条件下，为加快工程进度，错埠岭站两端左右线区间人防门附近各加一个投点孔，线路区间方向增加4个联系测量投点孔将地面坐标及高程传至地下，错埠岭车站大里程方向利用投点孔(里程11+124)传下的坐标与清江路车站进行两井定向联系测量完成区间控制点联测工作，车站小里程方向利用投点孔(里程10+850)传下的坐标及高程完成与敦化路车站的控制点联测工作，从而为铺轨和人防施工提供测量基准，钻孔位置如图4所示。岭清区间人防门与轨道均可施工；化岭区间人防门及轨道待错埠岭车站开挖到底进行联测后方可施工。以上方案可确保岭清区间进度，并最大概率不影响化岭区间进度。

本方案实施的过程中及后续工作注意以下几个方面：

(1)平面及高程传递前，对地面控制点进行复核，确认无误后使用，向地下传递的四个控制点的地面测量采用同一基准点，即平面和高程采用同一起算数据；(2)投点位置选择在人防门附近二衬未施工区域，并避开地下管线和车站维护桩，地下控制点做固定点，能够长期保存，保护周期至铺轨及车站施工结束；

(3)贯通后的错埠岭车站施工，以投至地下的四个控制点为测量基准。

图4投点示意图

(4)本方案仅针对岭清区间轨道铺设和人防门施工，对于错埠岭车站小里程方向人防门涉及铺轨等工序衔接位置严禁提前施工。化岭区间大里程方向(具体为错埠岭车站至小里程方向 300 m范围)铺轨和人防门门施工工作须在两站一区间控制点联测后开展。

在错埠岭站两端人防门附近各加一个投点孔，并与两端车站进行地下导线控制测量后，可满足人防门安装；人防门安装后，待车站与两区间贯通后，以人防门中心连线为基准线进行车站站台板施工、进行两站一区间调线调坡测量以指导最后两段轨道施工；以两人防门实测高程并考虑互差后确定高程基准点，再分别与两端已施工轨道联测平差。

由于测量本身的误差及施工造成控制点变动等不可控因素的存在，在错埠岭车站竣工后，可能出现岭清区间与化岭区间贯通方向误差超限的情况。无论是否超限，保持岭清区间不变的前提下，误差累计到化岭区间，若不超限，测量专业处理；若超限，由设计单位对化岭区间进行调线处理，以满足铺轨工作的需要，化岭区间的人防门施工和铺轨工作以调线后设计为基准。

4 精度分析

通过钻孔进行两井定向进行联测地下导线点测量数学模型为无定向附合导线，通过两站一区间进行联测的数学模型为附合导线，由于钻孔位置与车站相近，采用的地面起算点相同，所以可以认为通过钻孔进行联系测量所采用起算点的精度与车站底板点的精度相当，两种方法精度的差异可以理解为具有相同精度起算点、同样点位布设的附合导线和无定向附合导线的精度差异。

地下导线网待定点坐标的方差协方差阵表示形式为：

点位误差椭圆参数(长半轴A、短半轴B和长半轴的方位角φ0)的计算公式为：

为对无定向导线和导线网的点位精度进行分析，模拟相同形状的无定向导线和有定向导线，进行平差后的精度估算，计算出各导线点的点位误差椭圆参数，从而对两者的点位精度进行比较，将同一形式的无定向导线与有定向导线的误差椭圆长、短半径进行对比。

无定向附合导线与有定向附合导线的点位精度对比 表1

从上表可以看出，相同布设形式的无定向附合导线和有定向附合导线在精度上有明显差异，但由于无定向附合导线没有方向约束，只能平差坐标，其网中相邻点仍具有较高的相对精度。

5 总 结

(1)以CORS作为地铁控制网的起算基准，可以有效保证地铁线路建设过程中首级控制网的稳定性及可靠性；

(2)地铁隧道贯通前若强行铺轨需在车站附近钻孔将地面控制基准引入地下，并进行两井定向测量联测平差地下控制点，联测前应对地面点进行复测，确保起算数据的准确性，且隧道内待铺轨段预留长度至少在 500 m以上，以保证联测相对精度。

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