城市轨道交通工程预留轨道现状分析及测量研究

摘  要：各大城市根据城市轨道交通线网的规划布局，均建立了与之对应的地面控制网。做好不同线路、不同时期的轨道工程地面控制网间的衔接，以及对预留轨道进行准确测量至关重要。文章基于城市轨道交通工程预留轨道现状的变化，结合工程实例，就地面控制网的建立与复测、地面和地下控制网联系测量、地下轨道测量、断面测量等具体工作进行了探讨，分析了相关的测量精度及变形量值，给出了在设计阶段解决预留轨道变形这一问题的思路。

关键词：地面控制网建立;控制网复测与维护;轨道测量;精度分析;线路拟合

中图分类号：TP391       文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）06-0115-04

Analysis and Measurement Research on Current Status of Reserved Track in Urban

Rail Transit Project

LYU Wenjun

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， LTD.， Xian  710043， China）

Abstract： According to the planning and layout of urban rail transit line network， major cities have established the ground control network corresponding to it. It is important to do a good job of connecting the ground control network of rail projects of different lines and different periods， and to accurately measure the reserved track. Based on the change of the current status of urban rail transit project reserved track， combined with the engineering examples， this paper discusses the establishment and retest of the surface control network， contact measurement of ground and underground control network， underground rail measurement， cross section measurement and other specific work， analyzes the related measurement accuracy and deformation number， presents the train of thought of solving this problem of reserved track deformation in the design stage.

Keywords： ground control network establishment; control network retest and maintenance; orbit measurement; accuracy analysis; line fitting

0  引  言

城市軌道交通工程在建设过程中，一般综合考虑规划、客流、拆迁及资金等因素，遵循“量力而行，有序推进”的原则，通过线路的分期建设以减少超长线路在建设成本、运营组织、服务效率、运营效益等方面的诸多弊端。一条分期建设的城市轨道交通项目往往在已开通区段端头预留了后期建设所需要衔接的相关接口，在后期工程建设开始前，需要对预留结构、线路、轨道、限界等内容现状进行测量，以便开展后续的相关设计和施工工作。

某城市轨道交通工程一期工程已通车，为确保二期工程与一期工程的实现平顺搭接，建立了二期线路区段地面控制网、并根据现场条件进行了联系测量及轨道现状测量。

1  地面控制网建立与复测

1.1  地面控制网建立

1.1.1  卫星定位控制网

为了保证控制网的整体性，卫星定位控制网沿线路两侧一次布网，相邻点对平均边长约2km，按照对点布网，对点边一般不低于500 m，对点间通视良好。控制点应选在施工变形影响区域以外利于长久保存、施测方便、便于扩展和联测的地方。点位选在建筑物上时，应注意要选在坚固、可靠的固定建筑物的楼顶承重墙上。且应充分利用其原有设施，如电梯、爬梯，便于攀登和测量使用，且必须保证人身和仪器安全。控制点应避开多路径效应影响，附近不应有大面积的水域或对电磁波反射或吸引强烈的物体。控制点与无线电发射装置和高压输电线的间距应分别大于200 m和50 m。点位附近应具备GPS观测条件：控制点周围应视野开阔，便于扩展，视场内障碍物的高度角不宜大于15°。选点过程中尽可能将控制点埋设于未列入规划红线之内的农田梗边、道路边或单位高层楼房顶，卫星定位控制点可埋设于地面，车站、洞口和竖井附近建筑物上，宜建造三脚钢架或竖直照准杆。

卫星定位控制网、外业观测需采用双频GNSS接收机同步进行，天线整平、对中后的对中误差应小于2 mm。观测前进行星历预报，选择卫星状况良好的时间段进行观测。观测时严格按规定的时间开机作业，保证同步观测同一组卫星;观测开始后，及时输入点号、仪器高等观测信息并随时注意卫星信号或信息存贮情况，并记录观测手簿;在双时段观测之间，仪器应关机，并重新架设仪器、对中、整平、量测仪器高。仪器每时段观测前、后各量取天线高一次并进行记录，两次互差应小于3 mm，取其平均值作为最后结果。如遇雷雨，应立即中断观测，以保证人身和仪器安全。F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3

1.1.2  精密导线控制网

精密导线网布设前应充分考虑工程施工特点，并结合已埋设的二期工程导线点及本次卫星定位控制网点，沿线路两侧一次布网。精密导线网布设成附合导线形式，起闭于卫星定位控制网点;附合导线的边数宜少于12个，导线变长宜控制在350 m左右，相邻边的短边不宜小于长边的1/2，个别短边的边长不应小于100 m，导线网每个点均应与相邻的精密导线点或卫星定位控制点通视。

导线点应选在施工变形影响范围外稳定、便于长期保存的地方，并应避开地下构筑物、地下管线等;楼顶上的导线点宜选在能俯视线路、车站、停车场、车辆段一侧稳固的建筑上。导线边要适合全站仪测边和测角，没有明显旁折光影响;应避开大面积水域、强电磁场等不利条件，视线应超过障碍物1.5 m以上。相邻导线点间及导线点与相邻的卫星定位点之间的垂直角不应大于30°，视线离障碍物的距离不应小于1.5 m，避免旁折光的影响。导线点不宜选在影响交通并且测量时不安全的街道十字路口中央。导线点选点应充分考虑设计、施工、监测和竣工测量等的使用，不得选在影响地铁施工的区域。

1.1.3  精密高程控制网

精密高程控制网应结合线路实际情况沿线路两侧依次布网。高程控制网布设成附合水准线路，起闭于咸阳城市高程控制点。平均每800 m布设一个高程控制点，车站、停车场每个场所布设不少于2个高程控制点，高程控制点可与卫星定位控制网点、精密导线网点共标。

同一测段的往测（或返测）与返测（或往测）原则上应分别在上午与下午进行，白天由于外界条件干扰不能作业时，也可在夜间观测。使用电子水准仪时，往返测奇数站观测标尺顺序应为：后—前—前—后，往返测偶数站观测标尺顺序应为：前—后—后—前。由往测转向返测时，两根水准尺必须互换位置，并应重新整置仪器。观测前找到水准点标志，并确认水准点的准确性、完好性和稳固性后方可开始测量。观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致后方可进行观测。扶尺时，应使标尺上的水准气泡居中，并使标尺保持稳定。

1.2  地面控制网复测与维护

城市轨道交通工程施工周期长，一般自全线开工建设至交付运营需要4～5年甚至更長的时间。地面控制网作为全线施工的测量基准在地铁施工周期甚至运营期都发挥极其重要的作用，因此在施工建设期间应加强地面控制网复测及维护工作。需要定期开展地面控制网复测工作，复测时尽量与建网测量保持相同的观测网型，并按不低于建网测量的精度要求进行复测，保证后期的各级测量有一个稳定可靠的起算基准。

1.3  主要问题及解决对策

问题1：线路城区部分高楼林立，车流量大、人流众多，受沿线地形地貌及周边建（构）筑影响，平面控制网卫星定位控制网及精密导线网布设时，既要保证控制点之间相互通视又要控制网网型具有足够的强度，同时还要保证控制点间距，因此点位选择非常困难。

对策：可将平面控制点布设在稳固的建筑物顶部，采用楼顶、地面结合方式布设平面控制点;水准点可布设在沿线大型建筑物的承重结构上，减少破坏的可能性。

问题2：随着城市的发展和市政建设，已建立的卫星定位控制网和精密导线网及水准网很可能受周边建设影响而损坏。

对策：施工建设期间加强检测维护，发现点位变动时及时进行处理;形成会商制度，对项目实施过程中遇到的重点、难点技术问题进行分析、论证，确定解决方案，必要时召开专家论证会。

问题3：城市轨道交通工程一般要求采用城市坐标系统和高程基准，部分线路在远离市区段，城市坐标系统投影变形精度有可能无法满足规范对平面坐标系统的投影变形要求。

对策：具体分析城市坐标系在线路范围内的投影变形，当远离市区段不满足规范要求时，可建立满足规范投影变形要求的工程独立坐标系，并且在市区范围内做好两套坐标系统的转换和衔接工作。

2  预留轨道现状测量

2.1  联系测量

2.1.1  测量方式

城市轨道交通地面工程与地下工程衔接优先采用竖井联系测量，其操作简单、定向精度高、成果可靠。本工程由于既有预留工程现场测量条件有限，为满足预留轨道现状测量目的，采用通过车站出入口和通过车辆段出入线两种测量路径分别进行联系测量，将地面控制网成果传递至地下，以便于分析既有测量条件下联系测量精度。

平面控制测量采用两台0.5秒级徕卡全站仪同步观测组成导线网向地下区间轨道旁测设导线点，测量等级为城市轨道交通工程三等精密导线。高程控制测量采用徕卡电子水准仪DNA03按照城市轨道交通工程二等水准有关要求进行观测。

由于车站出入口条件受限，导线边长无法满足表1中平均边长350 m的要求，实际观测时平均边长60 m，最短边长19 m。由于车辆段出入线条件受限，导线边长无法满足表1中平均边长350 m的要求，实际测量时平均边长140 m，最短边长87 m。与通过车站出入口测量对比，导线边长有所增加，并且减少了测边和测角数量。

2.1.2  测量精度分析

通过车站出入口联系测量。导线测量往返测距离较长最大0.99 mm，往返测距离较长满足限值1.9 mm的规范要求;导线测量角度闭合差最大5.34°，角度闭合差满足限值6.10°的规范要求。水准测量往返测高差较差最大-1.11 mm，往返测高差较差满足限值2.06 mm的规范要求;水准线路闭合差最大-3.45 mm，闭合差满足限值6.02 mm的规范要求。

通过车辆段出入线联系测量。导线测量往返测距离较长最大-0.84 mm，往返测距离较长满足限值2.2 mm的规范要求;导线测量角度闭合差最大4.17°，角度闭合差满足限值7.20°的规范要求。水准测量往返测高差较差最大-0.45 mm，往返测高差较差满足限值2.53 mm的规范要求;水准线路闭合差最大-0.19 mm，闭合差满足限值7.39 mm的规范要求。F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3

联系测量成果对比。对满足外业观测满足规范要求的导线数据和水准数据进行严密平差处理，得到通过不同方式进行联系测量的控制点成果对比表。如表2所示。

根据表1和表2可知，在现场测量条件有限的情况下，通过车站出入口联系测量和通过车辆段出入线联系测量成果有不大于4 mm的差别，考虑到通过车辆段出入线测量时测量条件由于通过车站出入口联系测量，且外业指标更小，遂采用通过车辆段出入线联系测量成果为基准开展后续轨道现状测量分析工作。

2.2  轨道测量

2.2.1  里程丈量

本次里程丈量采用既有线复测新方法，将棱镜头安置在改造后的方尺中间，采用全站仪架设在导线点上观测轨中坐标。轨道里程根据现场百米标对应轨道位置为现场里程，向前后丈量。丈量里程和备注应及时记录在记录本上，内业整理丈量记录表。具体里程丈量方法如下：（1）丈量前首先确定丈量起点里程，采集该点轨中坐标后，然后直线段大约10 m采集1个点，曲线段大约5 m采集一个点;（2）根据相鄰点距离来推算点位里程，并整理;（3）本次测区小，丈量长度最长为约580 m，根据距离推算高程可以满足丈量精度;（4）由于现场百米里程标位置偏差较大，标注距离额实测距离较差较大，为了保证观测成果与设计进行对比，最终采用实测坐标对照设计线条推算设计里程。

2.2.2  轨中坐标测量

轨道平面测量利用TS50全站仪架设在导线点，后视点采用架设三脚架的方式精确对中，轨中测量采用改造后的方尺加装棱镜头放置在轨道上进行轨道中心测量，并与原设计中线进行比较。

2.2.3  轨面高程测量

轨道高程测量采用电子水准仪碎步测量程序进行观测，直线段水准尺放置在左轨面高程，曲线段测左右侧轨面高程，并与原设计高程进行比较。

2.2.4  断面测量

限界断面测量首先利用徕卡站式三维激光扫描仪P40进行洞壁扫描，扫描段落长度与丈量长度保持一致。扫描仪利用控制点为导线点，导线点高程均采用水准仪进行观测，等级不低于精密水准精度。扫描点云成果首先利用Cyclone软件进行点云拼接、滤波及坐标系转换，导出点云模型后在3DReshaper软件内进行点云精修及网格化，根据指定位置切取断面，并导出DXF格式断面成果。如图1所示。

3  解决思路

如表3所示，与设计中线对比，预留轨道最远端横向偏距最大达-0.51 cm，线路已开通运营端较为稳定;与设计高程对比，预留轨道区段高程偏差最大达-0.60 cm，预留区段轨道存在整体沉降现象。本工程预留外部接口平面设置在R—800 m、L—55 m曲线的缓和曲线上，纵断面设置在27.293‰/400 m、2‰/520 m的竖曲线上，竖曲线半径为R—5 000 m。且通过本次断面测量成果可知，预留区段接触网及轨道限界均满足规范要求。为保证后期线路衔接的平顺性，通过线路拟合，将预留接口处曲线的缓长L由55 m调整为57 m，控制了平面偏差对线路二期建设的影响;考虑到结构沉降，将二期工程设计轨面高程降2 mm，控制了高程偏差对二期线路建设的影响。通过对线路二期设计资料的拟合和调整后，检验了土建、限界、轨道等专业对预留接口的要求，均满足相关规范要去，解决了因预留外部接口变化对二期建设产生的影响。

4  结  论

从城市轨道交通工程分期建设角度，在建立城市轨道交通地面控制网的基础上，需要对先期已开通线路预留轨道现状进行测量，通过测量成果分析预留工程的稳定性，以及时调整线路设计平纵断面，从而顺利推进后期工程建设进度。本文结合相关规范和工程实例，发现预留外部接口往往因建设时限、周边环境、控制网精度等因素影响，线路中线及高程均存在一定程度变化。参照既有工程实例，本文给出了在设计阶段，解决预留外部接口变化的思路，供相关人员参考。

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作者简介：吕文军（1989.02—），男，汉族，陕西宝鸡人，工程师，工学硕士，主要研究方向：精密工程测量及城市轨道交通工程测量。

收稿日期：2022-02-08F62FC92B-4285-4998-BBC1-5606D21157E3