呂磊，邢漢發(fā)

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，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年原網已經無法滿足2015年地鐵規(guī)劃線路擴增后建設的要求，廣州市軌道交通工程2015年規(guī)劃線路二等水準控制網擴測工程建設迫在眉睫。

2 項目目標與技術難點

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2011年～2015年擴展的5條建設線路建立起一個統(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。同時高程控制網布設還需要為今后的廣州市軌道交通后續(xù)規(guī)劃預留充分的發(fā)展空間?？傊椖看嬖谥屡f控制網的整合協(xié)調以及全網保持精度一致性等技術難題，項目范圍和難度達到了同類項目的較高水平。

2.2 技術難點

高程控制網的精度與可靠性是地鐵施工的精度質量基礎［2，3］。作為省、市的一項重點工程，廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網建設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)控制網情況復雜。廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網建設線路全網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的優(yōu)化設計的難度。

3 項目實施

3.1 二等水準控制網建設

軌道交通2015年規(guī)劃線網建設線路二等水準控制網主要是將原有控制網的維護、更新與2015年新增線路控制網進行了整合實施、全面構網、統(tǒng)一平差。軌道交通高程控制網須滿足新增軌道交通線路建設的需要，與已建成的高程控制網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有的地鐵水準點將每條水準線路串聯(lián)起來，構成水準網。新增設的水準路線的起、終點均與廣州市二等高程基準網的水準點或原網的水準點聯(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。項目積極采取應對措施，克服外部不利因素。2015年擴測網應與已于2010年完成的2015控制原網測量相結合，統(tǒng)一進行設計與實施并采取整體平差。2015控制原網全網共觀測水準點317個，完成二等水準測量 1 149 km，跨河水準測量33處，新布設水準點144個。2015年擴測網項目全網共有水準點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

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

本項目跨河二等水準測量主要技術要求 表1

4 項目技術特色與新技術應用

4.1 采用基巖鉆探方式埋設水準控制點

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

為滿足地鐵施工與長期監(jiān)測的需求，本項目所建設的高精度二等水準控制網的地面點均采用鉆探基巖方式埋設［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，將銅質標志焊在金屬套管的蓋上，埋設時將此蓋套在金屬管上，并現場澆灌混凝土。

牢固、易永久保存的精密水準點既為地鐵建設及沿線的建(構)筑物的施工建設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資料。

圖1 精密水準控制點基巖埋設示意圖(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應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，河網密集，項目水準控制網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;高差中數中誤差最大為 0.55 mm，最小為0.04 mm，以上數據表明跨河水準測量精度較高，滿足國家相關規(guī)范和技術設計書要求。

4.3 二等水準控制網觀測解算

水準測量共觀測369個測段，根據測段計算的整個水準網每千米水準測量偶然中誤差為±0.45 mm，小于限差 1 mm。水準網共328個水準點，組成9個閉合環(huán)，網線示意圖如圖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

根據水準閉合環(huán)計算的整個水準網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。網形薄弱處適當增加了起算點，確保全網更好地得到控制。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控制原網所采用的2000年廣州市二等控制網起算高程;整體平差后和2015控制原網的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，平差結果很好地融合了既有的2015控制原網，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，具有較高精度和良好的兼容性，2015擴測網數據平差結果與2015控制原網水準點高程較差情況統(tǒng)計如表4所示。

擴測網數據兼容性統(tǒng)計表 表4

4.4 大規(guī)模新舊控制網的精密銜接

廣州市軌道交通2015年線網涉及全市不同時期、不同階段建設或規(guī)劃的地鐵，線網跨度大、線路關聯(lián)廣、換乘站點多。項目面臨的首要難題就是新舊控制網的協(xié)調以及點位兼容要求高。為此，項目在高程控制網建設中，精心進行控制網設計，并與現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，解決了新舊控制網的整合協(xié)調以及精度一致性等技術難題。經整網平差優(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。

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

5 總結

本項目覆蓋范圍廣、工作量大，既需要對原網進行維護、更新和檢核，又需要針對新增新路進行布設、測量，因而存在著新舊控制網的協(xié)調以及點位兼容性要求等難題。項目采用鉆探基巖方式埋設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，對保障整網的平差成果精度提供了較好的技術支持。

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驗，對于加快我國較大區(qū)域范圍內的地鐵建設和發(fā)展具有積極的示范效應。

［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的布設［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控制網測量技術［J］.隧道建設，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用實例分析［J］.鐵道勘察，2008，3:12.