第五篇城市地铁施工测量.docx

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第五篇城市地铁施工测量

第五篇城市地铁（轻轨）施工测量

概述

地铁（轻轨）是城市现代化的重要标志。

地铁（轻轨）是建设在城市及其周边复杂环境条件下的快速轨道交通系统。

国内有地铁及轻轨运营的城市有北京、上海、广州、武汉、重庆、深圳、南京、天津等城市，除上述城市现正在进行大规模地铁（轻轨）建设外，还有一些城市已开始或即将开始进行地铁（轻轨）建设，如沈阳、成都、哈尔滨、杭州、苏州、西安、郑州、石家庄、长沙等城市。

地铁（轻轨）测量已形成一个新的测量领域，在地铁（轻轨）建设的各个阶段均要进行测量工作。

如前期要进行1：

500地形图测量或修测、首级平面高程控制测量、地下管辖建构筑物调绘测量；设计阶段要进行稳定线路平纵断面的初定测、稳定站位各种井位的放样测量、线路站位基本稳定后要进行二级平面测量二级高程控制测量；施工阶段要进行施工控制测量、施工放样测量和施工监测；主体结构完成后，要进行结构断面测量；然后依据铺轨综合图进行铺轨测量及轨道竣工测量；车站出入口、风亭等竣工后要进行竣工测量；铺轨完成后，还要进行主体结构变形监测等测量工作。

由此可见，地铁（轻轨）施工测量只是地铁（轻轨）工程测量的一部分，但具有保证复现设计的重要作用，是地铁（轻轨）工程测量的重要组成部分。

第十三章地表控制测量

概述

地铁（轻轨）是一线状轨道交通工程，具有最小半径的特点，各个标段、工点的衔接尤其是横向衔接，对工程的正确复测和建成后的有利运营至观重要。

为了准确复现经批准的地铁（轻轨）设计，在地铁（轻轨）工程实施过程中，分阶段进行地表控制测量与定期复测很重要。

地表控制测量的主要内容有行业规范（《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308-1999）要求的相当于C级的GPS测量或相当于三等三角的平面控制测量、精密水准测量或二等水准、测角按四等要求的精密导线测量，GPS测量与二等水准测量习惯上称首级控制测量。

由于地铁建设在城市及其周边环境中，因此地表控制测量系统，采用城市的城建平面坐标系统和城建高程系统。

第一节GPS测量

根据地铁（轻轨）行业规范关于由地面测量误差，产生在贯通面上的横向贯通误差的允许值为±25mm，由贯通误差理论，可以计算出首级平面控制测量的测角中误差为不小于±1.8″，相当于三等三角或C级的GPS测量。

由于GPS测量技术的发展，GPS测量能大大提高测量效率，目前进行首级平面控制均采用GPS进行测量，因此首级平面控制测量是一项具体的GPS测量工作。

一、GPS控制网布设

1、GPS点选点原则，就是在进行GPS控制网观测前，应先进行GPS控制网布设。

GPS控制网布设应在收集和熟悉设计站位、区间走向、施工方法的基础上集合线路附近的既有城市高等级平面控制点进行GPS控制网选点。

选点工作既关系到GPS控制网的质量，同时在GPS控制网测量中占有很大的比例。

因此应先进行图上选点，然后进行现场核对。

通过图上选点，与现场核对的反复进行，才能选出既满足GPS测量要求，又方便使用与保护的GPS控制网点。

选出的GPS控制网点特别是沿线路选出的GPS控制网点应尽可能通视，以方便以后各等级常规平面测量工作的开展。

选出的GPS控制网点必须能控制线路和车站位置，且要避开可能施工的范围。

2、GPS点位及点间应满足的要求，根据《全球定位系统（GPS）测量规范》CH2001-92、行业规范、《工程测量规范》GB50026-93等的要求，除所选GPS点在15°的空间范围内不应有任何障碍物外，所选GPS点还应满足：

点位附近不应有电磁场，应远离高压输电线和无线电发射装置，点位附近不应有散热体散热池，沿线路的点间最好不应有电磁场、散热体散热池，测线上不应有树枝等影响测角测距的障碍物，位于车站的GPS点与地面的垂直角不应大于20°，以减少垂线偏差对测边方位角的影响。

3、GPS桩点可参考行业规范进行，埋设的GPS桩点上应有标识，以利于判断其有关属性。

二、GPS控制网测量精度指标

由地铁（轻轨）工程建设特点，区间隧道贯通长度一般小于3公里，如无特殊要求，GPS网观测精度为C级。

行业规范给出的GPS网具体精度情况是：

1最弱点位中误差不大于12mm；

2最弱边的相对中误差不大于1/90000；

3相邻点的相对点位中误差不大于10mm；

4与既原有控制点的坐标较差不大于50mm。

三、观测仪器的要求

根据上述GPS控制网测量精度指标，观测使用单双频GPS接收机均可，GPS接收机标称精度应不低于10mm+1PPm×S。

由于地铁（轻轨）工程位于城市，各种干扰因数多，因此选用的GPS接收机抗干扰能力和捕获锁定信号能力要强。

四、GPS外业观测

由于GPS接收机在存放、运输途中存在振动等影响GPS机系统性能的因素，因此在进行GPS外业观测前，必须对仪器及对点器等进行常规检测，对中、整平、量测天线高，测出信号、测段数以及天线高的输入等均严格按规范进行。

在作为已知的高级点上要准备使用专门的对中低盘，以确保天线在观测中的稳定。

GPS控制网点采用边连接形式构成网，由多个多边形、同步大地四边形或单三角形组成，宜以四五边形构成网为主。

同时GPS网必须由非同步独立观测边构成闭合环或附合路线（按长边和短边分别连接），每个闭合环或附合路线中的边数应符合下表的规定。

GPS观测前应编制出GPS卫星可见性预报表，其内容应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组的最佳观测时间、点位几何图形强度因子（PDOP）等。

为了确保GPS控制网观测质量，GPS控制网观测应符合下列要求：

1作业前应编制作业计划表；

2天线应整平、对中，对中误差不应大于1mm；

3每时段观测前、后各量取天线高一次，两次互差小于3mm时，应取两次平均值作为最后结果；

4应按行业规范附录A表A.0.1的规定逐项填写外业观测手薄。

5每一时段观测结束后，应及时将存储介质上的数据进行拷贝。

每日观测结束后，应及时进行数据处理。

6针对地铁（轻轨）工程的特点，结合国家GPS测量规范的有关要求，地铁（轻轨）工程行业规范GPS测量主要技术要求如表13-1所示。

GPS控制测量基本技术要求表表13-1

项目

要求

接收机类型

双频或单频

观测量

载波相位

接收机标称精度

≤（10mm+2×10-6×D

卫星高度角（°）

≥15

有效观测卫星数

≥4

观测时段长度（min）

短边≥60，长边≥90

数据采样间隔（s）

10~60

点位几何图形强度因子（PDOP）

≤6

重复设站数

≥2

闭合环或附合路线中的边数（条）

≤6

同步观测接收机台数

≥3

7预处理，就是把每天外业观测结束后,立即将采集的数据传输到计算机中进行基线解算。

基线向量采用随机商品化软件解算。

基线解算后，网平差前，应按规范对同步环、异步环闭合差和复测边的相对闭合差、相对较差进行检算，合格后方可选取独立边参与平差计算。

否则应分析原因，采取人工干预方法重新进行基线解算或重测。

8由于是在城市环境下进行GPS测量，交通因素对GPS测量效率的影响很大，应根据投入的GPS接收机数量，投入交通工具数量。

4台GPS接收机宜投入2辆车，6～8台GPS接收机宜投入3辆车。

在进行GPS测量前，要组织没有参加GPS控制网选点的人员进行点位和上到点位的路线的熟悉，以保证GPS测量效率和测量质量。

五、GPS控制网精度要求

GPS控制网外业观测数据经预处理后，外业观测数据经检核应满足地铁（轻轨）行业规范的要求

1同步环各坐标分量及全长闭合差应满足下列各式要求：

Wx≤1/5×

（13-1）

Wy≤1/5×

（13-2）

Wz≤1/5×

（13-3）

W=

（13-4）

W≤1/5×

（13-5）

=

（13-6）

式中：

N—同步环中基线边的个数；

W—环闭合差；

—标准差，即基线向量的弦长中误差（mm）；

a—固定误差（mm）；

b—比例误差系数（1×10-6）；

d—GPS控制网中相邻点的平均距离（km）。

2独立基线构成的独立环各坐标分量及全长闭合差应满足下列各式要求：

Wx≤2√n（13-7）

Wy≤2√n（13-8）

Wz≤2√n（13-9）

W≤2√3n（13-10）

式中n—独立环中基线边的个数。

3复测基线的长度较差应满足下式的要求：

ds≤2√n（13-11）

式中n—同一边复测的次数，通常等于2。

六、GPS控制网数据处理及平差计算

GPS控制网观测数据经检核满足行业规范的要求后，方可进行GPS控制网数据处理及平差计算。

1无约束平差，就是将全部独立基线构成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系的三维坐标作为起算数据，在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差。

平差结果应提供WGS-84的三维坐标、坐标差观测值的总改正数、基线边长及点位和边长的精度信息。

基线向量改正数的绝对值应满足下列各式的要求：

V△X≤3（13-12）

V△y≤3（13-13）

V△z≤3（13-14）

2在坐标差观测值的总改正数、基线边长、点位和边长的精度信息、基线向量改正数的绝对值满足有关规范的要求后，方可在城市坐标系中以线路附近的城市二等平面控制点为起算数据，进行约束平差及精度评定。

并输出城市坐标系中的坐标、基线向量改正数、基线边长和方位角、边长和方位的精度信息、转换参数及其精度信息等。

基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足下列各式要求：

dV△X≤2（13-13）

dV△y≤2（13-14）

七、质量检查

GPS测量的内外业完成后，应采用常规测量手段对沿线路布设的部分GPS点间的边长和角度进行测量，并与GPS测量成果进行比较，验证GPS测量选点、埋桩与观测工作，为成果验收提供其它证明资料。

八、GPS测量提交成果资料组成

GPS测量提交成果资料应包含以下内容：

1GPS测量技术设计书；

2GPS测量网图；

3GPS点点之记；

4仪器检定资料；

5成果表:

包括异步环闭合差、独立基线观测值及精度、三维无约束平差结果、二维约束平差结果、与既有控制点坐标结果比较表；

6GPS测量技术总结报告，其成果报告中，须有对控制网现状的评价及明确

每个控制点的取值；

7采用常规测量手段的质量检查验收报告。

第二节二等水准测量

根据贯通误差理论，结合地铁（轻轨）工程本身情况，按《工程测量规范》GB50026-93对Ⅳ等水准测量各项要求进行作业就能保证各标段按规定误差贯通，实现各部位在高程方面的正确复现。

由于建成后的地铁运行密度大，每天停运后的作业维修时间有限，其轨道工程采用的是维修量很少的整体道床。

为了满足整体道床铺设的要求，对地面高程控制测量和施工期高程控制测量提出了更高的要求。

故行业规范提出了以往返测高差不符值≤8

（简称二等半水准）为重要标志的精密水准测量或二等水准测量来保证整体道床铺设对水准测量的要求，因此地铁（轻轨）地面高程控制测量是一项要求明确的具体水准测量工作。

一、水准点布设及埋设形式

1水准点选点原则，就是在进行水准测量观测前，应先进行水准点网布设。

水准点网布设应在收集和熟悉设计站位、风井风亭、施工竖井、区间走向、施工方法的基础上结合线路附近的既有城市高等级水准点进行水准选点。

选点工作既关系到水准网的质量，同时又关系到水准网方便使用，长期保存，因此应先进行图上选点，然后进行现场核对，通过图上选点，与现场核对的反复进行，才能选出既满足规范要求，又方便使用与保护的水准点网。

选出的水准网点必须能控制线路和车站位置，且要避开可能施工的范围，方便使用，利于长期保存。

2水准点布设原则及埋设型式，为了方便土建施工期使用，同时考虑到地铁（轻轨）城市环境与土建施工对沿线环境的影响，每个车站应不少于一个水准点，沿线路3公里左右应布设一对基岩水准点。

当站间距在1公里左右时，每个车站可布设不少于一个普通水准点或墙上水准点。

当站间距较大时，每个车站应布设一对基岩水准点或在主要的施工作业区域布设一对基岩水准点。

3因普通水准点要经过一个雨季的沉降后，才适合进行水准测量观测，因此水准点选埋应及时进行。

二、水准测量主要精度指标

1每千米高差中数偶然中误差≤±1mm；

2每千米高差中数全中误差≤±2mm；

3测段、区段、路线往返测高差不符值以及符合路线或环线闭合差≤4

；

4检测已测测段高差之差≤±4

。

三、观测仪器的要求

根据上述水准测量主要精度指标及规范的要求，选用水准仪的型号为DS1型水准仪。

四、水准测量外业观测

根据已知点和待求点位置间的相互关系，水准路线布设成附合路线、闭合路线或结点网。

水准测量应按有关规范（指《工程测量规范》GB50026-93、《城市测量规范》CJJ8-99和《国家一、二等水准测量规范》GB12897等）对二等水准测量的要求进行外业施测，观测过程要求简述如下：

往测奇数站上为：

后前前后，偶数站上为：

前后后前；

返测奇数站上为：

前后后前，偶数站上为：

后前前后。

外业观测具体要求如下；视线长度≤50m，每测站前后视距差≤1m，每一测段前后视距累计差≤3m，视线离地面最低高度≥0.5m，基本分划与辅助分划或黑面与红面读数较差≤0.5mm，基本分划与辅助分划或黑面与红面所测高差较差≤0.7mm。

每测站先观测快尺读数，最后以双置镜站结束，返测时前后视互换因瓦水准标尺。

往测时，视经过的路线，对前后视立尺点、仪器置镜点作出标记，一方面减少返测工作量，确保往返观测路线和立尺点、仪器置镜点相同。

同时还应注意一些以下要求：

1仪器和水准标尺应符合测量等级的要求，使用前使用中使用后按有关规范规定进行各项检验，每天开始工作应进行例行检查；

2水准测量采用光学测微法，进行往返观测，不应在规范规定的不利情况下观测；

3观测的视线长度、前后视距差、视线高度以及测站观测限差，均按规范规定执行；

4根据水面宽度选择跨河水准测量方法和仪器设备；

5联测有联系的地铁（轻轨）工程、其它工程的有关水准点，为与相关工程在高程上的协调一致提供高程基础资料。

五、内业处理及精度评定

水准测量的外业数据满足有关要求后，水准网应按严密平差方法进行水准网整体平差。

计算各项闭合差符合要求后，计算每千米高差中数偶然中误差和全中误差以及各点高程的偶然中误差、最弱点中误差和相联系邻点相对高程中误差，对水准测量作全面精度评价。

根据水准观测资料，判断既有高等级水准点的稳定情况。

对测设的水准网进行包括精度、可靠性评价，并明确每个控制点的取值。

对联测的其它点的既有高程情况作出有关说明。

六、高程控制测量提交成果资料组成

高程控制测量提交成果资料应包含以下内容：

1技术设计书；

2水准网图；

3水准点点之记；

3仪器及标尺的检验资料；

4外业观测手簿；

5水准点成果表和精度评定成果表；

6联测有关点成果比较表；

7技术总结报告；

8质量检查验收报告。

第三节精密导线测量

由于GPS点间距较远，不方便工程建设各阶段使用，在GPS测量完成，地铁（轻轨）站位、风井风亭、施工竖井、区间走向稳定后，应针对各线的特点，并由贯通误差理论根据分配给地面测量误差在贯通面上允许产生的横向贯通误差，计算出精密导线测角中误差为±2.5″测量。

精密导线测量成果具有直接指导工程施工的作用，应在首级GPS测量的基础上通过大量的内外业来完成。

与GPS测量相同，精密导线测量也要进行选点、埋桩、观测、内业计算与成果整理等过程。

一、精密导线布设

为了确保精密导线具有较高的质量和精度，满足地铁（轻轨）定测尤其是施工测量的需要，特别是尽量减少因地面测量误差影响而产生在贯通面上的贯通误差，精密导线网布设是关键环节之一。

1选点原则，应在收集和熟悉设计站位、风井风亭、施工竖井、区间走向、施工方法的基础上结合线路附近的既有城市高等级平面控制点、GPS点，选出沿线路呈直申形既能控制地铁线路和车站位置，又能避开可能施工范围的精密导线点。

选点工作既关系到精密导线网的质量，同时在精密导线网测量中占有很大的比例，因此应先进行图上选点，然后进行现场核对。

通过图上选点与现场核对的反复进行，才能选出既满足精密导线测量要求，通视良好，又方便使用与保护和利于后续测量工作开展的精密导线网点。

2点位要求，选出的精密导线点及点间、精密导线点与已知点间应满足行业规范和《工程测量规范》GB50026-93等的要求：

点位附近不应有的电磁场，点位附近不应有的散热体散热池，点间不应有较强的电磁场、散热体散热池，测线上不应有树枝等影响测角测距的障碍物，位于车站的精密导线点及精密导线点与其它点间的垂直角应有所控制，不宜过大，一般应小于25º，特殊情况下小于30º，以减少垂线偏差对测边方位角的影响。

3边长要求，精密导线边长受车站区间施工方法的影响很大。

行业规范规定的精密导线平均边长为350米，对于采用明挖和高架施工的地段，为了施工测量使用方便，精密导线平均边长应比350米短，平均边长应小于300米。

对于采用矿山法施工地段，生产能力小，其贯通距离一般小于1公里，精密导线平均边长应比350米长，从方便使用与利于贯通来考虑，平均边长450米比较适合，并注意在施工竖井处设点。

对于采用盾构法施工地段，其生产能力大、贯通距离长，从有利于贯通来说，精密导线平均边长应比350米更长，平均边长550米比较适合。

4网形选择，选出的精密导线点与已知点可以构成多种网形。

精密导线网形既受沿线路布设GPS等已知点多少影响，又受车站区间施工方法的影响。

但精密导线网形不外乎以下几种情形：

（1）单导线形，见图13-1。

导线沿线路布设成附合在GPS等已知点上的附合或有少许结点的导线。

具有每点具备两个以上的后视方向，网形单一，工作量小的特点，但同时受环境变化的影响大。

这种网形主要在每条线单独进行GPS测量且每站均设有GPS点，GPS点间距较短的条件下具有很大的优势，也能很好地保证贯通要求。

图13-1单导线形精密导线布置示意图

（2）主副导线形，见图13-2。

导线沿线路布设成附合在GPS等已知点上，设有主副导线的多结点导线网，除每点具备两个以上的后视方向外，多数点具有多个后视方向。

主导线距线路近，副导线距线路远，当主导线因施工发生破坏时，可以很快利用副导线进行恢复。

这种网形主要在多条线首级控制同时完成或GPS点间距较远的条件下实施，平均边长长。

多余观测多，网形好，能很好地保证贯通要求，但外业观测和内业资料整理的工作量大。

图13-2主副导线形精密导线布置示意图

（3）哑铃形，见图13-3。

导线沿线路布设成附合在GPS等已知点上，局部（主要在开挖口）设有主副导线，每处主副导线间以单导线联结的多结点导线网，除每点具备两个以上的后视方向外，部分点具有多个后视方向。

这种网形也主要在多条线首级控制同时完成或GPS点间距较远的条件下实施，平均边长较长。

具有一定的多余观测，在开挖口导线呈四、五边形，网形好，且能很好地保证贯通要求。

外业观测和内业资料整理的工作量较主副导线形小，是单导线形和主副导线形有机结合。

5埋设的精密导线桩点上应有标识，以利于判断其有关属性。

应做到桩上点位唯一、点位标识清晰，并在现场规范地书写点名，点名应按业主要求进行编写。

二、精密导线测量精度要求

根据首级平面控制为GPSC级网和横向贯通误差预计，精密导线的测量测角中误差为±2.5″，须满足行业规范第3.3节的有关要求，其主要精度指标为：

1导线测角中误差≤±2.5″；

2导线测距中误差≤±6mm；

3导线测距相对中误差≤1/60000；

图13-3主哑铃形精密导线布置示意图

4导线全长相对闭合差≤1/35000；

5相邻点的相对点位中误差≤±8mm；

6导线最弱点的点位中误差±15mm。

三、精密导线测量对使用仪器的主要要求

精密导线外业观测既可以使用GPS进行，也可以使用全站仪进行。

从精密导线测量成果具有直接指导工程施工和与后续测量相结合来考虑，精密导线测量宜使用全站仪进行观测，对仪器的主要要求如下：

1使用的测量仪器为经省以上技术监督局授权的仪器检定单位鉴定合格的；

2全站仪水平轴不垂直于垂直轴之差，不应超过10″；

3垂直微动螺栓使用时，视准轴在水平方向上不产生偏移；

4仪器底部在照准部旋转时，无明显偏移；

5对点器对中误差不大于1mm；

6使用标称精度小于2″的全站仪。

四、精密导线的观测

精密导线测量应严格按照行业规范中对精密导线测量的要求和《工程测量规范》GB50026-93对导线测量的主要技术要求进行观测。

1观测计划的制定

在进行精密导线观测时，视测量时的条件和实施方案制定相应观测计划，但应遵循以下原则：

应根据位于地铁线路附近的GPS点和其它GPS点的通视情况，选择距地铁线路较近的GPS点作为置镜点和后视点，在进行位于两GPS点间的精密导线观测时，GPS点如果通视，应以这两个GPS点互为后视点。

2水平角观测

（1）观测测回数，每一水平角观测一组计6测回或4测回，方位角闭合差≤5

（n为单程测站数）。

各测回间度盘和测微器位置的变换应按下述规定进行：

六测回表13-2

测回序号

1

2

3

4

5

6

度盘编制

00.0005

30.0415

60.0825

90.1235

120.1645

150.2055

四测回表13-3

测回序号

1

2

3

4

度盘编制

00.0008

45.0422

90.0838

135.1252

测回数与使用仪器及观测地段的施工方法有关，仪器标称精度高，导线位于明挖和高架段，观测测回数取4；仪器标称精度高，但导线位于暗挖段，观测测回数也应取6。

实际观测中采用的测回数应视具体情况定，但在一条线路应力求统一测回数或在一段上统一测回数。

（2）水平角观测宜采用方向观测法，当方向数多于3个时，应进行归零。

水平角方向观测法的技术要求见表13-4。

水平角方向观测法的技术要求表13-4

仪器

型号

半测回归零差

（″）

一测回中2倍

照准差变动范围（″）

同一方向各

测回较差（″）

DJ1

6

9

6

DJ2

8

13

9

水平角观测误差超限时，应按规范规定进行重测，并应符合下列规定：

1）一倍照准差变动范围或测回较差超限时，应重测超限方向，并联测零方向；

2）下半测回归零差或零方向的2倍照准变动范围超限时，应重测零方向；

3）若一测回中重测方向数超过总方向数的1/3时，应重测该测回，当重测的测回数超过总测回1/3时，应重测该测站；

4）当测站仅有两个方向时，应在观测总测回数中以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角。

因测角误差对隧道横向贯通误差的影响大，精密导线不同于一般的导线，因此左角平均值与右角平均值之和应等于360°，其误差值不应大于4″。

（3）观测过程中还应注意以下情况的发生并及时采取相应措施：

1）精密导线观测过程中，精密对点器的气泡中心位置偏离整置中心不宜超过一格，超过一格应及时通知司镜人员并及时整平；全站仪圆水准气泡应置中，超出，应及时居中。

2）精密导线观测最好选取在阴天，微风时进行。

晴天宜在上午11:

30以前或下午2:

30以后进行，当太阳升到一定高度（如上午9：

00以后，下午4:

30以前）应给仪器设备打伞，保证仪器设备受热均匀。

3边长测量

边长测量应正倒镜和往返各测一测回，同时应注意满足以下要求：

（1）