青岛市地铁工程统一测量空间基准建立方法

孟庆年，刘宝华，张洪德，王智，胡玉祥

(青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266032)

1 概 述

地铁工程作为城市交通的重要组成部分，在缓解城市交通压力的同时，也极大地方便了民生。越来越多的城市开始修建地铁，地铁工程的相关技术也逐渐成为研究的热点。工程测量是地铁工程建设的重要一部分，而测量空间基准的建立是所有地铁工程测量的基础。

青岛已建和在建地铁线路有1号线、2号线、3号线等8条线路，并且还拥有国内第一条跨海地铁隧道。由于青岛市地处沿海，许多地区的地质条件较差，这对控制网的稳定性提出了较高要求。不同地铁线路间、地铁线路与其他工程间存在着交叉的区域，这些工程衔接对控制网的兼容性提出了较高的要求。

由于受到胶州湾的影响，青岛地铁线路规划了多条过海段，其中青岛地铁1号线过海段是国内首条跨海地铁隧道。为了保障过海段的顺利贯通，需要建立高精度的长距离地铁跨海隧道空间基准。

2 平面基准建立

2.1 地上平面基准建立

为建立统一的平面基准，在进行线路控制网测量时，以QDCORS(青岛市连续运行基准站系统)站点作为起算[1～3]。QDCORS从2006年起运行，是青岛市乃至山东省建立的第一个高标准、高精度、多功能的GNSS综合服务系统，是维持青岛市坐标系统的重要手段。

使用多台GNSS接收机，通过与QDCORS站进行联测，建立起地铁线路的卫星定位控制网。卫星定位控制测量按照二等进行观测，对于骨架网按照一等进行观测，具体技术参数如表1所示[4，5]：

图1 QDCORS站点分布示意图

卫星定位控制网测量作业基本技术参数要求 表1

对外业观测数据进行基线解算和平差处理，得到线路的GNSS网数据。以观测得到GNSS网数据作为起算，使用测量机器人进行导线测量，得到线路的精密导线网。线路的GNSS网和精密导线网构成了线路的控制网，是全线工程测量的平面基础。青岛地铁的平面基准均以QDCORS作为起算，对青岛地铁多条线路的平面基准进行综合汇总(如表2)，得到图2(图中★为QDCORS站)。地铁线路之间存在交叉的公共点，这些公共点不仅减少了布点的成本，更重要的是提高了控制点的利用率、为计算结果提供了检核条件。

青岛地铁各线路平面控制点汇总表 表2

图2 青岛地铁各线路平面控制网以及部分线路公共部分示意图

2.2 地下平面基准建立

以建立的地上空间基准作为起算，通过联系测量的方式(一井定向、两井定向以及斜井导线测量)，传导至地下，并布设地下导线，为施工建设提供测量空间基准。隧道区间贯通后进行区间导线观测，并进行平差处理，即可以得到精确的地下平面基准。

2.3 长距离地铁跨海隧道平面基准建立

受到胶州湾的影响，青岛地铁线路规划了多条过海段，其中青岛地铁1号线过海段是国内首条跨海地铁隧道。青岛地铁1号线的过海隧道区间长达 8.1 km，其中海域段 3.4 km；青岛地铁8号线的过海隧道区间长达 8.2 km，其中海域段 5.4 km。由于跨海地铁隧道的距离较长，为了保证过海段的顺利贯通，就需要建立高精度过海段平面基准。

为了建立高精度的过海段平面基准，在建立GNSS网时，在过海段两侧各选取3个点，对构成的网形进行多时段观测，以此来提高过海段附近控制点的精度，实现对过海段贯通的预控制。

通过联系测量将地上平面基准引测到地下，并在地下布设双导线，使用Leica TS50等高精度全站仪进行观测，青岛地铁过海段双导线示意图如图4所示。

图3 青岛地铁过海段贯通预控制示意图

图4 青岛地铁过海段双导线示意图

但由于过海段距离较长，即使布设双导线，仍有方向偏离的可能性。因此，在布设双导线的基础之上，并按时进行加测陀螺定向边。陀螺全站仪是一种能通过感应地球微弱磁场及自转而自动精确定位出真北方向的精密测量仪器，其定位寻北过程及精度不受外界影响[6，7]。使用逆转点法进行观测，观测流程按“地面已知边—地下定向边—地面已知边”进行观测。隧道贯通前同一条定向边应独立观测3次，3次观测较差应小于12″。地下定向边的陀螺方位角测量每次应测三测回，测回间陀螺方位角较差应小于20″。将计算结果与双导线观测结果进行对比，如表3所示。

陀螺定向边与导线观测边对比表 表3

通过以上措施，可以建立高精度的长距离地铁跨海隧道测量平面基准。

3 高程基准建立

地上高程基准是以青岛已知高等级水准点作为起算的，这些水准点均匀分布在青岛各个区域，为保证起算的稳定性，在进行测量前已对起算水准点进行了踏勘和检核。根据建立的地上高程基准，通过联系测量传导至地下，即可建立地下高程基准。隧道区间贯通后进行区间水准观测，并进行平差处理，即可以得到精确的地下高程基准。水准测量外业按照城市轨道交通工程测量规范二等水准进行施测，主要技术要求如表4所示[8]：

对青岛地铁1号线、2号线、3号线、4号线、5号线以及8号线的高程控制网进行综合汇总(如表5所示)，得到图5。

水准测量的主要技术要求 表4

注：①L为往返测段，附合或环线的水准路线长度(以km计)；
②采用数字水准仪测量的技术要求和同等级的光学水准仪测量技术要求相同。

青岛地铁各线路高程控制点汇总表 表5

图5 青岛地铁各线路高程控制网以及部分线路公共部分示意图

4 基准建立精度分析

4.1 不同线路重合点精度分析

对不同线路所测得的公共点进行对比分析，可以有效地分析线路控制网的稳定性和兼容性，现对地铁2号线与地铁3号线、地铁1号线与地铁6号线的公共点进行对比分析，如表6～表9所示：

青岛地铁2号线与青岛地铁3号线公共点平面坐标对比分析表 表6

青岛地铁2号线与青岛地铁3号线公共点高程对比分析表 表7

青岛地铁1号线与青岛地铁6号线公共点平面坐标对比分析表 表8

青岛地铁1号线与青岛地铁6号线公共点高程对比分析表 表9

由以上对比结果可以得到线路间公共点的平面坐标和高程较差较小，符合规范要求，线路间的兼容性较好，控制成果精确可靠。

4.2 相关工程重合点精度分析

青岛地铁控制网覆盖区域较大，线路间交叉纵横，同时地铁线路还与一些大型工程相连接，如胶东国际机场等。对于青岛地铁控制网与胶东国际机场控制网成果对比分析如表10，由对比结果可以看出，青岛地铁控制网与胶东国际机场控制网的兼容性较好，点位成果稳定可靠。

青岛地铁8号线与胶东国际机场公共点平面坐标对比分析表 表10

4.3 过海段贯通精度分析

青岛地铁1号线已经顺利贯通，根据现场测得的贯通误差(如表11所示)，贯通精度良好，建立的长距离地铁跨海隧道空间基准准确可靠。

青岛地铁1号线跨海隧道贯通误差表 表11

5 总 结

根据对青岛市地铁工程空间基准的建立过程进行总结，得到如下经验：

(1)同一区域内的地铁建设应建立统一的测量基准，青岛市地铁工程统一测量空间基准是以QDCORS和已知高等级水准点作为起算的，这样不仅提高了交叉区域控制点的兼容性以及利用率，同时也有利于长距离地铁隧道的顺利贯通。

(2)在进行线路GNSS网观测时，对于长距离地铁隧道的两端或附近应进行多时段观测。在建立GNSS网时，在区间两侧各选取3个点，并对构成的网形进行多时段观测，实现对长距离地铁隧道贯通的预控制。

(3)对长距离地铁隧道平面基准的建立，采用双导线的布设方法。对于距离更长的隧道，则应在布设双导线的基础之上加测陀螺定向边。青岛地铁1号线过海段是国内首条跨海地铁隧道，区间长达 8.1 km，通过布设双导线并加测陀螺定向边的方法，顺利地保障了过海隧道的顺利贯通，贯通精度良好，为其他类似工程提供了参考。

(4)由于地铁工程建设周期普遍较长，所以在线路控制网建设完成后，为保证控制成果的可靠性，应按时对全线控制网进行复测。对重点位置的重要点位应定期进行普查，并进行小范围的复测。