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第一章城市轨道交通工程概述城市轨道交通是城市公共交通的一个重要组成部分，包括地铁、轻轨、有轨电车和磁悬浮列车等。城市轨道交通建设规模大，同时建设的城市多。目前，中国城市轨道交通正处在快速发展时期，从1995年—2008年6月，12年间共有10个城市20多条线路投入运营，运营里程达到730km，到奥运会开幕，北京、上海两城市运营线路分别达到220km和236km。与此同时，全国共有15个城市、800km的城轨线路正在施工建设。2009年，国务院已经批复了22个城市的地铁建设规划，总投资8820.03亿元。到2015年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到158条，总里程将超过4189公里。1、我国城市轨道交通的建设状况2、城市轨道交通工程测量的任务和内容城市轨道交通工程测量主要包括地面测量、地面和地下联系测量、地下测量等三个方面的工作。（1）设计阶段测量工作的主要内容在初步设计阶段，测绘工作者就进行地面控制测量(首级卫星定位控制测量，精密导线测量，高程控制测量)，1：500地形图测量，管线测量和调查，地下建(构)筑物测量，跨越线路的建(构)筑物测量，水域地形测量，定线测量等，并提供相应的测量成果。施工设计阶段，应进行线路纵，横断面测量，线路中线测量，线路红线，拆迁红线测量，设计委托的零星测量工作，现时提供相应测量成果。（2）施工阶段测量工作的主要内容土建结构施工阶段应进行加密施工控制测量，定线测量，竖井联系测量，施工放线测量，限界测量，监控测量和其它测量工作。轨道和设备安装阶段应进行铺轨基标测量，线路标志测量，延线和新增加的监控测量;竣工测量阶段应进行全线线路轨道竣工测量，区间，车站和附属建筑结构竣工测量，线路沿线设备竣工测量，地下管线竣工测量以及测量成果的资料验收等工作。（3）运营阶段测量工作的主要内容运营阶段包括城市轨道交通建成交付运营以后的阶段。在该时段中测量工作者应长期对线路维护和改造提供测量保障，并对线路构成安全隐患的结构和线路环境进行变形监测工作，确保安全运营。地面平面控制测量是城市轨道交通工程所有测量的基础和依据，是城市轨道交通工程全线线路与结构贯通的保障。在土建施工开挖前测量完毕。地面平面控制网具有精度高、边长较短、使用频繁等特点。（一）地面平面控制网的基本特点城市轨道交通工程应结合拟建线路情况，进行专项平面控制网布设，且与城市原有坐标系统一致，并在工程开始前完成，其基本特点如下：一）平面控制网的大小、形状、点位分布应满足轨道交通工程施工的需要，可以根据城市轨道交通总体规划布设全面网，也可以为某条线路布设单独的线状控制网。第二章地面平面控制测量二）城市轨道交通工程地面平面控制网在城市一、二等控制网的基础上建立，通常分两个等级布设，即一等卫星定位控制网(以下简称GPS网)和二等精密导线(锁、网)两个等级。GPS网点数较少，起到整体骨架的作用，是后续测量的基础，而导线(锁、网)则在GPS网的基础上布设成附合导线、闭合导线或多个结点的导线网。边长较短，可直接为地面施工测量服务，对地下施工起到向地下传递坐标、方向的作用。三）地面平面控制网不但是隧道横向贯通的基础，还是安装测量控制网、变形监测网的基础。可为工程设计提供大比例尺地形图测绘、施工放样、轨道铺设、断面测量、建设期间变形监测以及运营后的结构变形监测服务。四）由于城市轨道交通工程建设周期较长，工程建设期间平面控制点难免发生变化，因此需要在一定的周期内对地面平面控制网进行检测，评价原网稳定状况和可靠程度，确保地面平面控制网满足工程建设需要。（二）地面平面控制网的测量步骤地面平面控制网的测量步骤与城市建设的平面控制网一样，通常需要经过以下工作步骤：一）收集资料。根据拟建线路的设计资料(尤其是车站位置、竖井位置和线路走向、不同线路交叉情况等)，收集和了解沿线现有城市首级控制网、轨道交通控制网以及岩土工程条件等资料。二）现场踏勘。在拟建线路附近普查现有首级平面控制点的保存情况与车站、车辆段以及沿线周围建(构)筑物情况和拟埋设控制点的位置条件情况等。三）选点。根据控制网布设原则以及观测条件进行选点，值得注意的是GPS点和精密导线点的选点可以同时进行。四）埋石。根据控制点的位置条件，选择埋设不同类型的标石。五）控制网观测。按照平面控制网等级和技术要求进行GPS测量和精密导线测量。六）数据平差等。（三）一等卫星定位控制网测量一）控制网的选点和埋石1．GPS控制网点位的选择首先收集城市轨道交通线路沿线附近标石。稳定、完好的城市原有控制点纳入GPS控制网中，以便于确定GPS网的基准。同时通过原有控制点在GPS网中的坐标的较差，衡量GPS控制网的精度。控制点应选在利于长久保存、施测方便的地方，离开线路中心线或车站等构筑物外缘的距离不宜小于50m。控制点上应视野开阔，避开多路径效应影响，被测卫星的地平高度角应大于15°。远离无线电发射装置和高压输电线，其间距分别不小于200m和50m。建筑物上的控制点应选在便于联测的楼顶承重墙上面。GPS控制点的位置要便于进行下一级二等精密导线点的扩层，由于城市轨道交通线路贯穿城市繁华地段，交通运输极其繁忙，地面点位不易保存，二等精密导线点大都选在楼顶上，因此GPS点应尽量与相邻二等精密导线点通视，且尽量选在车站或施工竖井附近，以便利用。每个GPS点至少要有两个通视方向，相邻GPS点间距离不低于500m。2．GPS控制点的标志与埋设为使点位长期保存，以便利用GPS测量成果进行二等精密导线测量以及复测，GPS点均应埋设具有中心标志的永久性标石。标石分为基本标石、岩石标石和楼顶标石三种。建筑物楼顶标石可现场浇筑，标石下层钢筋插入楼顶平面混凝土中，标石应固结在楼顶板平台上，标石规格和形式见图为了减少多次观测对房屋顶部防水层的影响，同时减少每次观测的对中误差，在埋设GPS控制点时大都同时埋设具有强制对中标志的墩标。若控制点埋于地下，可以根据工程建设区域的地质状况选择埋设适宜的基本标石或岩石标石，标石规格和形式分别见下图：图1：楼顶控制点标石埋设图图2：土中基本标石埋设图1—土；2—捣固之土石层图3：岩石标石埋设图1—石块；2—保护盖图1图2图3二）GPS控制网布设方案及优化1．GPS控制网的布设原则GPS控制网内应重合3～5个原有城市二等控制点或在城市里的国家一、二等控制点，并尽量保证分布均匀。同时考虑到城市轨道交通总体规划建设，多线路分期建设情况，在城市轨道交通线路交会处和前后期衔接处应布设2个以上的重合点。在隧道口、竖井、车站和车辆段附近应布设1—2个控制点，相邻控制点应有两个以上方向通视，其他位置的控制点间应至少有一个方向通视。控制网中应有一定数量的GPS点与水准点重合，同时应考虑在少量相邻点间进行电磁波测距用以检查GPS测量成果。对于所有选定的点位均以边连接方式按照静态相对定位原理布网，由于相邻点的相对点位中误差要求精度高，所以在控制网的布设时，相邻的短边控制点间保证同步观测。GPS控制网必须由非同步独立观测构成闭合环或附合路线，每个闭合环或附合路线中的边数应符合规范规定。2、GPS控制网的优化设计为了确保GPS控制网的精度满足规范要求，在GPS控制网布设时有必要进行优化设计。主要内容为以下几种：（1）零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的GPS向量网确定最优坐标系统的优化设计。（2）一类设计：即控制网图形设计，是在确定网的精度和观测方案情况下，得到最佳点位的优化设计。（3）二类设计：即观测方案的最佳选择，主要包括时段设计、交通路线、观测时间等。GPS控制网布设示意图三）GPS控制网观测1．制定观测计划外业观测，又称数据采集。由于涉及多台接收机同步观测，所以在观测工作实施前，依据GPS网的布设方案、投入观测的接收机数量、可见性预报情况、观测时段长度、交通运输和通信条件，选择最佳的观测时段、进行科学调度。（1）GPS卫星的可见性预报GPS卫星的空间几何分布对定位精度具有重要影响，所以在选择最佳观测时段，制定观测计划时，查看当日的GPS卫星数以及相应的PDOP值的变化情况。确保任何地区全天任何时间均能至少观测到5颗卫星，但最佳观测时段还是选择在PDOP小于6的时间范围内。（2）作业调度表根据最优化的原则，应综合考虑GPS网的布设方案、卫星的可见性预报、网的连接方式、各时段观测时间和交通情况，合理调配各接收机，进行科学调度。作业调度表包括观测时段号、测站名称和接收机号等内容。2．接收设备的检验在控制测量作业前，需对GPS接收机和天线等设备进行全面检验。接收机在一般检视和通电检验后，还应进行GPS接收机内部噪声水平的测试、接收机天线平均相位中心稳定性检验和GPS接收机不同测程精度指标的测试。由于埋设的标石大都没有强制对中装置，因此，为了提高对中精度，还需检验基座圆水准器和光学对中器是否准确。3、开机观测天线架设完成后，经检查接收机与电源、接收机与天线间的连接情况无误后，按作业调度表规定的时间开机作业，并逐项填写外业观测手簿。但观测期间，操作员应注意以下几方面：1）必须在接收机有关指示灯与仪表正常时，进行测站时段信息输入；2）注意查看接收卫星数、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质以及电源情况等；3）不得随意关机并重新启动，不准改动卫星高度角的限值，不准改变数据采样间隔和仪器高等信息。4、GPS外业测量手簿测量手簿应全面记录测站的相关信息，应该现场填写，并有可追溯性，以便内业计算时使用。手簿中应记录测站名称(测站号)、观测时段号、观测日期、观测者、测站类别(新选点、原等级控制点或水准点)、观测起止时间、接收机编号、对应天线号以及天线高三次量取值和量取方式等。5、数据存储（三）二等精密导线测量一）二等精密导线网的精度要求和布设方案1．二等精密导线的精度要求根据精度分析及误差配赋理论，在一等卫星定位网精度满足要求条件下，点位中误差在±20mm以内，能够保证地面控制测量对横向误差的影响值在±25mm以内的要求。二等精密导线测量的主要技术要求见下表：平均边长（m）闭合环或附合导线总长度（km）每边测距中误差（mm）测距相对中误差测角中误差（）测回数方位角闭合差（）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差（mm）Ⅰ级全站仪Ⅱ级全站仪3503～5±61/60000±2.546±5√n1/35000±8二等精密导线测量的主要技术要求注：1.n为导线的角度个数2.高架线路地段平均边长宜为400m3.全站仪的分级按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008附录中有关规定执行。2．二等精密导线的布设方法二等精密导线沿城市轨道交通线路方向布设，根据导线点与首级GPS点的空间分布，通常布设成多条附合导线、闭合导线或多个结点的导线网。附合导线、闭合导线示意图多节点导线示意图二）导线点的选埋二等精密导线点的选点要求无论采用何种施工方法，在城市轨道交通施工测量时使用最多的还是二等精密导线点，所以二等精密导线点的选点一定要保证易于观测、便于施工使用、易于保存而且稳定。具体而言，选点时要注意以下几点：（1）为施测方便，在车站、洞口附近，宜多布设导线点，且保证能够至少两个方向通视。为了减少地面导线测量的误差影响，最好确保二等精密导线点能够与洞口通视。（2）相邻导线边长不宜相差过大，个别短边的边长不应短于100m。位置应选在因城市轨道交通工程施工产生变形区域以外的地方，距城市轨道交通路线和车站构筑物的距离应大于30m。（3）导线点最好选在楼顶，也可埋于地面，但地面上的导线点位应避开地下构筑物如地下管线等，楼顶上的导线点宜选在靠近并能俯视城市轨道交通线路、车站、车辆段的一侧。（4）相邻导线点间以及导线点与其附合的GPS点之间的垂直角不应大于30°，视线离障碍物的距离应不受旁折光的影响。（5）综合考虑城市轨道交通线路总体规划，在城市轨道交通线路相交叉的地方及前、后两期工程衔接的地方应布设适量的共用导线点。三）精密导线观测导线测量通常利用全站仪观测，分为水平角测量和边长测量。全站仪本身的误差主要有以下几种：测距的加常数、乘常数误差；测距的周期误