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摘要:铺轨基标是城市轨道交通轨道铺设和设备安装的依据，如何把握精密测量的关键技术，并能够确保相关测量工作符合实际工作需要，成为目前城市轨道交通铺轨基标测量的关键。为此，本文结合工程实例，对城市轨道交通铺轨基标测量的关键技术及质量控制进行了分析和探究。
关键词:城市轨道交通；关键技术；质量控制
引言
城市轨道交通工程一般线路长，施工单位多，施工工艺复杂，因此对测量工作提出了较高的要求。目前在地铁轨道专业铺轨施工过程中，分铺轨基标和 CPIII轨道控制网。铺轨基标测量是在其工程土建结构完成后，为轨道铺设而进行的一项重要测量工作，其测量精度直接影响城市轨道交通轨道铺设和设备安装的质量。所以，铺轨基标测设必须严格准确，以保证轨道铺设的质量，为列车平稳安全运行奠定基础。基于此，本文就城市轨道交通铺轨基标测量的关键技术及质量控制进行探讨。
1 工程概况
某地铁1号线GPS控制网共新埋设29个，其中地面点14个，楼定点15 个，联测3 个城市高等级控制点，GPS 观测采用静态作业模式，采用6 台Trimble5700 双频接收机进行观测，并选取网中A1、A11、A15、A25、B1 和3 个CORS起算点I 站、Ⅱ路站和Ⅲ站组成框架网进行长时间观测。观测网图如图1 所示。
图1 地铁1号线GPS 控制网
2 城市轨道交通铺轨基标测量的关键技术
2.1 GPS测量技术的应用及关键问题的处理
相比传统的三角网等控制测量方法，GPS由于其方便、快捷、高精度、不受时间及通视条件的限制等诸多优点，被广泛应用于地面控制测量中。GPS测量城市轨道交通线路地面控制网时，其网型结构非常关键。一般以异步环路或同步环路布设成空间三角形或空间大地四边形的线状锁，以构成尽可能多的约束条件，加强GPS控制网的几何图形强度，以保证城市轨道交通线路施工控制的精度和线路的连贯性。
由于城市轨道交通一般分期建设，线路间交错连接，因此为保证城市轨道交通线路间的无缝连接，在建立地面控制网时，必须将新、旧城市轨道交通线路连接处的既有城市轨道交通的控制点纳入施测控制网中。施测某城市轨道交通线路时我们发现，所联测的既有城市轨道交通控制点的新测坐标与其原坐标相差较大，在线路横向方向上相差7cm。通过分析，部分原因由于起算控制点间存在误差，同时也与所布设的GPS网型和GPS观测误差有关。为此我们采取了以下处理方法:①网中加入并联测原有城市轨道交通施测时的部分起算控制点；②将线路连接处的既有城市轨道交通的控制基标纳入新建城市轨道交通的控制网中，并作为新建城市轨道交通控制网的起算控制；③进一步优化网型，加强GPS控制网的强度；④对GPS观测效果不理想的点采取多时段重复观测。通过以上措施，较好地解决了控制网间的裂缝，使新建城市轨道交通与原有城市轨道交通线路无缝连接，同时也保证了新建城市轨道交通自身的精度。
2.2 CPIII轨道控制网控制测量方式应用
铺轨基标是一种采用的比较广泛的铺轨控制方式，主要是在轨道中心或轨道外侧（距轨道中心一定距离的位置）每隔6m 或5m 埋设一个基标点，每个基标点包括了里程及高程数据，依据设计资料及基标点来确定轨道位置及轨面高程。CPIII轨道控制网技术是从高速铁路引入地铁中的轨道测量控制方法。CPIII轨道控制网的测设主要依据《高速铁路工程测量规范》（TB10601- 2009）。CPIII轨道控制网主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。
在地铁线路两侧的结构上成对埋设CPIII点预埋件，然后进行CPIII控制网的建网及测量工作，测量成果满足相关规范要求后，采用全站仪配合轨道几何状态测量仪（轨检小车）进行轨道铺轨的调整，完成整体道床施工，无缝线路施工结束后，利用CPⅢ轨道控制网复测轨道的几何状态为轨道整理提供数据。
2.3 多种技术方法在联系测量中的联合应用
联系测量是地面与地下控制测量的纽带，高精度的联系测量是保证地下隧道控制测量精度的前提。因地制宜，选择合适的联系测量方法，是提高联系测量精度的有效手段。
在城市轨道交通线路的联系测量中，我们选择陀螺经纬仪和铅垂仪联合定向，并通过联系三角形法进行辅助检测，二者一致时，取其均值作为最终结果，既实时剔除了大误差的传递，又有效控制了误差积累，取得了较好的效果。详见图2 。
以上两式中:(X0，Y0)为ZH点坐标，R为圆曲线半径，、分别为A点※ZH点、HY点※ZH点的弧长，θ1为ZH点※JD点的方位角。κ为转向系数，当曲线右转时，κ=-1；曲线左转时，κ=1。
(2)在程序编制时，充分考虑了数据检核的问题。对于HY点和YH点的坐标分别进行线路正反向核算，以HY点为例，其核算方法如下:
由ZH点沿ZH※HY线路方向推算HY点坐标，由YH点沿YH※HY线路方向推算HY点坐标，两次推算的HY点坐标应该一致，若差值较大，则说明输入的曲线元素有误。
(3)程序计算结果
阴影部分为需要输入的已知数据项。当输入已知数据后，程序自动计算出各里程处的中线坐标和外偏坐标。因分别从ZH※YH、HZ※YH两个方向进行了推算，因此在HY、QZ点各计算出一个坐标，YH点计算出两个坐标，分别将计算出的坐标与其设计坐标比较，若二者一致，则说明所输入的已知数据正确；否则，应检查输入的已知数据。
在进行坐标计算的同时，程序还进行了曲线放样数据的计算。根据计算的各里程与相邻曲线元素点间的方位角及相邻里程间的平距，利用全站仪可直接进行偏角法测放。
2.5 中线检测和调线原理
当检测中线发现测放的轨道中线与设计中线不重合、线路不圆顺或侵界时，则进行调线。中线调线原则为“车站不动，调整区间”，一般采用坐标调整和角度距离调整两种方法。坐标调整是根据各中线点的中线串测数据的平差坐标与设计坐标比较并以纵、横坐标的差值将测放的中线点改正至设计坐标位置。角度距离调整是直接以中线串测的角度、距离与设计的角度、距离比较，根据角度差值计算各点的横向调整量、根据距离差值计算各点的纵向调整量，并以计算出的纵、横向调整量将所测放的中线点调整改正至设计位置。
由于坐标法中线调整内业计算量大且比较繁琐，而角度距离调整法计算简单方便，因此在城市轨道交通中线调整中一般采用角度距离法。下面为角度距离法调整中线的计算原理如图4所示。
图5 控制基标高程测控示意图
由图5可知:
h2=H设-H底
h=h1-h2
在设标时，用钢尺量控基标顶部至光学对点仪基座的距离达到h即测控了基标的高程。
2.7 加密基标的测设方法和技术处理措施
加密基标的测设一般有两种方法:按坐标法测放和以线路关系在直线上按量距法、曲线上按偏角法测放。因后者操作简单方便，一般按后者测放。
按量距法或偏角法测放时，由于尺长量取误差、线路坡度、钢尺下垂等因素的影响，很容易出现误差累积。为此采取以下技术处理措施:①每尺实际量取长度人为加长1mm；②在线路坡路较大的区域，将基标间的平距化算为斜距，以化算后的斜距量取；③曲线较长时，中间用坐标法测放部分加密基标，将误差控制在小区段内。
3 城市轨道交通铺轨基标测量的质量控制
3.1 影响城市轨道交通铺轨基标测量精度的因素
3.1.1影响地下控制精度的因素
由于基标测放是以地下控制点作为起算依据，因此地下控制点的精度直接影响基标测量的质量。而地下控制是由地上控制通过联系测量的方式测得，根据控制测量的程序，可得知影响地下控制点精度的因素有:①地上起算控制点的精度是影响地上控制网精度的误差源头；②地上近井点是地下控制的起算依据，因此地上控制网的测量精度是影响地下控制的重要内容；③联系测量是地上、地下控制的连接纽带，联系测量的质量直接影响到地下控制的精度；④地下控制测量观测精度的影响。根据误差传播理论，地下控制的精度可表示为:
地下精密导线精度
m2精平=m2地上平起+m2地上平控+m2平面联系+m2地下导线测量
地下高程控制精度
m2控高=m2地上高起+m2地上高控+m2高程联系+m2地下水准控制测量
上面各代码分别表示:
m地上平起—地上平面控制起算点中误差；m地上平控—地上平面控制测量中误差；m平面联系—平面联系测量中误差；m地下导线测量—地下导线测量中误差；m地上高起—地上高程控制起算点中误差；m地上高控—地上高程控制测量中误差；m高程联系—高程联系测量中误差；m地下水准控制测量—地下水准控制测量中误差。
综上所述，地面控制、联系测量和地下控制测量是影响地下控制点精度的三个主要环节，有效控制这三个方面的精度，是提高基标测量起算依据—地下控制精度的重要保障。
3.1.2影响点位放样及控制基标投点设标精度的因素
点位放样及控制基标投点设标精度主要取决于仪器的精度、人员的观测误差、基标的稳定性等因素。使用高精度、测量状况稳定的测量设备，并在固定基标的水泥中加入一定比例的速凝材料使基标迅速凝固，是提高基标测放和投点设标精度的重要措施。
3.1.3影响基标平面调线精度的因素
基标平面调线精度主要取决于调线计算方法和实际调线时的量距改正误差。一般来说，调线采用车站不动、调整区间的原则，同时在保证质量的前提下尽可能调改最少量的点，尽量避免大面积调整。
3.1.4基标高程测量的影响因素
基标高程测量是以地下高程控制点为依据，采用水准测量方式进行，其精度主要取决于水准路线的选择、仪器和水准尺的精度、人员的观测误差等环节。
根据上述分析，结合城市轨道交通铺轨基标测量的流程，可推出基标测量的精度公式:
控制基标平面精度 m2kp=m2精平+m2控放+m2设标+m2控调
加密基标平面精度 m2jp=m2kp+m2加放+m2加调
基标高程精度 m2h=m2控高+m2水测
以上各式中的代码分别为:
m精平—地下精密导线中误差；m控放—中线点测放中误差；m设标—控制基标设标中误差；m控调—控制基标平面串、调线中误差；m加放—加密基标测放中误差；m加调—加密基标调线中误差；m控高—地下高程控制点高程中误差；m水测—基标水准测量中误差。
3.2 提高城市轨道交通铺轨基标测量精度的方法措施
根据影响城市轨道交通铺轨基标精度的各方面因素，通过以下措施提高基标精度，保证基标测量质量:①使用符合精度要求的高精密仪器设备，并加强测量仪器设备的检验，保证所使用的仪器设备状况稳定；②采用先进的测量技术，选择合理的施测方法，根据现场条件，优化测量方案，精简作业环节，以减少误差累积，提高测量精度；③加强质量检验，通过各种检验措施和手段，确保基标测量成果的准确性和可靠性；④投入高素质的技术人员，减少人为因素误差，保证工程质量。
4 结束语
总之，在城市轨道交通铺轨基标测量中，需要充分掌握精密测量的关键技术，并对影响测量精度的因素采用合理的措施，以此提高基标精度，保证城市轨道交通工程的施工质量。文章通过实践，从地面控制网、联系测量、地下定向边等环节通过采取有效的方法和措施
可以提高测量精度、增加检核条件，从而为隧道的贯通提供有力的测量保障。
参考文献：
[1] 马全明,马海志.城市轨道交通铺轨基标测量技术方法的应用与研究[J].都市快轨交通.2011,24(5):78-82
[2] 刘奂遐.地铁铺轨基标测量的关键技术及质量控制[J].商品与质量.2017(7)
论文作者:顾光滨
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/12
标签：测量论文; 精度论文; 误差论文; 轨道交通论文; 坐标论文; 地下论文; 轨道论文; 《防护工程》2017年第19期论文;