一、地面平面控制測量

地面平面控制測量是城市軌道交通工程所有測量的基礎和依據，是城市軌道交通工程全線線路與結構貫通的保障。在土建施工開挖前測量完畢。地面平面控制網具有精度高、邊長較短、使用頻繁等特點。

（一）地面平面控制網的基本特點

城市軌道交通工程應結合擬建線路情況，進行專項平面控制網布設，且與城市原有座標系統一致，並在工程開始前完成，其基本特點如下：

一）平面控制網的大小、形狀、點位分佈應滿足軌道交通工程施工的需要，可以根據城市軌道交通總體規劃佈設全面網，也可以為某條線路佈設單獨的線狀控制網。

二）城市軌道交通工程地面平面控制網在城市一、二等控制網的基礎上建立，通常分兩個等級佈設，即一等衛星定位控制網(以下簡稱GPS網)和二等精密導線(鎖、網)兩個等級。GPS網點數較少，起到整體骨架的作用，是後續測量的基礎，而導線(鎖、網)則在GPS網的基礎上佈設成附合導線、閉合導線或多個結點的導線網。邊長較短，可直接為地面施工測量服務，對地下施工起到向地下傳遞座標、方向的作用。

三）地面平面控制網不但是隧道橫向貫通的基礎，還是安裝測量控制網、變形監測網的基礎。可為工程設計提供大比例尺地形圖測繪、施工放樣、軌道鋪設、斷面測量、建設期間變形監測以及運營後的結構變形監測服務。

四）由於城市軌道交通工程建設週期較長，工程建設期間平面控制點難免發生變化，因此需要在一定的週期內對地面平面控制網進行檢測，評價原網穩定狀況和可靠程度，確保地面平面控制網滿足工程建設需要。

（二）地面平面控制網的測量步驟

地面平面控制網的測量步驟與城市建設的平面控制網一樣，通常需要經過以下工作步驟：

一）收集資料。根據擬建線路的設計資料(尤其是車站位置、豎井位置和線路走向、不同線路交叉情況等)，收集和了解沿線現有城市首級控制網、軌道交通控制網以及岩土工程條件等資料。

二）現場踏勘。在擬建線路附近普查現有首級平面控制點的保存情況與車站、車輛段以及沿線周圍建(構)築物情況和擬埋設控制點的位置條件情況等。

三）選點。根據控制網布設原則以及觀測條件進行選點，值得注意的是GPS點和精密導線點的選點可以同時進行。

四）埋石。根據控制點的位置條件，選擇埋設不同類型的標石。

五）控制網觀測。按照平面控制網等級和技術要求進行GPS測量和精密導線測量。

六）數據平差等。

（三）一等衛星定位控制網測量

一）控制網的選點和埋石

1． GPS控制網點位的選擇

首先收集城市軌道交通線路沿線附近標石。穩定、完好的城市原有控制點納入GPS控制網中，以便於確定GPS網的基準。同時通過原有控制點在GPS網中的座標的較差，衡量GPS控制網的精度。

控制點應選在利於長久保存、施測方便的地方，離開線路中心線或車站等構築物外緣的距離不宜小於50m。控制點上應視野開闊，避開多路徑效應影響，被測衛星的地平高度角應大於15°。遠離無線電發射裝置和高壓輸電線，其間距分別不小於200m和50m。建築物上的控制點應選在便於聯測的樓頂承重牆上面。

GPS控制點的位置要便於進行下一級二等精密導線點的擴層，由於城市軌道交通線路貫穿城市繁華地段，交通運輸極其繁忙，地面點位不易保存，二等精密導線點大都選在樓頂上，因此GPS點應儘量與相鄰二等精密導線點通視，且儘量選在車站或施工豎井附近，以便利用。每個GPS點至少要有兩個通視方向，相鄰GPS點間距離不低於500m。

2． GPS控制點的標誌與埋設 為使點位長期保存，以便利用GPS測量成果進行二等精密導線測量以及複測，GPS點均應埋設具有中心標誌的永久性標石。標石分為基本標石、岩石標石和樓頂標石三種。

建築物樓頂標石可現場澆築，標石下層鋼筋插入樓頂平面混凝土中，標石應固結在樓頂板平臺上，標石規格和形式見圖

為了減少多次觀測對房屋頂部防水層的影響，同時減少每次觀測的對中誤差，在埋設GPS控制點時大都同時埋設具有強制對中標誌的墩標。若控制點埋於地下，可以根據工程建設區域的地質狀況選擇埋設適宜的基本標石或岩石標石，標石規格和形式分別 見圖

樓頂控制點標石埋設圖

土中基本標石埋設圖 1—土；2—搗固之土石層

岩石標石埋設圖 1—石塊；2—保護蓋

二、GPS控制網布設方案及優化

1．GPS控制網的佈設原則

GPS控制網內應重合3～5個原有城市二等控制點或在城市裡的國家一、二等控制點，並儘量保證分佈均勻。同時考慮到城市軌道交通總體規劃建設，多線路分期建設情況，在城市軌道交通線路交會處和前後期銜接處應佈設2個以上的重合點。

在隧道口、豎井、車站和車輛段附近應佈設1—2個控制點，相鄰控制點應有兩個以上方向通視，其他位置的控制點間應至少有一個方向通視。

控制網中應有一定數量的GPS點與水準點重合，同時應考慮在少量相鄰點間進行電磁波測距用以檢查GPS測量成果。

對於所有選定的點位均以邊連接方式按照靜態相對定位原理佈網，由於相鄰點的相對點位中誤差要求精度高，所以在控制網的佈設時，相鄰的短邊控制點間保證同步觀測。

GPS控制網必須由非同步獨立觀測構成閉合環或附合路線，每個閉合環或附合路線中的邊數應符合規範規定。

2． GPS控制網的優化設計

為了確保GPS控制網的精度滿足規範要求，在GPS控制網布設時有必要進行優化設計。主要內容為以下幾種：

（1）零類設計：即控制網的基準設計，是對一個已知圖形結構和觀測方案的GPS向量網確定最優座標系統的優化設計。

（2）一類設計：即控制網圖形設計，是在確定網的精度和觀測方案情況下，得到最佳點位的優化設計。

（3）二類設計：即觀測方案的最佳選擇，主要包括時段設計、交通路線、觀測時間等。

三、GPS控制網觀測

1．制定觀測計劃

外業觀測，又稱數據採集。由於涉及多臺接收機同步觀測，所以在觀測工作實施前，依據GPS網的佈設方案、投入觀測的接收機數量、可見性預報情況、觀測時段長度、交通運輸和通信條件，選擇最佳的觀測時段、進行科學調度。

（1）GPS衛星的可見性預報

GPS衛星的空間幾何分佈對定位精度具有重要影響，所以在選擇最佳觀測時段，制定觀測計劃時，查看當日的GPS衛星數以及相應的PDOP值的變化情況。確保任何地區全天任何時間均能至少觀測到5顆衛星，但最佳觀測時段還是選擇在PDOP小於6的時間範圍內。

（2）作業調度表

根據最優化的原則，應綜合考慮GPS網的佈設方案、衛星的可見性預報、網的連接方式、各時段觀測時間和交通情況，合理調配各接收機，進行科學調度。作業調度表包括觀測時段號、測站名稱和接收機號等內容。

2．接收設備的檢驗

在控制測量作業前，需對GPS接收機和天線等設備進行全面檢驗。接收機在一般檢視和通電檢驗後，還應進行GPS接收機內部噪聲水平的測試、接收機天線平均相位中心穩定性檢驗和GPS接收機不同測程精度指標的測試.

由於埋設的標石大都沒有強制對中裝置，因此，為了提高對中精度，還需檢驗基座圓水準器和光學對中器是否準確。

3．接收機參數設置

同步觀測的接收機，相應的參數設置要保持一致。其參數主要包括數據採樣率和衛星高度角，通常在觀測前，將各接收機統一進行參數設置，即數據採樣率為l0s，衛星高度角15°。

（2）開機觀測

天線架設完成後，經檢查接收機與電源、接收機與天線間的連接情況無誤後，按作業調度表規定的時間開機作業，並逐項填寫外業觀測手簿。

但觀測期間，操作員應注意以下幾方面：

1）必須在接收機有關指示燈與儀表正常時，進行測站、時段信息輸入；

2）注意查看接收衛星數、衛星號、相位測量殘差、實時定位結果及其變化、存儲介質以及電源情況等；

3）不得隨意關機並重新啟動，不準改動衛星高度角的限值，不準改變數據採樣間隔和儀器高等信息。

（3）GPS外業測量手簿

測量手簿應全面記錄測站的相關信息，應該現場填寫，並有可追溯性，以便內業計算時使用。手簿中應記錄測站名稱(測站號)、觀測時段號、觀測日期、觀測者、測站類別(新選點、原等級控制點或水準點)、觀測起止時間、接收機編號、對應天線號以及天線高三次量取值和量取方式等。

（4）數據存儲

四、二等精密導線測量

一）二等精密導線網的精度要求和佈設方案

1．二等精密導線的精度要求

根據精度分析及誤差配賦理論，在一等衛星定位網精度滿足要求條件下，點位中誤差在±20mm以內，能夠保證地面控制測量對橫向誤差的影響值在±25mm以內的要求。二等精密導線測量的主要技術要求見表

2．二等精密導線的佈設方法

二等精密導線沿城市軌道交通線路方向佈設，根據導線點與首級GPS點的空間分佈，通常佈設成多條附合導線、閉合導線或多個結點的導線網。

二）導線點的選埋

1．二等精密導線點的選點要求

無論採用何種施工方法，在城市軌道交通施工測量時使用最多的還是二等精密導線點，所以二等精密導線點的選點一定要保證易於觀測、便於施工使用、易於保存而且穩定。具體而言，選點時要注意以下幾點：

（1）為施測方便，在車站、洞口附近，宜多佈設導線點，且保證能夠至少兩個方向通視。為了減少地面導線測量的誤差影響，最好確保二等精密導線點能夠與洞口通視。

（2）相鄰導線邊長不宜相差過大，個別短邊的邊長不應短於100m。位置應選在因城市軌道交通工程施工產生變形區域以外的地方，距城市軌道交通路線和車站構築物的距離應大於30m。

（3）導線點最好選在樓頂，也可埋於地面，但地面上的導線點位應避開地下構築物如地下管線等，樓頂上的導線點宜選在靠近並能俯視城市軌道交通線路、車站、車輛段的一側。

（4）相鄰導線點間以及導線點與其附合的GPS點之間的垂直角不應大於30°，視線離障礙物的距離應不受旁折光的影響。

(5)綜合考慮城市軌道交通線路總體規劃，在城市軌道交通線路相交叉的地方及前、後兩期工程銜接的地方應佈設適量的共用導線點。

3．精密導線觀測

導線測量通常利用全站儀觀測，分為水平角測量和邊長測量。

全站儀本身的誤差主要有以下幾種：測距的加常數、乘常數誤差；測距的週期誤差；相幅誤差；相位不均勻誤差；豎軸傾斜誤差；橫軸傾斜誤差；視準軸誤差；補償器誤差；度盤偏心誤差；度盤刻劃誤差；豎盤指標差；望遠鏡調焦誤差等，所以最好要使用具有“電子補償”功能的全站儀，並保證在觀測時應處於檢定週期之內，在觀測前進行相關項目的檢驗。

二等精密導線標石埋設圖(mm)

1—蓋；2—磚；3—素土；4—標石；5—凍土線；6—混凝土

(1)平角觀測

GPS點上或導線結點上觀測

由於二等精密導線附合在GPS點上，在附合導線兩端的GPS點上觀測時，應聯測其他可通視的GPS點，採用方向觀測法，方向數不多於3個時可不歸零，夾角的平均觀測值與GPS座標反算夾角之差應小於6″，在導線結點上觀測時採用方向觀測法，測回間需要變換度盤。導線點上觀測當觀測僅有兩個方向時，導線點上水平角觀測按左、右角觀測，左右角平均值之和與360°的較差應小於4″。當水平角遇到長短邊需要調焦時，應採用盤左長邊(短邊)調焦，盤右長邊(短邊)不調焦，盤右短邊(長邊)調焦，盤左短邊(長邊)不調焦的觀測順序進行觀測。

(2)邊長測量

每條導線邊均進行往返測量：I級全站儀應往返觀測各二個測回，Ⅱ級全站儀應往返觀測各三個測回。每測回間應重新照準目標，每測回應四次讀數，各項技術要求見表

4．二等精密導線網平差

根據城市原有控制網的基準面進行相應高程歸化和(或)投影改化。具體進行何種歸化或投影，以城市軌道交通建設的施工圖設計所採用的座標基準面而定。

五、地面平面控制網的檢測與處理

1．地面控制網檢測的必要性

城市軌道交通修建過程工期比較長，在長時間中，由於城市地面沉降和建設的影響，控制點將會產生位移和沉降。如不及時進行檢測就不能掌握控制點變形狀況，將對工程質量造成嚴重隱患。

2．平面控制網的檢測與評價

(1) GPS網測量方案的審核

1）檢查兩期GPS網是否有重合點

2）檢測座標系統與城市控制網是否一致

3）檢查GPS點相對於車站、豎井的位置是否恰當

(2) GPS檢測網與原測網結果精度分析與評價

1）兩期GPS網測量結果較差的限差

2）檢測結果的分析和評價

(3)導線網檢測與評價

1）導線網測量方案的審核

2）兩期導線測量結果較差的限差

六、地面高程控制測量

（一）地面高程控制網布設原則

水準點應選在施工場地變形區外穩固的地方，有條件應埋設基岩水準點。水準點離開車站和線路的距離應不少於40m，一般水準點和深樁水準點應根據每個城市情況，樁底應埋設在穩定的持力層上。水準點應選在便於尋找、保存和引測的地方。

一）城市軌道交通一等水準網布網原則

一等水準網是基礎網，一般按照工程線路佈設成附合、閉合路線或者結點網。水準網起算點一般不少於3個，且應是城市一等水準點。每個一等水準點應遠離受施工影響的變形區。當工程處於地面沉降區域時，在首級水準觀測前，應首先考慮保證起算點已知高程的現勢性。宜每隔3km埋設1個水準點。

二）城市軌道交通二等水準網布網原則

二等水準網是起算於一等水準網的高程控制網，主要為施工服務，其網形主要取決於城市軌道交通工程的線路形狀，一般每個車站、豎井及車輛段附近應佈設水準點，點數不應少於2個。二等水準網應佈設為結點網或附合路線。二等導線網中的各點有條件時，都應納入二等水準網測量中。

（二）水準標石類型與埋設

水準標石是長期保存測量成果的固定標誌，水準標石確定了點的高程，因而穩定非常重要的。由於對觀測結果有限差的要求，人們往往比較重視觀測結果，卻常常忽略：標石的穩定性問題。如果標石埋設質量不好，容易產生垂直位移或傾斜，即使水準觀測質量再好，其最後成果也是不可靠的，因此務必重視水準標石的埋設質量。

1．水準標石類型

城市軌道交通工程中的水準點標石可分為混凝土水準標石、牆腳水準標誌、基岩水準標石和深樁水準標石4種。

2．水準標石的埋設

混凝土水準標石要埋設在凍土線以下30cm，埋設時需特別注意埋設地點地質條件，瞭解地下水位的深度，地下有無空洞和流砂等。要確保標石埋設在土質堅實穩定的地層。

牆角水準標誌應選擇在永久性或半永久性堅固的建築物或構築物基礎上埋設。考慮到水準尺的長度，埋設時注意遠離建築物的外簷和外部窗臺等影響水準尺豎立的障礙物。

埋設基岩水準標石時應注意埋在真正的基岩上，不允許埋在較大的孤石上。為了施工方便，可以儘量選在基岩露頭的地方，遇有風化層時，必須將風化層鑿剝除去。埋設基岩水準標石一般應有地質人員參加或以地質資料作依據，必要時需事先進行地質鑽探。基岩水準標石必須是混凝土製成，使其與基岩牢固相接。

深樁水準標石埋設時應注意收集地質資料作為依據，深樁應埋設在穩定的持力層內。

水準點埋設完成後，應進行外部整飾並應現場繪製水準點點之記。

（三）地面高程控制測量施測

一）地面高程控制測量的技術要求

地面高程控制測量的主要技術要求應符合表的規定。

二）地面高程控制測量施測

1．一般要求

水準觀測應待埋設的水準標石穩定後再進行。水準測量所使用的儀器和水準尺測前應送檢定單位進行全面檢驗，檢定週期為1年。水準儀視準軸與水準管軸的夾角稱為i角，作業開始的第一週內應每天測定1次i角，穩定後可隔半月測定1次。城市軌道交通一、二等水準測量作業工程中水準儀的i角應小於15″。

2．觀測方法

一、二等水準測量的觀測方法應符合下列規定：

（1)往測 奇數站上：後一前一前一後；

偶數站上：前一後一後一前。

（2)返測 奇數站上：前一後一後一前；

偶數站上：後一前一前一後。

（3)若使用數字水準儀與條碼尺，應將有關參數、限差預先輸入，並按自動觀測模式順序操作。一、二等水準每一測段的往測和返測，宜分別在上午、下午進行，也可在夜間觀測。

（4)、由往測轉向返測時，兩根標尺必須互換位置，並應重新整置儀器。

3．觀測質量控制

水準測量觀測的視線長度、視距差、視線高度和水準測量測站觀測限差應符合表9-11和表9-12的規定。

5．外業操作的注意事項

（1）儀器的檢查：

每天工作開始前要對水準標尺圓水準器的正確性進行檢查和校正，防止因運輸或其他原因致使圓水準器的正確位置發生偏離，從而使測量結果產生誤差。

作業開始的第一週內每天對i角的檢查，最好在不同的氣溫下進行，查看變化規律。

（2）保持前後視等距。

（3）嚴格按照奇偶站觀測順序觀測。

（4）保證每個測段的測站數為偶數。

為了消除兩根標尺的零點高度不等差，每個測段的測站數為偶數。往測轉返測時，兩根標尺要互換位置，同時前後視的讀數順序也作相應改變。

（5）預先安置尺樁或尺臺。

用於作為轉點尺承的尺樁或尺臺，要求在觀測前預先安置好。為防止往返測的高差中數產生偏差，每測段的往測與返測應使用同一類型的轉點尺承和安置方法。