城市轨道交通线路施工控制测量技术研究

城市轨道交通线路施工控制测量技术研究

1地面平面控制网市政铁路线路的规划、设计和建设，必须组织实施基本控制网的测量，考虑整个线路的长度、站的分布以及沿途的地形，并采用分类网络进行配置。基本控制网由gps级控制网和精密线网组成。精密导线网起算于GPS首级控制网,土建施工方根据精密导线点进行加密,由地面加密控制点来直接指导施工放样。1.1gps定位技术原理GPS是美国历时20年研制,于1994年全面建成的卫星导航与定位系统。GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等特点,GPS技术在大地测量、工程测量、航空摄影测量、地籍测量等测绘领域得到了广泛的应用。GPS的定位原理是利用测距交会的原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收四颗以上的GPS卫星信号,测量出测站点(接收机天线中心)至四颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标,据此利用距离交会法解算出测站点的位置。1.2控制网等网测量技术要求精密导线测量是精度达到相邻点位的相对中误差不超过1∶120000的导线测量。工程平面控制网的二等网,其测量技术要求与国家和城市现行规范中的四等导线基本一致,主要是缩短了导线总长度与导线边长,提高了点位精度。精密导线网应沿地铁线路方向布设,并应布设成附合导线、闭合导线或结点导线网的形式,平面控制网的坐标系统应与所在城市现有坐标系统一致。2gps线路的gps控制网络2.1控制网内各条线路组合控制GPS控制网的布设应遵循从整体到局部、分级布网的原则。在控制网布设前,应收集有关资料并进行现场踏勘,并拟定与已有平面控制网或国家控制网的联测方案。结合轨道交通项目的特点应做到以下4点:(1)控制网内应重合3个以上现有城市一等或二等控制点,并应均匀分布;在不同线路交叉有联络线处或同一线路前后期工程衔接处应布设2个重合点。(2)控制网应沿线路两侧布设,控制点宜布设在隧道出入口、竖井或车站附近,车辆段附近应布设3个控制点,相邻控制点应满足通视要求;布设控制点应便于发展精密导线。(3)控制网内非同步独立观测时,由非同步独立基线构成闭合环或附合路线,每个闭合环或附合路线中的边数不应大于6条。(4)为了确保轨道交通线路卫星定位控制网与轨道交通其他在建及将建线路的卫星定位控制网的平面衔接关系,在线路换乘站处,应充分考虑轨道交通其他线路位置进行布设。2.2控制装置的要求选点前根据收集到的测区内及周边地区的有关资料,包括测区1∶1万至1∶10万比例尺地形图和已有的控制测量资料,开展网形及点位设计,并应进行控制网优化和精度估算。点位选择应满足以下规定:(1)控制点间应有两个以上方向通视;(2)当利用已有城市控制点时,应检查该控制点的稳定性及完好性;(3)控制点应选在利于长久保存、施测方便和施工变形影响范围以外的地方;(4)建筑物上的控制点应选在便于联测的楼顶承重结构上;(5)控制点上视野开阔,远离玻璃幕墙、高层建筑物,避开多路径效应影响;(6)控制点与无线电发射装置的间距应大于200m,与高压输电线的间距大于50m,控制点要尽量布设在四周开阔的区域,在高度角15°内不应有成片的障碍物。(7)点位选定后应现场作标记、画略图。2.3卫星定位控制网控制点为了保证轨道交通线路卫星定位控制网的长期保存以及与今后其他线路轨道交通工程控制网的统一性,布网需重合现有控制点。卫星定位控制网控制点基本上沿着线路两侧附近布设,为了长久保存、利于观测,大部分埋设在建筑物屋顶上,少部分埋设在地面上。在不同线路交叉联络处均布设2个重合点。2.4最大误差系数(1)卫星定位控制网相邻点间基线长度精度表示为:式中:σ—标准差,mm;a—固定误差,mm;b—比例误差系数;d—相邻点间距离,mm;(2)观测时段数理论最少观测时段数:S=[NT(R*n/m)]R为重复设站率,n为总点数,m为接收机数目。实际观测时,考虑到可能埋设点数的增加,会相应增加时段数。2.5质量不理想时段的时段小于8km的短基线解算采用双差相位观测值和双差固定解,8—30km长基线可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。对周跳较多或数据质量不理想的时段,应进行删除或用分段处理后的数据进行平差计算,最终计算结果的基线长度中误差不能超过2δ。(1)星历卫星定位控制网基线解算采用卫星广播星历。(2)基线解算的主要模型和参数基线分时段进行解算,每个时段解算时,主要考虑如下因素:截止高度角为15度,历元间隔为15秒;不考虑卫星轨道误差,即固定IGS轨道;基线检核:外业观测的全部数据必须经过重复基线、同步环和异步环的检验。2.6邻点间的平均距离和基线解算质量同步环按单基线解,同步环各坐标分量及全长闭合差,应满足下列各式要求:其中:N—同步环中基线边的个数;a—固定误差(a=10mm);b—比例误差系数(b=5×10-6);d—构成同步、独立环中相邻点间的平均距离(km)(2)异步环GPS同步环闭合差和异步环闭合差的大小可反映GPS外业观测质量和基线解算质量的可靠性。同步环闭合差反映的是同一观测时段内数据质量的好坏,而异步环闭合差反映的是整个GPS网的外业观测质量和基线解算质量的可靠性,相对于同步环闭合差,异步环闭合差对GPS成果质量更为重要。异步环各坐标分量及全长闭合差,应满足下列各式要求:其中:n—独立环中基线边的个数对未达要求的异步环结合同步环检查情况和重复基线检查情况进行综合分析,剔除含有粗差的基线。(3)复测基线复测基线是衡量基线解质量的一个重要指标。复测基线的长度较差应满足下式要求:式中:n———同一边复测的次数,通常为2。2.7维约束平差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,以一个点的城市现有WGS-84坐标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,并提供WGS-84坐标系的三维坐标、坐标差观测值的总改正数、基线边长及点位的精度信息。基线向量改正数的绝对值应满足下列各式的要求:(2)二维约束平差选定坐标系进行二维约束平差及精度评定,并输出坐标、基线向量改正数、基线边长、方位角以及相关的中误差、相对点位中误差的精度信息等,二维约束平差中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的要求:(3)二等GPS点精度检查首先在二等GPS点中固定任意两点作为约束条件进行二维约束平差,然后将其二等点的平差成果与原测成果进行核对,如有较差值太大的,改变约束条件重复以上过程找出原因,确属起算点不可靠的,删除该点后使用其它合格二等点作为约束条件进行二维约束平差;(4)联测其它线路GPS精度检查以所有合格二等GPS点作为约束条件输出各点平面坐标后,将对网中其它线路的GPS点与原测成果进行核对,如较差值小于规范要求,证明此网与其它线路衔接较好。如较差值大于规范要求,首先检查本次与该点相关的观测数据,如无错误则收集该点相邻的同线路同类控制点,使用高精度全站仪进行检查,以判断有无位移。3精密线网测量3.1线路放线及地面出线点(1)精密导线以首级GPS点为起算点,主要沿地铁的设计路线布设,布设成附合导线、多边形闭合导线或结点导线网。(2)精密导线(网)应尽量沿地铁线路布设成直伸形状,每点具备两个以上的后视方向,并且能控制线路和车站位置,但应避开施工的范围。(3)导线相邻边长相差不宜过大,最小边长不能短于100m。(4)点位应避开地下管线等地下建筑物。(5)首级GPS点与相邻精密导线点间的垂直角不应大于30度。(6)相邻点之间的视线距障碍物的距离以不受折光影响为原则。(7)应充分利用城市导线点。(8)宜在前、后期两条线路相交叉的地方,设置共有的导线点。3.2地下导线点和地面相结合(1)附合导线的边数少于12个;相邻边的短边不宜小于长边的1/2;个别短边长不宜短于100m;(2)导线点位置应选在施工变形影响范围以外稳定的地方,并应避开地下管线、地下构造物等;(3)楼顶上的导线点宜选在靠近并能俯视线路、车站、车辆段一侧稳固的建筑物上;(4)相邻导线点间以及导线点与其相连的卫星定位点之间的垂直角不宜大于30°,视线离障碍的距离不宜小于1.5m,避免旁折光的影响;(5)在线路交叉及前、后期工程衔接的地方应布设适量的共用导线点;(6)应充分利用现有城市控制点标石。3.3提高导线测量的工作效率,提高导线测导线观测使用电子全站仪采用三联脚架法进行,此方法能有效的减弱仪器对中误差和目标偏心误差对测角和测距的影响,提高导线测量的工作效率。软件允许作业人员根据相关规定设置相关限差及测回数,测量过程中对超限的部分自动重测,仪器按照设置自动完成测站的所有观测作业并记录在内存中,极大的减少作业强度、提高作业效率,仪器的自动照准功能可减弱人工照准误差。3.4u3000材料力学模型每条附合路线或者闭合环观测完成后,应进行单导线平差计算,各项闭合差大于限差值的2/3时应分析原因;闭合差超限必须尽快重测。为保证轨道交通各区间与车站线路相连的统一性和连贯性,精密导线成果应是将全线所有精密导线构成一个整网,按导线网严密平差方法进行整体严密平差的成果。附合精密导线或精密导线环的角度闭合差不应大于此计算值:其中:mβ—测角中误差(±2.5″);n—附合导线或导线环的角度个数。测角中误差按下式计算:其中:fβ—附合导线或导线环的方位角闭合差;n—计算fβ时的角度个数;N—附合导线或闭合导线环的个数。所测边长须进行高程归化(归化到城市轨道交通线路平均高程面上)和投影改化(改化到高斯投影面上)。边长改化步骤是:测距仪加常数和乘常数改正—气象改正—倾斜改正—高程归化—投影改化。4精度评估4.1gps控制网模拟首先在GPS控制网选点图上按照技术设计书作业基本要求布置观测时段,将所有独立基线的起止点进行记录备用;然后图上提取各GPS点的概略坐标,转换坐标系,得到大地坐标,进而添加各点概略大地高,转换为空间直角坐标,根据上述数据计算出基线向量三个坐标差值并添加基线方向中误差、边长固定误差、比例误差及方差-协方差阵信息生成GPS控制网的模拟三维基线向量观测值。利用数据处理平差软件,选用较好的起算依据,以模拟三维基线向量作为观测值进行GPS网的无约束平差,将平差后的结果对比要求,不符合的需要找到原因,多次平差或重新观测。4.2初始观测方案文件在精密导线选点图上提取布设的精密导线点和GPS控制点的概略坐标,按照观测顺序布置测站号,观测方向,并添加方向中误差、边长固定误差、比例误差等精度信息形成平面网初始观测方案文件,在导线网平差软件中根据上述数据添加正态标准随机数生成平面网模拟观测值,进行平面网平差,推算方位角闭合差,最弱点点