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GPS技术在沈阳市地铁一号线施工控制网中的应用
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摘 要:介绍了沈阳市地铁一号线GPS控制网的布设、观测方法、成果精度等,就GPS技术在高精度施工控制网中的应用提出几点建议。（参考《建筑中文网》）
关键词:GPS技术;施工控制网;沈阳;地铁
1 工程概况
沈阳地铁一号线工程线路大致呈拉伸式的“～”型,线路全长22.048km,西起张士经济开发区,东止黎明文明宫,全部为地下线路,全线共设18座车站、指挥控制中心一座、车场两处、集中供电变电所两座。线路经由于洪区、铁西区、和平区、沈河区、大东区、东陵区,大致呈东西走向,大部分穿越繁华城区,是沈阳最大的交通走廊。为满足工程建设需要,地铁一号线平面控制网分级布设,首级控制网采取GPS技术。
2 GPS控制网的设计
2.1 首级控制网的精度要求
根据文献[1]的规定,暗挖隧道的横向贯通误差应在±50mm以内。测量误差的配置为:地面控制测量的横向中误差应在±25mm以内,联系测量和地下导线测量的横向中误差应分别为±20mm、±30mm以内。通常地铁控制网分两级布设,即首级为GPS控制网,二级为精密导线网,GPS控制网的主要技术指标为:平均边长2km,相邻点的相对点位中误差规定在±10mm以内,最弱点点位中误差在±12mm以内,最弱边相对中误差高于1/90000,与原有控制点的坐标较差小于50mm。
2.2 GPS控制网的方案设计
(1)原有城市控制点的选择和利用
沈阳市城市GPS控制网建成于1999年,布网方案先进,精度高。选取靠近线路附近的ZST、NGT、JDXX、HGQNL、JDXY、NTFZ、ZLYY、LYSS、XZXY的9个点参与地铁施工控制网的布设。该9个点均位于基础坚实的高层楼房顶部,满足GPS信号接收的要求。
(2)地铁GPS控制点的选点与埋设
①点位选择的原则
控制点的选点除应满足GPS信号接收的需要外,还应满足地面精密导线布设的需要,具有其特殊性,即所有点位在市区内主要选在沿线路附近已经稳定的高层建筑物楼顶上,距地铁线路的距离在150m以上;保证地铁沿线每个GPS点至少有一个通视方向;相邻GPS点间距离不低于500m。
根据以上选点原则,共新选控制点28个。
②GPS点位埋设
点位选好后,按照规范中的标石埋设要求,在建筑物楼顶合适的位置,用工具将楼顶刨至楼板(预制板),占地面积约1.0m2。,用射钉枪在刨开的范围内钉5个以上射钉,以确保浇制的混凝土与楼板更好地结合。将预制的墩标架(为满足强制对中要求而制作)整平,在进行混凝土浇制过程中,将对中标志(实心铜柱)固定,从而保证墩标架整平的同时,做到标石与标架的对中。
(3)GPS网的布设
地铁GPS平面控制网在城市二等GPS网框架下布设,包括新选的控制点28个和9个二等GPS控制点。考虑GPS网的图形强度,GPS控制网分两级布设,先由9个城市二等GPS点与金山宾馆埋石点构成3个时段骨架网,再采用边连式布设成GPS网锁。观测时采用5台接收机同步观测,地铁GPS网的主要设计指标如表1:
3 外业观测与数据处理
3.1 控制网的观测
采用5台AshtechZ-Xtreme型双频接收机进行同步静态观测,首先根据GPS卫星星历预报制定GPS外业观测计划,进而进行作业调度。
天线安置严格对中、整平,并使定向标志指向磁北。
观测历元间隔15°,卫星截止高度角15°,同步时段观测时间骨架网为90分钟,其余时段为60分钟。
在天线板上互隔120°的三处量取天线高,互差小于3mm,并在观测前后各量一次取中数。
3.2 基线解算
基线向量解算和网平差采用随机软件Solution2 6进行。基线向量解算首先进行自动处理,若处理结果不理想,则进行基线的精化。解算时全部解算出整周模糊度,137条基线均得到双差固定解。同步环、异步环和复测基线精度统计如下:
(1)15个观测时段构成15个同步环,闭合差最大值为0.62cm,其允许值为1.1cm(该环线长为30998.46m);
(2)13条复测基线中长度较差最大值为2.03cm, 其允许值为3.60cm(该基线边长为4330.87m);
(3)构成60个异步环,闭合差最大值为2.84cm,其允许值为10.01cm(该环线长为16037.27m)。
(1)GPS在WGS—84坐标系统下的三维无约束平差
地铁首级GPS平面控制网采用HGQNL已知的WGS—84坐标作为控制点进行三维无约束平差,进而检验GPS网的内符合精度。各项指标统计见表2～3:
(2)GPS网在地方坐标系下的二维约束平差
地铁GPS控制网布设在城市控制网框架下,二维约束平差采用分布均匀且兼容性好的ZST、HGQNL、LYSS3个城市GPS控制点为起算点进行平差。二维约束平差统计结果见表4～7:
4 体会和建议
应用GPS技术建立沈阳市地铁一号线首级平面控制网,从选点埋标到提交成果共历时2个月,获得高精度的成果是传统方法无法比拟的。
由于地铁的选线、建设均位于城市的繁华地段,高楼林立,既要保证GPS点间通视,又要考虑地面精密导线点的布设与通视,既要考虑一号线建设中的控制网复测,又要兼顾与其他规划线路的衔接,既要满足GPS信号接收的要求,又要考虑地铁施工对控制点的影响,所以选点工作相当重要。
地铁控制网的精度要求较高(尤其是相对精度),而边长相对较短,精度难于实现。为减少点位对中误差,在进行GPS网布设时,短边必须同步观测,获得独立基线,当进行多时段观测作业时短边观测最好不搬站,并保证天线严格对中整平。
由于数据处理软件通常均具有质量检测功能,为确保得到高质量的成果,在参数设置方面可适当高于规范的相应要求。
从最终的平差结果可以看出,地铁施工控制网的精度完全满足设计的要求,沈阳市城市GPS控制网精度高而且稳定。
参考文献:
[1] GB50308-1999.地下铁道、轨道交通工程测量规范.
[2] CJJ73-97.全球定位系统城市测量规范.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/13527.htm
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