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GPS技術(shù)在沈陽(yáng)市地鐵一號(hào)線施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用工學(xué)論文
摘要:介紹了沈陽(yáng)市地鐵一號(hào)線GPS控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)方法、成果精度等,就GPS技術(shù)在高精度施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用提出幾點(diǎn)建議。
關(guān)鍵詞:GPS技術(shù);施工控制網(wǎng);沈陽(yáng);地鐵
1 工程概況
沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線工程線路大致呈拉伸式的“～”型,線路全長(zhǎng)22.048km,西起張士經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),東止黎明文明宮,全部為地下線路,全線共設(shè)18座車站、指揮控制中心一座、車場(chǎng)兩處、集中供電變電所兩座。線路經(jīng)由于洪區(qū)、鐵西區(qū)、和平區(qū)、沈河區(qū)、大東區(qū)、東陵區(qū),大致呈東西走向,大部分穿越繁華城區(qū),是沈陽(yáng)最大的交通走廊。為滿足工程建設(shè)需要,地鐵一號(hào)線平面控制網(wǎng)分級(jí)布設(shè),首級(jí)控制網(wǎng)采取GPS技術(shù)。
2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)
2.1 首級(jí)控制網(wǎng)的精度要求
根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定,暗挖隧道的橫向貫通誤差應(yīng)在±50mm以內(nèi)。測(cè)量誤差的配置為:地面控制測(cè)量的橫向中誤差應(yīng)在±25mm以內(nèi),聯(lián)系測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量的橫向中誤差應(yīng)分別為±20mm、±30mm以內(nèi)。通常地鐵控制網(wǎng)分兩級(jí)布設(shè),即首級(jí)為GPS控制網(wǎng),二級(jí)為精密導(dǎo)線網(wǎng),GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)為:平均邊長(zhǎng)2km,相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差規(guī)定在±10mm以內(nèi),最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差在±12mm以內(nèi),最弱邊相對(duì)中誤差高于1/90000,與原有控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差小于50mm。
2.2 GPS控制網(wǎng)的方案設(shè)計(jì)
(1)原有城市控制點(diǎn)的選擇和利用
沈陽(yáng)市城市GPS控制網(wǎng)建成于1999年,布網(wǎng)方案先進(jìn),精度高。選取靠近線路附近的ZST、NGT、JDXX、HGQNL、JDXY、NTFZ、ZLYY、LYSS、XZXY的9個(gè)點(diǎn)參與地鐵施工控制網(wǎng)的布設(shè)。該9個(gè)點(diǎn)均位于基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)的高層樓房頂部,滿足GPS信號(hào)接收的要求。
(2)地鐵GPS控制點(diǎn)的選點(diǎn)與埋設(shè)
①點(diǎn)位選擇的原則
控制點(diǎn)的選點(diǎn)除應(yīng)滿足GPS信號(hào)接收的需要外,還應(yīng)滿足地面精密導(dǎo)線布設(shè)的需要,具有其特殊性,即所有點(diǎn)位在市區(qū)內(nèi)主要選在沿線路附近已經(jīng)穩(wěn)定的高層建筑物樓頂上,距地鐵線路的距離在150m以上;保證地鐵沿線每個(gè)GPS點(diǎn)至少有一個(gè)通視方向;相鄰GPS點(diǎn)間距離不低于500m。
根據(jù)以上選點(diǎn)原則,共新選控制點(diǎn)28個(gè)。
②GPS點(diǎn)位埋設(shè)
點(diǎn)位選好后,按照規(guī)范中的標(biāo)石埋設(shè)要求,在建筑物樓頂合適的位置,用工具將樓頂刨至樓板(預(yù)制板),占地面積約1.0m2。,用射釘槍在刨開的范圍內(nèi)釘5個(gè)以上射釘,以確保澆制的混凝土與樓板更好地結(jié)合。將預(yù)制的墩標(biāo)架(為滿足強(qiáng)制對(duì)中要求而制作)整平,在進(jìn)行混凝土澆制過(guò)程中,將對(duì)中標(biāo)志(實(shí)心銅柱)固定,從而保證墩標(biāo)架整平的同時(shí),做到標(biāo)石與標(biāo)架的對(duì)中。
(3)GPS網(wǎng)的布設(shè)
地鐵GPS平面控制網(wǎng)在城市二等GPS網(wǎng)框架下布設(shè),包括新選的控制點(diǎn)28個(gè)和9個(gè)二等GPS控制點(diǎn)。考慮GPS網(wǎng)的圖形強(qiáng)度,GPS控制網(wǎng)分兩級(jí)布設(shè),先由9個(gè)城市二等GPS點(diǎn)與金山賓館埋石點(diǎn)構(gòu)成3個(gè)時(shí)段骨架網(wǎng),再采用邊連式布設(shè)成GPS網(wǎng)鎖。觀測(cè)時(shí)采用5臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè),地鐵GPS網(wǎng)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1:
3 外業(yè)觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理
3.1 控制網(wǎng)的觀測(cè)
采用5臺(tái)AshtechZ-Xtreme型雙頻接收機(jī)進(jìn)行同步靜態(tài)觀測(cè),首先根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)制定GPS外業(yè)觀測(cè)計(jì)劃,進(jìn)而進(jìn)行作業(yè)調(diào)度。
天線安置嚴(yán)格對(duì)中、整平,并使定向標(biāo)志指向磁北。
觀測(cè)歷元間隔15°,衛(wèi)星截止高度角15°,同步時(shí)段觀測(cè)時(shí)間骨架網(wǎng)為90分鐘,其余時(shí)段為60分鐘。
在天線板上互隔120°的三處量取天線高,互差小于3mm,并在觀測(cè)前后各量一次取中數(shù)。
3.2 基線解算
基線向量解算和網(wǎng)平差采用隨機(jī)軟件Solution2 6進(jìn)行。基線向量解算首先進(jìn)行自動(dòng)處理,若處理結(jié)果不理想,則進(jìn)行基線的精化。解算時(shí)全部解算出整周模糊度,137條基線均得到雙差固定解。同步環(huán)、異步環(huán)和復(fù)測(cè)基線精度統(tǒng)計(jì)如下:
(1)15個(gè)觀測(cè)時(shí)段構(gòu)成15個(gè)同步環(huán),閉合差最大值為0.62cm,其允許值為1.1cm(該環(huán)線長(zhǎng)為30998.46m);
(2)13條復(fù)測(cè)基線中長(zhǎng)度較差最大值為2.03cm, 其允許值為3.60cm(該基線邊長(zhǎng)為4330.87m);
(3)構(gòu)成60個(gè)異步環(huán),閉合差最大值為2.84cm,其允許值為10.01cm(該環(huán)線長(zhǎng)為16037.27m)。
3.3 網(wǎng)平差
(1)GPS在WGS—84坐標(biāo)系統(tǒng)下的三維無(wú)約束平差
地鐵首級(jí)GPS平面控制網(wǎng)采用HGQNL已知的WGS—84坐標(biāo)作為控制點(diǎn)進(jìn)行三維無(wú)約束平差,進(jìn)而檢驗(yàn)GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度。各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表2～3:
(2)GPS網(wǎng)在地方坐標(biāo)系下的二維約束平差
地鐵GPS控制網(wǎng)布設(shè)在城市控制網(wǎng)框架下,二維約束平差采用分布均勻且兼容性好的ZST、HGQNL、LYSS3個(gè)城市GPS控制點(diǎn)為起算點(diǎn)進(jìn)行平差。二維約束平差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4～7:
4 體會(huì)和建議
應(yīng)用GPS技術(shù)建立沈陽(yáng)市地鐵一號(hào)線首級(jí)平面控制網(wǎng),從選點(diǎn)埋標(biāo)到提交成果共歷時(shí)2個(gè)月,獲得高精度的成果是傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的。
由于地鐵的選線、建設(shè)均位于城市的繁華地段,高樓林立,既要保證GPS點(diǎn)間通視,又要考慮地面精密導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)與通視,既要考慮一號(hào)線建設(shè)中的控制網(wǎng)復(fù)測(cè),又要兼顧與其他規(guī)劃線路的銜接,既要滿足GPS信號(hào)接收的要求,又要考慮地鐵施工對(duì)控制點(diǎn)的影響,所以選點(diǎn)工作相當(dāng)重要。
地鐵控制網(wǎng)的精度要求較高(尤其是相對(duì)精度),而邊長(zhǎng)相對(duì)較短,精度難于實(shí)現(xiàn)。為減少點(diǎn)位對(duì)中誤差,在進(jìn)行GPS網(wǎng)布設(shè)時(shí),短邊必須同步觀測(cè),獲得獨(dú)立基線,當(dāng)進(jìn)行多時(shí)段觀測(cè)作業(yè)時(shí)短邊觀測(cè)最好不搬站,并保證天線嚴(yán)格對(duì)中整平。
由于數(shù)據(jù)處理軟件通常均具有質(zhì)量檢測(cè)功能,為確保得到高質(zhì)量的成果,在參數(shù)設(shè)置方面可適當(dāng)高于規(guī)范的相應(yīng)要求。
從最終的平差結(jié)果可以看出,地鐵施工控制網(wǎng)的精度完全滿足設(shè)計(jì)的要求,沈陽(yáng)市城市GPS控制網(wǎng)精度高而且穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn):
[1] GB50308-1999.地下鐵道、軌道交通工程測(cè)量規(guī)范.
[2] CJJ73-97.全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量規(guī)范.
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