既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法与流程

本发明涉及工程测量领域，尤其涉及既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法。

背景技术：

1、轨道交通作为缓解城市交通压力的交通工具起着举足轻重的作用，保证轨道交通运营安全是关乎民生的大事。近年来，随着城市建设的发展，国内主要城市轨道交通网络大面积铺开，越来越多的新建市政基础设施与既有运营地铁线路发生空间的交集，呈现出上下穿越、临近、侧穿等位置关系。新建工程开挖、降水、注浆等措施必然会既有运营地铁线路产生一定的影响，在某些穿越工程施工中甚至出现措施控制不当导致地铁发生结构破坏、降速运营的重大事故。为避免此类情况发生，各地普遍在外部施工过程中通过对既有运营地铁线路进行变形监测的方式进行风险管控。

2、同时由于既有运营地铁线路存在停运窗口期短、结构变形要求高的特点，不间断、高精度的自动化监测方法得到了广泛的应用。在现有的自动化监测模式中全站仪测量机器人自动化监测系统凭借其测量精度高、受环境因素干扰小、观测数据直观反映三维坐标信息的优势成为主要的监测模式。

3、全站仪测量机器人主要是通过测量控制点和监测点到仪器的角度、距离参数进行监测点的三维坐标解算，通过与监测点初始三维坐标值进行比对得出监测点的变形值。当前全站仪最高测角标称精度为一测回水平方向标准差0.5″，在日常使用过程中受仪器自身、外界干扰等因素影响测角精度往往在1″左右，1″在100m距离上仅考虑测角影响造成的影响值为0.48mm，目前既有运营地铁线路变形控制值普遍在10mm以里，取高限按控制值的1/20确定监测精度点位中误差不应大于0.5mm。因此为保证监测精度全站仪距最远目标点不宜大于100m，即测区范围宜在200m以内，隧道曲线段测区范围还将根据情况适当缩短。

4、外部工程影响既有运营地铁线路按空间相对位置关系来划分分为：上穿、下穿、临近、侧穿。其中上穿、下穿一般影响区域有限，单线单台全站仪即可覆盖影响区域。但大型建筑基坑临近或长距离隧道并行侧穿等情况影响区域将大大超出单台仪器所能覆盖的范围，此时需要线性布设多台仪器进行联测，两台仪器间覆盖范围保证一定的重叠度，重叠范围内设置不少于2个断面的公共点。此种方法将测区一端的控制点通过仪器间的公共点传递至另一端的控制点再整体进行平差对公共点进行校正，作为每台仪器测量的基准。这种监测方法对监测基准网的相对精度有着相当高的要求，受地铁狭长隧道的制约，采用普通的导线测量方法无法对横向精度进行有效约束，因此一种高精度的控制网布设方法是非常必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，该布设方法具体步骤如下：

4、(1)确定控制网基准点以及网型并设置；

5、(2)布置测量仪器进行观测并记录测量数据；

6、(3)对测量数据进行自由网平差以及约束平差处理；

7、(4)建立自动化监测控制网与运营监测控制网的连接。

8、作为本发明的进一步方案，步骤(1)中所述控制网网型具体设置步骤如下：

9、步骤一：根据类cpiii控制网形式将控制点对称布设于区间隧道两侧，并将纵向间距设置为180m，同时在该位置设置测站，再在每隔160m的位置设置2对间距为20m的控制点；

10、步骤二：将相邻两测站间的2对控制点设置为公共连接点，并在每测段内横向设置2个测站以确保每个控制点观测次数不少于4次。

11、作为本发明的进一步方案，步骤(2)中所述基准点设置具体步骤如下：

12、步骤ⅰ：采集运营地铁隧道内部侧墙以及道床影像信息，并根据侧墙以及道床遮挡物分布情况确定基准点布设位置，之后选用圆形带孔强力磁铁环作为连接点基座；

13、步骤ⅱ：根据确定后的基准点布设位置，使用云石胶将圆形带孔强力磁铁环粘贴在侧墙或道床上，之后再将球形棱镜吸在圆形带孔强力磁铁环上以进行观测。

14、作为本发明的进一步方案，步骤ⅱ中所述球形棱镜外径公差在0.02至0.03mm范围内，且球形棱镜的反射中心与球心的重合度在0.05至0.08mm范围内，即反射中心与球心的不重合性在0.1mm左右。

15、作为本发明的进一步方案，步骤(2)中所述测量仪器具体观测步骤如下：

16、步骤①：选择满足要求的测量仪器，并根据不低于《建筑变形测量规范》jgj8-2016一等水平位移观测要求，在第一测站使用测量仪器观测；

17、步骤②：观测完成后，横向移动测量仪器1m左右位置后置平，并进行第二测站观测，重复上述步骤，直至所有测站观测完毕，同时观测时记录环境温度及气压，温度测量精度为0.5℃，气压测量精度为5hpa。

18、作为本发明的进一步方案，步骤①中所述测量仪器需满足的要求为角度测量精度≤1″，测距测量精度≤1mm+2ppm，且具有马达驱动、atr和数据记录存储功能。

19、作为本发明的进一步方案，步骤(3)中所述测量数据具体处理步骤如下：

20、步骤1：将观测仪器外业观测dbx数据导出至电脑，并打开徕卡infinity新建项目，导入外业观测数据，并在不同测站观测同一点时在点号后加一个后缀以区分测点，同时在内业处理时删掉该后缀字母；

21、步骤2：运行自由网平差以对观测数据进行分析，依据分析结果寻找粗差及错误数据，并对观测数据进行调整改正，之后进行自由网平闭合环计算，对每个环闭合差进行分析，进一步剔除错误数据，处理完成后自由网平差生成平差报告；

22、步骤3：将自由网平差成果数据及外部约束点数据分别输入两组坐标系统中并计算对应的转换残差，依据预设阈值剔除残差过大的约束点重新进行转换直至转换残差满足精度要求，再输出转换参数并进行坐标系转换完成约束平差。

23、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

24、该既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法通过根据类cpiii控制网形式将控制点对称布设于区间隧道两侧，同时在指定位置设置测站，将相邻两站间的2对基准点设置为公共连接点，根据地铁隧道内部侧墙以及道床遮挡物分布情况确定基准点布设位置，并选用球形棱镜作为公共连接点棱镜，再使用云石胶将圆形带孔强力磁铁环粘贴在侧墙或道床上，观测时将球形棱镜吸在磁铁环上进行观测，同时旋转棱镜时由于球体的特性使其转向任意方向时偏心差均能控制在极小的范围，之后在每测段内设置多组测站以进行边角交会观测获取多组观测量并记录，能够提供大量的多余观测，形成的闭合环较cpiii控制测量更多，消除了仪器对中误差并且降低了棱镜偏心差，提高了测站间的连接强度，有效地控制控制网测量横向误差，提高了观测精度，且基准点方便布设于任何便于观测的位置，同时使控制网边角传递的精度损失降到最低。

技术特征：

1.既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，该布设方法具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤(1)中所述控制网网型具体设置步骤如下：

3.根据权利要求1所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤(2)中所述基准点设置具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤ⅱ中所述球形棱镜外径公差在0.02至0.03mm范围内，且球形棱镜的反射中心与球心的重合度在0.05至0.08mm范围内，即反射中心与球心的不重合性在0.1mm左右。

5.根据权利要求3所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤(2)中所述测量仪器具体观测步骤如下：

6.根据权利要求5所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤①中所述测量仪器需满足的要求为角度测量精度≤1″，测距测量精度≤1mm+2ppm，且具有马达驱动、atr和数据记录存储功能。

7.根据权利要求5所述的既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，其特征在于，步骤(3)中所述测量数据具体处理步骤如下：

技术总结
本发明公开了既有地铁运营线路高精度三维控制网布设方法，属于工程测量领域，该布设方法具体步骤如下：(1)确定控制网基准点以及网型并设置；(2)布置测量仪器进行观测并记录测量数据；(3)对测量数据进行自由网平差以及约束平差处理；(4)建立自动化监测控制网与运营监测控制网的连接；本发明能够提供大量的多余观测，形成的闭合环较CPIII控制测量更多，消除了仪器对中误差并且降低了棱镜偏心差，提高了测站间的连接强度，有效地控制控制网测量横向误差，提高了观测精度，且基准点方便布设于任何便于观测的位置，同时使控制网边角传递的精度损失降到最低。

技术研发人员：李丞鹏,刘兵,李江舟,孙午戌,张蕴明,王尚,柏岩
受保护的技术使用者：北京中天路通智控科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15