10.3.1  概述

線路勘測、管線測量及隧道貫通測量是鐵路、交通、輸電、通訊等工程建設(shè)中重要的工作。以往大多采用傳統(tǒng)的控制測量、工程測量方法進(jìn)行控制網(wǎng)建立及施測，由于該類測量控制網(wǎng)大多以狹長形式布設(shè)，并且很多工程穿越山林，周圍已知控制點(diǎn)很少，使得傳統(tǒng)測量方法在網(wǎng)形式布設(shè)、誤差控制等多方面帶來很大問題。同時傳統(tǒng)方法作業(yè)時間也比較長，直接影響了工程建設(shè)的正常進(jìn)展。自從將GPS技術(shù)引入該領(lǐng)域以來，使其測量效率及測量精度得到可喜的提高，本節(jié)將以西安——南京線GPS控制網(wǎng)、秦嶺某隧道貫通GPS網(wǎng)及北京地鐵精密導(dǎo)線GPS復(fù)測為例，介紹GPS技術(shù)在線路勘測及隧道貫通等測量中的應(yīng)用。

10.3.2  線路GPS控制網(wǎng)的建立

傳統(tǒng)的線路測量一般采用導(dǎo)線法，在初測階段沿設(shè)計線路布設(shè)初測導(dǎo)線。該導(dǎo)線既是各專業(yè)開展勘測的控制基礎(chǔ)，也是進(jìn)行地形測量的首級控制，所以要求相鄰導(dǎo)線點(diǎn)通視。在該線路測量中應(yīng)用GPS技術(shù)的形式是沿設(shè)計線路建立狹帶狀控制網(wǎng)。目前主要有兩種情況，一種是應(yīng)用GPS定位技術(shù)替代導(dǎo)線測量；一種是應(yīng)用GPS定位技術(shù)加密國家控制點(diǎn)或建立首級控制網(wǎng)。在實(shí)際生產(chǎn)中較多的用了后者。

下面以西安——南陽段GPS控制網(wǎng)為例，說明GPS線路控制網(wǎng)的布設(shè)和應(yīng)用情況。

1.布網(wǎng)形式

鐵道部《鐵路測量技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，1：2000比例尺地形圖測繪起、閉于高級控制點(diǎn)的導(dǎo)線全長不得大于30km（公路線路一般規(guī)定≤10km）。據(jù)此，鐵路GPS線路控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)滿足以下幾條：作為導(dǎo)線起閉點(diǎn)的GPS應(yīng)成對出現(xiàn)；每對點(diǎn)必須通視，間隔以1km為宜（不宜短于200m）；每對點(diǎn)與相鄰一對點(diǎn)的間隔不得大于30km。具體間隔視作業(yè)條件和整個控制測量工作計劃而定，一般5~15km布設(shè)一對點(diǎn)。這些點(diǎn)均沿設(shè)計線路布設(shè)，其圖形類似線形鎖。

圖10-4顯示了西安——南京線西安至南陽段GPS控制網(wǎng)的布設(shè)網(wǎng)形。

西安——南京線中西安至南陽線路長度450km，線路通過秦嶺山脈東段和豫西山區(qū)。GPS定位測量是為初測導(dǎo)線提供起閉點(diǎn)。GPS網(wǎng)由13個大地四邊形和2個三角形組成。待定點(diǎn)（GPS控制點(diǎn)）24點(diǎn)為12個點(diǎn)對，相鄰點(diǎn)對間平均距離18km。聯(lián)測了六個國家控制點(diǎn)，選用其中五個點(diǎn)作已知點(diǎn)參與平差。

為了提高勘測精度和便于日后勘測工作的開展，在構(gòu)建GPS控制網(wǎng)時在以下地段布設(shè)GPS點(diǎn)對：

①線路勘測起迄處；

②線路重大方案起迄處；

③線路重大工程，如隧道、特大橋、樞紐等地段；

④航攝測段重疊處。

2．觀測及處理

GPS控制網(wǎng)觀測選用單頻機(jī)或

雙頻GPS接收機(jī)，采用靜態(tài)觀測模式，時段長度一般為30~90min。數(shù)據(jù)預(yù)處理采用隨機(jī)軟件。

線路測量采用國家統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系統(tǒng)——1954年北京坐標(biāo)系。WGS-84與1954北京坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換采用國家控制點(diǎn)重合轉(zhuǎn)換，在西安——南京線中西安至南陽段約束平差計算時，剔除了有明顯問題的炮校三角點(diǎn)，選用其余五個點(diǎn)進(jìn)行約束平差。

經(jīng)平差計算，起閉點(diǎn)的GPS點(diǎn)精度達(dá)到國家四等點(diǎn)的精度，滿足線路測量需要。

10.3.3  長隧道GPS施工控制網(wǎng)

隧道施工控制網(wǎng)是為隧道施工提供方向控制和高程控制的，一般由洞口點(diǎn)群和兩洞口之間聯(lián)系網(wǎng)組成。

圖10-5、圖10-6分別為秦嶺與云臺山隧道的GPS控制網(wǎng)（平面）。

秦嶺隧道設(shè)計長度10km，是我國最長的鐵路隧道。秦嶺隧道GPS施工控制網(wǎng)共觀測30條獨(dú)立基線，平均邊長4.1km，最長邊長18.6km。

去年臺山隧道GPS網(wǎng)在進(jìn)出洞口及斜井各布設(shè)3個GPS點(diǎn)。

采用靜態(tài)方式觀測，觀測2個時段，時段長度為60min。但秦嶺隧道GPS網(wǎng)的聯(lián)系網(wǎng)邊每時段觀測90min。

用GPS水準(zhǔn)解決高程問題，為此建立一個高程轉(zhuǎn)換試驗網(wǎng)，有10個網(wǎng)點(diǎn)，用II等精密水準(zhǔn)將黃海高程傳遞到洞口附近，聯(lián)測8個點(diǎn)，對聯(lián)測幾何水準(zhǔn)的點(diǎn)，采用快速靜態(tài)測量方式測定其點(diǎn)位。高程擬合采用非參數(shù)回歸模型，擬合的高程，滿足隧道貫通對高程的精度要求。

各項質(zhì)量檢核結(jié)果表明，秦嶺隧道GPS施工控制網(wǎng)達(dá)到測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》C級網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)，也滿足鐵路測量精度要求達(dá)到國家三等控制點(diǎn)精度。

10.3.4  地鐵精密導(dǎo)線GPS測量

地鐵精密導(dǎo)線GPS測量與普通控制網(wǎng)GPS測量有兩個顯著區(qū)別：

1．地鐵精密導(dǎo)線GPS測量呈線狀；

2．地鐵精密導(dǎo)線有大量短邊，邊長為100m～500m。

所以，GPS測量必須針對精密導(dǎo)線測量的特點(diǎn)進(jìn)行。下面就以北京市地下鐵道復(fù)八線熱八區(qū)間精密導(dǎo)線GPS測量為例說明地鐵精密導(dǎo)線的測量。

用戶提出精度指標(biāo)為：

1.相鄰點(diǎn)位中誤差不得大于8mm；

2.GPS測定坐標(biāo)值與既有坐標(biāo)值（指原有控制點(diǎn)）之差不得大于20mm。

作業(yè)方案的制定

制定時作如下考慮：①待定點(diǎn)的分布雖然是線狀（導(dǎo)線形式），為了提高精度和剔除錯誤,仍采用網(wǎng)狀觀測及平差處理;②靜態(tài)定位測量.同步環(huán)中每條基線測定的時段長度為2小時(只測1個時段),PDOP小于6,同步觀測星數(shù)不小于4個；③已知控制點(diǎn)有3個點(diǎn)，待定精密導(dǎo)線點(diǎn)為8點(diǎn)，檢查2個點(diǎn)（原有精密導(dǎo)線點(diǎn)）。

圖10-7為GPS網(wǎng)布設(shè)示意圖。

圖中O為原有精密導(dǎo)線點(diǎn)，Δ為已知控制點(diǎn)，·為待定精密導(dǎo)線點(diǎn)。經(jīng)平差計算，F(xiàn)B₃₀和FB₃₂兩點(diǎn)GPS測定的坐標(biāo)與原有坐標(biāo)差值（見表10-7）Δx≤15mm,Δy≤8mm；相鄰點(diǎn)位中誤差小于8mm。

表10-7  GPS測定坐標(biāo)與原有坐標(biāo)較差

北京地下鐵道復(fù)八線熱八段精密導(dǎo)線GPS測量表明，應(yīng)用GPS定位技術(shù)測定地鐵精密導(dǎo)線平面位置是成功的，具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。地鐵精密導(dǎo)線與區(qū)域控制網(wǎng)有一定區(qū)別，完全套用目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》不一定是最科學(xué)合理的。具體還要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行靈活掌握。