城市轨道交通车辆基地站场勘测内容和方法研究刘乃宗 (铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院，天津 300251) 摘 要：车辆基地是城市轨道交通系统的重要组成部分，针对目前车辆基地勘测设计过程中普遍重设计轻勘测、缺乏系统的站场勘测内容与方法的现状，通过对行业、企业相关勘测规范的理解和归纳，结合自己勘测设计实践，系统论述车辆基地站场勘测内容和方法，主要包括车辆基地基线的测设和应用、地形测量、站场横断面测绘、专项调查与测绘等几方面，掌握车辆基地站场勘测内容和方法将为车辆基地设计与施工、节约用地、降低投资等方面发挥重要的作用。 关键词：城市轨道交通；车辆基地；站场勘测；基线 1 概述车辆基地是城市轨道交通系统的重要组成部分，是运营车辆停放、整备、检修以及全线设施设备维修保养的基地。车辆基地一般建设在地面上，也是城市轨道交通项目集中占地规模较大、工程投资较高的工点。而车辆基地站场勘测作为取得第一手设计基础资料的主要手段，对设计质量、投资控制以及相关专业设计起着举足轻重的作用。经调查了解，由于车辆基地站场勘测工作不到位，造成后续设计质量缺陷、设计变更的情况时有发生，比如由于地形不准确造成总图布置方案和用地界调整、横断面缺失或误差大造成土石方工程数量不准确、控制性建(构)筑物没有现场实测造成变更设计等等，直接导致额外的拆迁工程或工程投资超概算。目前在各城市轨道交通建设中，普遍存在重研究设计轻现场勘测的现象，研究设计阶段的勘测工作不同程度的被忽视或弱化，宋涛[1]曾研究指出应重视城市轨道交通测量工作的整体规划、不可忽视测量的可持续稳定性等问题。这一点和国铁一贯重视外业勘测工作相比，差距明显。就车辆基地来说，到目前为止还没有一套系统的关于车辆基地站场专业的勘测内容和方法。鉴于此，本文系统地探讨城市轨道交通车辆基地在研究设计阶段站场专业的主要测量内容和测量方法。 参照铁路工程勘测有关规定[2]，城市轨道交通项目的勘测阶段也可以按初测(可行性研究前)、定测(初步设计前)和补充定测(施工图设计前)划分，各阶段主要勘测内容见表1。 而对应着3个勘测阶段，城市轨道交通车辆基地站场专业的测量内容可以归纳为基线测设、地形测量、横断面测绘、专项调查和测绘等，详见表2。 表1 城市轨道交通项目勘测阶段划分及主要勘测内容  序号勘测阶段划分主要勘测内容1初测(可行性研究前)平面及高程控制测量;地形图收集、测量或核补;控制性建(构)筑物测量;踏勘调查等2定测(初步设计前)平面及高程控制网复测;地形图收集、测量或核补;定线测量;控制性建(构)筑物测量;横断面测绘;专项调查和测绘;踏勘调查等3补充定测(施工图设计前)根据初步设计方案,对定测内容进行补充;踏勘调查等 表2 城市轨道交通车辆基地站场专业主要勘测内容及目的  序号勘测阶段划分主要勘测内容1初测(可行性研究前)地形图收集、核对;控制性建(构)筑物资料收集;踏勘调查等2定测(初步设计前)基线测设;地形图收集、测量或核补;横断面测绘;专项调查和测绘;踏勘调查等3补充定测(施工图设计前)根据初步设计方案,对定测内容进行补充;踏勘调查等目的可研文件编制:控制用地、主要拆迁工程以及土石方工程量设计阶段:稳定用地、站场布置方案,进一步确定拆迁工程以及土石方工程量 2 车辆基地基线测设根据城市轨道交通车辆基地用地面积指标[3]的规定，停车场用地面积一般介于10～20 ha，而车辆段用地面积较大，一般介于20～40 ha。为了便于车辆基地的测量，完全可以引入铁路站场勘测中常用的“基线”[4]，定测时在车辆基地内测设一条或多条基线(组成基线网)作为车辆基地测量、设计、施工的基准线或控制网，此方法在已经开通运营的天津地铁2号线曹庄停车场、李明庄车辆段勘测设计中使用，发挥了重要作用，效果很理想。 2.1 城市轨道交通工程控制测量 城市轨道交通工程控制测量包括地面平面控制测量和地面高程控制测量[5-6]，控制测量控制网一般沿线路两侧布设控制点形成。城市轨道交通的控制测量，应贯彻铁路工程测量“三网合一”的测量理念[7]，保证控制网的测量成果满足城市轨道交通工程勘测、施工、运营三阶段的要求，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的尺度和起算基准。车辆基地基线平面坐标及高程一般均依附于控制测量所布设的控制网上，即基线的平面坐标和高程系统引自控制网、闭合于控制网。 2.2 基线的设置数量和类型 基线设置的数量应根据车辆基地规模及需要测绘的宽度、范围决定，可以设置一条或多条基线。如果车场中有长直贯通的线路符合基线要求时也可以作为基线使用。如果车辆基地宽度较宽或者横向不通视时可以设置多条基线，并宜平行设置，平行设置时基线间的间距一般为50 m或根据需要确定，多条基线应构成基线网。 基线的类型可根据车辆基地站场线路的平面形状，布设成直线型、折线型或综合型，而最常用的是直线型(图1)和折线型(图2)。基线的边数应尽量减少，基线长度可根据测量和设计的需要而定。一般情况下，车辆基地设置一条基线即可满足测量、设计和施工需要。  图1 直线型基线  图2 折线型基线 2.3 基线控制桩的布设 基线现场测设前，一般先在图纸上定出基线位置、长度和基线控制桩的分布，再通过现场实际情况优化布设方案。 基线控制桩宜设在测量安全、方便、通视条件良好、桩位容易查找、保护、便于施工的位置。基线控制桩间距一般可采用100～300 m或根据需要确定，但不宜大于500 m或小于50 m，相邻边长之比不宜小于1∶3。 基线应标注里程，注明起止点，控制桩顺序编号(如ZD1、ZD2、ZD3等)，如果与之平行的股道有里程，则基线里程宜与股道里程相对应，所有控制桩处均应计算出相应里程并加以标注。 2.4 基线测设精度 2.4.1 转点桩钉设 测设基线时，宜按观测条件，选择2个尽量远的基线桩作为控制进行测设，其置镜点距后视点的距离不应短于100 m，并应尽量加长。钉设转点桩时，正倒镜的点位横向差每100 m不应大于5 mm，当点间距离大于400 m时，最大点位横向差也不应大于20 mm，在限差以内时分中定点。 2.4.2 水平角观测 水平角应用DJ2型或DJ6型经纬仪或精度相同的全站仪观测。水平角观测用全测回法测量右角，观测1测回(正倒镜各1次)。两半测回间水平角角值较差的限差见表3。 表3 两半测回间水平角角值较差的限差  仪器型号两半测回间角值较差的限差/(″)DJ215DJ630 2.4.3 距离测量 距离测量可采用全站仪、光电测距仪或钢卷尺等。全站仪、光电测距仪读数可取位至毫米，钢卷尺可取位至厘米。采用全站仪、光电测距仪测距时，距离和竖直角应往返观测各一测回。竖直角两半测回间较差符合表4的规定时取平均值。距离一测回应读数2次，2次读数间较差符合表5的规定时取平均值。边长应采用往测平距，返测值仅供校核。 表4 竖直角观测技术要求  测回数最大竖直角/(°)半测回间较差/(″)往返各一测回2012 表5 测距限差 mm  仪器精度等级测距中误差同一测回各次读数互差测回间读数较差Ⅰ<> 注：MD为标称精度，N为单项测回数。 加桩的里程，可按其后方置镜点往测平距推算，并以前方置镜点返测平距校核。两段平距之和与前后两置镜点的平距较差不应大于40 mm。 采用钢卷尺测距时，应丈量2次，其较差小于长度的1/2 000时取平均值，加桩里程应以第一次丈量为准。 2.4.4 基线联测 车辆基地基线(网)一般与平面控制网联测。基线的水平闭合差不应大于 2.4.5 基线控制桩高程测量 车辆基地高程可以直接引自高程控制网所设水准点，如高程控制网水准点较远或不方便使用时，也可以在车辆基地内适当位置设置水准点。基线控制桩高程测量应起闭于水准点，其限差为 2.5 基线测设方法的发展 本文介绍的为传统站场基线的测设方法。随着测量技术进步，更为先进的GPS-RTK(GPS实时动态测量)测量技术[8]已经应用到铁路站场基线测设中，GPS-RTK测设的点位有较高的绝对精度，测设效率也会大大增加。GPS-RTK测量技术也将会逐渐应用到城市轨道交通车辆基地基线测设中。 2.6 基线的应用 车辆基地测设基线后，基线控制桩应加以固桩，以便后续测量、补充定测、施工使用。下阶段使用前应进行复测，复测在规定限差内才可以直接使用。测量、设计、施工均可以以基线为基准。例如基于基线的平面坐标，横坐标以里程表示，纵坐标数值以基线为基准左正右负，相比城市坐标系，可以大大简化数据位数，很直观，不容易出错。 车辆基地地形测量或核补可以直接利用基线控制桩(或支出导线点)置镜测量。利用基线进行车辆基地站场横断面测绘，包括大量控制性加桩横断面测绘都很方便。专项测绘均可以以基线为基准进行，可以大量减少外业导线测量工作量，方便快捷，精度满足设计要求。 设计阶段，车辆基地各专业专项调查和测绘、新建设施定位，如线路曲线交点、道岔位置、房屋定位、道路及涵洞设计等均可以采用基线坐标系统，大大简化计算、标注工作量。 施工阶段，施工单位根据设计单位的交桩资料复测无误后可以直接以基线坐标系统进行施工阶段各种测量和施工定位，或者将基线纳入车辆基地施工控制网用于施工测量。 荀祖荫[9]研究了铁路既有线站场测量中基线的设置，参考其研究结论，基线在城市轨道交通既有车辆基地改建中也有广泛的用途。以基线为基准可以方便准确测量股道、道岔、建筑物及设备的平面位置，方便施测站场横断面。在车辆基地改建工程设计中，增建、改建的股道、道岔以及和限界有关的建筑物和设备，均可以以测设的基线为坐标系，计算、标识其坐标位置。 3 车辆基地地形测量满足设计要求的地形图是进行城市轨道交通工程设计的基础，要求比例尺按研究设计阶段不同一般为1∶2 000、1∶1 000和1∶500，所用地形图一般向城市测绘部门收集。但有时由于车辆基地设在城市外围，测绘部门可能缺少这部分地形图或者提供的地形图版本较早，这时就需要勘测设计单位自行进行测量或核补。 车辆基地地形测量优先利用平面和高程控制网布设的控制点或水准点进行，当其距离较远时，也可以用导线法或直接利用基线测量。测绘范围应满足车辆基地平面布置及方案比选的需要。一般控制在用地界外150～200 m范围，特殊地段根据方案需要确定。如遇有房屋应分栋测量，分栋测绘范围为用地界外50 m。 各种比例的地形测绘方法主要有全站仪测图法、经纬仪配合半圆仪法和航测成图法。 4 车辆基地站场横断面测绘车辆基地站场横断面的作用很重要，经地质填绘的站场横断面是站场路基设计、特殊路基工点设计以及计算土石方工程量、土石方调配的重要依据。图的横断面(即利用地形图点绘横断面)或栅格法[10]一般用在可行性研究阶段，作为控制用地规模和土石方数量之用可以满足本阶段设计要求；但在设计阶段如果仍然依靠图择横断面图，由于地形图误差或者内业绘制原因，横断面和实际情况相差较大，精度往往不能满足设计要求，由此引起的设计问题不在少数，如挡土墙设计与实地不符、实地刷坡后用地界与设计不符、土石方计算误差大等。所以，在定测时实测满足设计要求的站场横断面的重要性不言而喻。 4.1 站场横断面测绘技术要求 站场横断面测绘位置确定。根据地形、地质、设计需要并结合现场踏勘确定横断面的密度，一般基线整公里标、控制桩、百米标、加桩(地形变化点)处均应测绘横断面；咽喉区和曲线地段适当加密，每20～50 m一处，特殊路基地段按专业要求施测。车辆基地建设涉及等级公路改移时，也应在现场施测横断面。 站场横断面测绘宽度按实际需要确定。利用一条基线测绘时，测绘宽度每侧不宜大于100 m。 站场横断面纵、横向比例尺应采用1∶200。地面线宜在现场点绘，当采用光电测距自动记录时也可室内绘图，并进行必要的现场核对。 4.2 站场横断面测量精度 站场横断面测绘通常以测设的基线为基准，采用全站仪法、光电测距仪法、水准仪绳尺法、经纬仪绳尺法或经纬仪视距法施测，有条件时也可以采用航测法。 实测横断面明显地物点的横距误差为图上±1 mm；断面长度大于100 m时，横距误差不应大于断面长度的1/300。 同一横断面需转点施测时，应闭合至相邻横断面的基线控制点，闭合差平坦地区为 实测横断面测点高程误差，明显地物点为±10 cm，平坦地区的地形点为±30 cm，山地不应大于一个基本等高距。 4.3 站场横断面测量检测限差 高程：±[(L/1 000+h/100)+0.2](m)。 距离：±(L/100+0.1)(m)。 式中，h为检查点至基线中桩的高差，m；L为检查点至基线中桩的水平距离，m。 5 车辆基地专项调查与测绘车辆基地站场专业专项调查与测绘主要包括地下及地上管线、建(构)筑物、水域地形、房屋拆迁等的调查和测量。站场专业人员根据地形图结合现场踏勘提出测绘要求，相关专业人员进行现场实测。 专项测绘的坐标、高程系统应与城市轨道交通工程的坐标、高程系统一致，如果车辆基地已测设基线，完全可以采用基线坐标系统，直观、方便。 5.1 地下管线的调查与测绘 根据车辆基地用地以及平面布置方案，提出测绘范围，调查和测绘范围基本与地形图测绘范围一致。对于影响范围埋设于地下的给水、排水、燃气、热力、工业和电力、电信、军事等管线，除管径小于50 mm的给水管道和管径小于200 mm的排水管道外，均应进行调查测量。隐蔽地下管线一般采用物探方法查明其位置、走向、埋深等，记录管线点有关数据和填写管线调查表。 地下管线一般在1∶500的地形图上绘制。 5.2 架空管线绘制 对跨越用地范围的架空电力线、电缆、通信线等进行调查测绘，主要测定其支架、杆、塔等支撑物体的高度、位置、所处地面高程，测定其距地面的净空高，测出与股道交叉处的垂度；支撑物体应测定至用地外至少1处；将线路等级、所属单位、杆塔型式与材质、测量结果等填入调查表，并绘出相关的示意图。 测量仪器主要有全站仪、水准仪、经纬仪、钢尺等。 5.3 建(构)筑物测绘 对于用地范围内或者用地周边影响方案的桥梁、涵洞、挡墙、边坡、沟渠、房屋等建(构)筑物，应调查或测量其产权单位、结构形式、基础类型、平面位置、净空、高程等，并在地形图上标识或与地形图上信息加以核对。 测量仪器主要有全站仪、水准仪、钢尺等。 5.4 水域地形测量 车辆基地用地涉及范围的水域应测绘水底地形图，测深点的布设可采用断面法或散点法。水域地形图比例与车辆基地采用地形图相同，局部地区详细图的比例尺宜为1∶50～1∶200。 测深断面宜垂直于岸线。断面间距为图上20 mm，断面的起、终点应位于岸上且埋桩，测量断面起、终点的平面位置和高程。 测深点的定位，断面法测深点间距为图上10 mm，距起、终点的距离可采用光电测距法、断面索法、单角交会法等方法测定，方向可采用经纬仪控制；散点法测深点间距为图上10～30 mm，测深点定位可采用交会法、极坐标法和卫星定位等方法，点位中误差在图上为±2 mm。 水域地形测量完成后除应绘制水域等高线外，水域与地面等高线还应进行拼接。 测深过程中或测深结束后，应对测深断面进行检查。检查断面与测深断面宜垂直相交，检查点数不应小于5%。深度检查较差应符合表6。 表6 深度检查较差  水深H/m≤20>20深度检查较差/m≤0.4≤0.02H 5.5 房屋拆迁测量 房屋拆迁测量包括拆迁调查、拆迁房屋建筑面积测量，并列表填写建筑物类别、栋数、面积及所属单位等。 5.5.1 房屋拆迁调查 房屋拆迁调查前应收集测区范围内的现状地形图，将拆迁范围线展绘在地形图上；对拆迁范围内的每栋房屋进行编号，必要时实地拍摄能反映建筑现状、层数和结构特征的照片；丈量房屋边长、房(层)高，记录门牌号、房(层)号、结构类型和附属物相关数据，边长丈量可使用皮尺、钢尺、手持测距仪和全站仪等；外业应绘制房屋分层测量草图，图形复杂处可绘制局部放大图。 5.5.2 房屋建筑面积计算和统计方法 计算各层不同结构建筑面积和整栋房屋建筑面积。 对测区房屋建筑面积逐栋汇总，并按不同建筑结构进行分类统计，对跨越范围线的房屋宜按拆迁范围线内的房屋部分和整栋房屋分别统计。 房屋拆迁测量的单位为m，取至0.01 m；面积单位为m2，取至0.01 m2。 5.6 其他调查 工程影响范围内改移道路、沟渠时对原有道路、沟渠标准的调查；土地性质、砍伐移植数木、果树、经济作物、青苗补偿的调查等。 6 结语截止到2015年末，全国已有26座城市开通了轨道交通运营线路，投入运营的线路总长度达到3 610 km[11]；“十三五”期间还要加大发展力度，完善优化超大、特大城市轨道交通网络，加快300万以上人口城市轨道交通成网，新增城市轨道交通运营里程约3 000 km[12]。据此推算，“十三五”期间将要建设的车辆段和停车场约为200座，用地规模将达4 000 hm2以上，投资也会超过500亿元。 重视并做好车辆基地的站场勘测工作，合理测设基线，精心做好站场专业测量和专项测绘工作，将为车辆基地设计与施工、节约用地、降低投资发挥重要的作用。本文通过对车辆基地站场专业勘测主要内容和方法的系统论述，期望能为车辆基地站场勘测设计工作者提供有益的参考。 参考文献： [1] 宋涛.城市轨道交通工程测量工作应注意的问题[J].铁道勘察，2002，28(2):17-19. [2] 铁道部第三勘测设计院.QJ/SSY034—2000铁路勘测细则 第三篇 线路[S].天津：铁道部第三勘测设计院，2000. [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家发展和改革委员会.建标104—2008城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京：中国计划出版社，2008. [4] 铁道部第三勘测设计院.QJ/SSY034—2000铁路勘测细则 第九篇 站场[S].天津：铁道部第三勘测设计院，2000. [5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50308—2008城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008. [6] 秦长利.城市轨道交通工程测量[M].北京：中国建筑工业出版社，2008. [7] 中华人民共和国铁道部.TB10101—2009铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2009. [8] 刘向军，张冠军.GPS-RTK站场基线测量研究[J].铁道勘察，2009，35(6):34-36. [9] 荀祖荫.既有线站场测量中基线的设置[J].铁道标准设计，1984(12). [10]黄罗伟，黄登.基于DTM的栅格法计算站场前期土石方和用地数量[J].铁道勘测与设计，2007(2). [11]施仲衡.抓住机遇，再创“十三五”城市轨道交通新辉煌[J].都市快轨交通，2016，29(1). [12]中华人民共和国国家发展和改革委员会.中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要[R].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2016. The Research on Survey Contents and Methods for Urban Rail Transit Vehicle Base Station LIU Nai-zong (Urban Rail Transit Design Branch Institute， The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300251， China) Abstract：The vehicle base station is an important part of urban rail transit system. In view of the shortcomings in the process of the surveying and designing of the vehicle base station， such as paying more attention to the design and less to details and methods of site survey， this paper addresses survey contents and methods of the vehicle base station in terms of the setting-out and application of the baseline in the vehicle base station， topographic survey， yard cross-section surveying and mapping as well as special investigation based on the understanding and summarizing of relevant standards of industry and enterprise. The application of the survey contents and methods of the vehicle base station will play an important role in the vehicle base design and construction， economical use of land and investment reduction. Key words：Urban rail transit; Vehicle base station; Yard survey； Baseline 收稿日期：2016-05-23； 修回日期：2016-06-29 作者简介：刘乃宗(1968—)，男，高级工程师，1992年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业，工学学士，E-mail:tsdi-lnz@vip.sina.com。 文章编号：1004-2954(2017)02-0014-06 中图分类号：U239.5 文献标识码：A DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.02.004 |
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(仪器型号为DJ2，
(仪器型号为DJ6，
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