高速鐵路長大隧道及特大跨河橋施工控制網(wǎng)測量

1、武漢大學(xué)測繪學(xué)院潘正風(fēng) 當(dāng)線路平面控制網(wǎng)當(dāng)線路平面控制網(wǎng)( CPI( CPI、CP)CP)精度滿足隧精度滿足隧道平面控制測量要求時，應(yīng)在線路平面控制網(wǎng)基道平面控制測量要求時，應(yīng)在線路平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上擴展加密，建立隧道平面控制網(wǎng)。礎(chǔ)上擴展加密，建立隧道平面控制網(wǎng)。 當(dāng)線路平面控制網(wǎng)精度不能滿足隧道平面控當(dāng)線路平面控制網(wǎng)精度不能滿足隧道平面控制測量要求時，應(yīng)建立隧道獨立平面控制網(wǎng)，并制測量要求時，應(yīng)建立隧道獨立平面控制網(wǎng)，并與隧道洞口附近線路平面控制點聯(lián)測。與隧道洞口附近線路平面控制點聯(lián)測。 隧道平面控制網(wǎng)應(yīng)按施工進(jìn)度定期復(fù)測。應(yīng)隧道平面控制網(wǎng)應(yīng)按施工進(jìn)度定期復(fù)測。應(yīng)不少于三次（測設(shè)進(jìn)洞第一條邊后

2、、測設(shè)最末一不少于三次（測設(shè)進(jìn)洞第一條邊后、測設(shè)最末一條邊前及兩次測量中間各測量一次）。條邊前及兩次測量中間各測量一次）。測量等級測量等級適用長度適用長度（km)洞口聯(lián)系邊洞口聯(lián)系邊方向中誤差方向中誤差（）邊長相對邊長相對中誤差中誤差一一620201.01/250 000二二46 61.31/180 000三三 41.71/100 000測量等級測量等級兩開挖洞口間高程線路兩開挖洞口間高程線路 長度（長度（km)二二3636三三13133636漢十城際鐵路大于漢十城際鐵路大于 6km 6km 的長大隧道有：谷城隧的長大隧道有：谷城隧道，全長道，全長 8470m8470m；武當(dāng)山隧道群（包括肖家

3、溝、；武當(dāng)山隧道群（包括肖家溝、胡家、鐵家溝三座隧道及水磨河大橋、劍河中胡家、鐵家溝三座隧道及水磨河大橋、劍河中橋），總長橋），總長 9000m9000m；余家山隧道，全長；余家山隧道，全長10125m10125m。洞外平面控制網(wǎng)需建立一等洞外平面控制網(wǎng)需建立一等GPSGPS獨立平面控制網(wǎng)。獨立平面控制網(wǎng)。其余隧道可在線路平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上擴展加密，其余隧道可在線路平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上擴展加密，建立隧道平面控制網(wǎng)。洞外高程控制測量按線建立隧道平面控制網(wǎng)。洞外高程控制測量按線路水準(zhǔn)基點等級要求進(jìn)行施測。路水準(zhǔn)基點等級要求進(jìn)行施測。每個洞口平面控制點布設(shè)不應(yīng)少于每個洞口平面控制點布設(shè)不應(yīng)少于3 3個，水

4、準(zhǔn)點個，水準(zhǔn)點不少于不少于2 2個。用于向洞內(nèi)傳遞方向的洞外聯(lián)系邊個。用于向洞內(nèi)傳遞方向的洞外聯(lián)系邊不宜短于不宜短于500m500m。如邊長小于。如邊長小于500m 500m 應(yīng)設(shè)強制對中應(yīng)設(shè)強制對中觀測墩。相鄰洞口的觀測墩。相鄰洞口的 GPS GPS 控制點應(yīng)同步觀測?？刂泣c應(yīng)同步觀測。洞口平面控制點應(yīng)便于向洞內(nèi)引測導(dǎo)線。洞口平面控制點應(yīng)便于向洞內(nèi)引測導(dǎo)線。 洞內(nèi)控制網(wǎng)布設(shè)支線，平面控制采用全站儀洞內(nèi)控制網(wǎng)布設(shè)支線，平面控制采用全站儀導(dǎo)線測量，導(dǎo)線邊長一般為導(dǎo)線測量，導(dǎo)線邊長一般為200200300m300m。長隧道。長隧道宜布設(shè)成交叉雙導(dǎo)線、四邊形導(dǎo)線形式。宜布設(shè)成交叉雙導(dǎo)線、四邊形導(dǎo)線形

5、式。 導(dǎo)線洞口測站觀測宜在夜間或陰天進(jìn)行。導(dǎo)線洞口測站觀測宜在夜間或陰天進(jìn)行。 洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)隨施工進(jìn)度分期布設(shè)，建立新一洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)隨施工進(jìn)度分期布設(shè)，建立新一期導(dǎo)線前，應(yīng)檢測原有控制點。期導(dǎo)線前，應(yīng)檢測原有控制點。 高程控制采用幾何水準(zhǔn)測量往返觀測，高程高程控制采用幾何水準(zhǔn)測量往返觀測，高程控制點每隔控制點每隔200200500m500m設(shè)置一對。設(shè)置一對。 建立新一期高程控制點前，應(yīng)檢測起算高程建立新一期高程控制點前，應(yīng)檢測起算高程點。點。測量等級測量等級適用長度適用長度（km)測角中誤差測角中誤差（）邊長相對邊長相對中誤差中誤差二二920201.01/100 000隧道二等隧道二等6 69

6、91.31/100 000三三3 36 61.81/50 000測量等級測量等級兩開挖洞口間高兩開挖洞口間高程線路長度程線路長度（kmkm）每千米高程測量每千米高程測量偶然中誤差偶然中誤差（mmmm）二二 3232 1.01.0三三11113232 3.03.0自動全站儀是一種能自動識別、照準(zhǔn)和跟蹤反自動全站儀是一種能自動識別、照準(zhǔn)和跟蹤反射棱鏡的一種全站儀，又稱為測量機器人。自射棱鏡的一種全站儀，又稱為測量機器人。自動照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測量的基本原理是：儀器向目動照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測量的基本原理是：儀器向目標(biāo)發(fā)射激光束，經(jīng)反射棱鏡返回，并被儀器中標(biāo)發(fā)射激光束，經(jīng)反射棱鏡返回，并被儀器中的的CCDCCD相

7、機接收，從而計算出反射光點中心位相機接收，從而計算出反射光點中心位置，最后啟動馬達(dá)，驅(qū)動全站儀轉(zhuǎn)向棱鏡，自置，最后啟動馬達(dá)，驅(qū)動全站儀轉(zhuǎn)向棱鏡，自動精確照準(zhǔn)目標(biāo)。動精確照準(zhǔn)目標(biāo)。自動目標(biāo)識別（自動目標(biāo)識別（ATRATR）需要一塊反射棱鏡配合進(jìn)）需要一塊反射棱鏡配合進(jìn)行目標(biāo)識別，因此行目標(biāo)識別，因此ATRATR的角度測量和距離測量同的角度測量和距離測量同時進(jìn)行。時進(jìn)行。光的傳播速度受大氣狀態(tài)（溫度光的傳播速度受大氣狀態(tài)（溫度 、氣壓、氣壓 、濕濕度度 ）的影響。儀器制造時只能選取某個大氣狀）的影響。儀器制造時只能選取某個大氣狀態(tài)（假定大氣狀態(tài)）來定出調(diào)制光的波長，而態(tài)（假定大氣狀態(tài)）來定出調(diào)制光

8、的波長，而實際測距時的大氣狀態(tài)一般不會與假定狀態(tài)相實際測距時的大氣狀態(tài)一般不會與假定狀態(tài)相同，因而使測尺長度發(fā)生變化，使得測距成果同，因而使測尺長度發(fā)生變化，使得測距成果中含有系統(tǒng)誤差，所以必須加氣象改正。在一中含有系統(tǒng)誤差，所以必須加氣象改正。在一般氣象條件下，對于般氣象條件下，對于1km 1km 的距離，溫度變化的距離，溫度變化1 1 所產(chǎn)生的測距誤差為所產(chǎn)生的測距誤差為 0.95mm 0.95mm ；氣壓變化；氣壓變化1hPa 1hPa 所產(chǎn)生的測距誤差為所產(chǎn)生的測距誤差為 0.27mm0.27mm。測距儀的加常數(shù)是由于測距儀的距離起算中心測距儀的加常數(shù)是由于測距儀的距離起算中心與儀器的

9、安置中心不一致，以及反射鏡等效反與儀器的安置中心不一致，以及反射鏡等效反射面與反射鏡安置中心不一致，使儀器測得距射面與反射鏡安置中心不一致，使儀器測得距離與所要測定的實際距離之差。離與所要測定的實際距離之差。從一個已知控制點出發(fā)，通過觀測導(dǎo)線邊的邊從一個已知控制點出發(fā)，通過觀測導(dǎo)線邊的邊長和轉(zhuǎn)折角，根據(jù)起算數(shù)據(jù)和觀測值逐一推算長和轉(zhuǎn)折角，根據(jù)起算數(shù)據(jù)和觀測值逐一推算導(dǎo)線點的平面坐標(biāo)，即為導(dǎo)線測量。在隧道洞導(dǎo)線點的平面坐標(biāo)，即為導(dǎo)線測量。在隧道洞內(nèi)的控制測量中常采用雙導(dǎo)線內(nèi)的控制測量中常采用雙導(dǎo)線和四邊形導(dǎo)線和四邊形導(dǎo)線。 自由設(shè)站法是在待定控制點上設(shè)站，向多自由設(shè)站法是在待定控制點上設(shè)站，向多

10、個已知控制點觀測方向和距離，并按間接平差個已知控制點觀測方向和距離，并按間接平差方法計算待定點坐標(biāo)的一種控制測量方法。方法計算待定點坐標(biāo)的一種控制測量方法。 自由設(shè)站觀測的一組已知控制點，其點位誤自由設(shè)站觀測的一組已知控制點，其點位誤差包含著系統(tǒng)誤差和相鄰點的相對誤差。一組已差包含著系統(tǒng)誤差和相鄰點的相對誤差。一組已知控制點的系統(tǒng)點位誤差使自由設(shè)站點產(chǎn)生相同知控制點的系統(tǒng)點位誤差使自由設(shè)站點產(chǎn)生相同的點位位移；而一組已知控制點的相對點位誤差的點位位移；而一組已知控制點的相對點位誤差對自由設(shè)站點點位誤差的影響是各已知控制點相對自由設(shè)站點點位誤差的影響是各已知控制點相對點位誤差的加權(quán)平均值，在一定

11、范圍內(nèi)隨觀測對點位誤差的加權(quán)平均值，在一定范圍內(nèi)隨觀測的已知控制點數(shù)目增多，則對自由設(shè)站點點位誤的已知控制點數(shù)目增多，則對自由設(shè)站點點位誤差的影響減小。差的影響減小。 自由設(shè)站法不僅確定了自由設(shè)站測站點的自由設(shè)站法不僅確定了自由設(shè)站測站點的坐標(biāo)，還確定了測角儀器水平度盤的方位，其坐標(biāo)，還確定了測角儀器水平度盤的方位，其定向的精度也高于在已知點上設(shè)站用一個已知定向的精度也高于在已知點上設(shè)站用一個已知控制點定向的精度。當(dāng)自由設(shè)站時觀測的已知控制點定向的精度。當(dāng)自由設(shè)站時觀測的已知控制點數(shù)目增多，其定向的精度也會更高?？刂泣c數(shù)目增多，其定向的精度也會更高。 高速鐵路軌道平面控制網(wǎng)的測量原理是自由高速

12、鐵路軌道平面控制網(wǎng)的測量原理是自由設(shè)站導(dǎo)線測量，屬于導(dǎo)線測量方法，嚴(yán)格來說，設(shè)站導(dǎo)線測量，屬于導(dǎo)線測量方法，嚴(yán)格來說，是由多條導(dǎo)線（是由多條導(dǎo)線（2 2、4 4條）通過自由設(shè)站組合在一條）通過自由設(shè)站組合在一起，導(dǎo)線的平均邊長為相鄰自由設(shè)站點之間的距起，導(dǎo)線的平均邊長為相鄰自由設(shè)站點之間的距離。自由設(shè)站導(dǎo)線最弱點的橫向誤差較單一導(dǎo)線離。自由設(shè)站導(dǎo)線最弱點的橫向誤差較單一導(dǎo)線測量要小，導(dǎo)線點間具有較高的相對點位精度。測量要小，導(dǎo)線點間具有較高的相對點位精度。 這種自由設(shè)站導(dǎo)線測量平面控制網(wǎng)，由自由設(shè)站這種自由設(shè)站導(dǎo)線測量平面控制網(wǎng)，由自由設(shè)站點按極坐標(biāo)方法推算坐標(biāo)的新點是點按極坐標(biāo)方法推算坐標(biāo)的

13、新點是 2 2 個，相當(dāng)個，相當(dāng)于觀測了于觀測了2 2個新導(dǎo)線點。個新導(dǎo)線點。起始端需要有兩個已知控制點，可以和導(dǎo)線測量起始端需要有兩個已知控制點，可以和導(dǎo)線測量一樣，構(gòu)成測有連接角的自由設(shè)站導(dǎo)線，如果在一樣，構(gòu)成測有連接角的自由設(shè)站導(dǎo)線，如果在自由設(shè)站導(dǎo)線兩端測有連接角，則可以構(gòu)成附合自由設(shè)站導(dǎo)線兩端測有連接角，則可以構(gòu)成附合自由設(shè)站導(dǎo)線。自由設(shè)站導(dǎo)線。測有連接角的自由設(shè)站導(dǎo)線測量測有連接角的自由設(shè)站導(dǎo)線測量可用于隧道貫通測量中，在隧道貫通后可構(gòu)成附可用于隧道貫通測量中，在隧道貫通后可構(gòu)成附合自由設(shè)站導(dǎo)線測量。合自由設(shè)站導(dǎo)線測量。 在高速鐵路隧道軌道控制網(wǎng)測量中，可布設(shè)在高速鐵路隧道軌道控制

14、網(wǎng)測量中，可布設(shè)CPCP和和CPCP共網(wǎng)。共網(wǎng)。CPCP網(wǎng)自由設(shè)站測站點上最多網(wǎng)自由設(shè)站測站點上最多觀測觀測8 8個方向，相鄰測站點間距離個方向，相鄰測站點間距離200-300 m200-300 m，最，最大觀測距離不超過大觀測距離不超過500 m500 m。橋涵測量應(yīng)在線路控制網(wǎng)（橋涵測量應(yīng)在線路控制網(wǎng)（CP ICP I、CP CP 和線路和線路水準(zhǔn)基點）基礎(chǔ)上進(jìn)行。復(fù)雜特大橋應(yīng)建立獨水準(zhǔn)基點）基礎(chǔ)上進(jìn)行。復(fù)雜特大橋應(yīng)建立獨立的施工測量平面、高程控制網(wǎng)。立的施工測量平面、高程控制網(wǎng)。漢十城際鐵路崔家營漢江特大橋，跨漢江航道漢十城際鐵路崔家營漢江特大橋，跨漢江航道擬采用連續(xù)剛構(gòu)拱橋，主橋長擬采

15、用連續(xù)剛構(gòu)拱橋，主橋長870m870m。安陸府河。安陸府河特大橋，跨府河航道采用連續(xù)梁拱橋，主橋長特大橋，跨府河航道采用連續(xù)梁拱橋，主橋長381.5m381.5m。對這兩座跨河特大橋宜建立獨立的橋。對這兩座跨河特大橋宜建立獨立的橋梁施工測量平面、高程控制網(wǎng)。梁施工測量平面、高程控制網(wǎng)。 橋梁施工平面控制網(wǎng)可選用二等橋梁施工平面控制網(wǎng)可選用二等GPSGPS測量，在測量，在橋軸線上和兩側(cè)應(yīng)布設(shè)控制點，必須有足夠的多橋軸線上和兩側(cè)應(yīng)布設(shè)控制點，必須有足夠的多余觀測，并采用全站儀對控制網(wǎng)進(jìn)行檢測。施工余觀測，并采用全站儀對控制網(wǎng)進(jìn)行檢測。施工控制點宜埋設(shè)強制歸心觀測墩?？刂泣c宜埋設(shè)強制歸心觀測墩。 高

16、程控制網(wǎng)應(yīng)采用二等水準(zhǔn)測量，跨河線路有高程控制網(wǎng)應(yīng)采用二等水準(zhǔn)測量，跨河線路有條件時可短距離繞行，或進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測量。條件時可短距離繞行，或進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測量。 橋梁施工控制網(wǎng)應(yīng)滿足連續(xù)梁在施工中變形監(jiān)橋梁施工控制網(wǎng)應(yīng)滿足連續(xù)梁在施工中變形監(jiān)測的要求。測的要求。 施工期間應(yīng)對控制網(wǎng)進(jìn)行定期或不定期復(fù)測。施工期間應(yīng)對控制網(wǎng)進(jìn)行定期或不定期復(fù)測。每個獨立的監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)設(shè)置不少于每個獨立的監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)設(shè)置不少于3 3個固可靠的基個固可靠的基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點的間距不宜大于準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點的間距不宜大于 1 km1 km?；鶞?zhǔn)網(wǎng)由?；鶞?zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點和工作基點組成。滿足埋設(shè)要求、穩(wěn)固基準(zhǔn)點和工作基點組成。滿足埋設(shè)要求、穩(wěn)固的的CPCP、CPCP及水準(zhǔn)基點可作為基準(zhǔn)點和工作及水準(zhǔn)基點可作為基準(zhǔn)點和工作基點?；鶞?zhǔn)點和工作基點應(yīng)提前埋設(shè)?；c?；鶞?zhǔn)點和工作基點應(yīng)提前埋設(shè)。獨立的監(jiān)測網(wǎng)按二等水準(zhǔn)施測，構(gòu)成閉合環(huán)。獨立的監(jiān)測網(wǎng)按二等水準(zhǔn)施測，構(gòu)成閉合環(huán)。每個獨立的監(jiān)測網(wǎng)沿線路長度約每個獨立的監(jiān)