高速鐵路軌道控制網(wǎng)_CP_高程網(wǎng)建立方法探討 張彪, 石德斌

1、收稿日期:2010-12-04第一作者簡(jiǎn)介:張 彪(1983,男,2006年畢業(yè)于解放軍測(cè)繪學(xué)院工 程測(cè)量專(zhuān)業(yè),工學(xué)學(xué)士,助理工程師。文章編號(hào):1672-7479(201101-0014-04高速鐵路軌道控制網(wǎng)(CP 高程網(wǎng)建立方法探討張 彪 石德斌(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251D iscussion on M et hods for Setup of HeightNetwor k for H igh Spee d Rail w ay Trac kZhang B iao Sh i Deb i n摘 要 結(jié)合工程實(shí)踐,對(duì)高速鐵路軌道控制網(wǎng)(CP 高程網(wǎng)常用的兩種建網(wǎng)方法進(jìn)行

2、了分析對(duì)比,同時(shí)就軌道控制網(wǎng)(CP 高程網(wǎng)的建立方法、質(zhì)量控制和測(cè)量效率三個(gè)方面提出了自己的觀點(diǎn),供大家探討。關(guān)鍵詞 軌道控制網(wǎng)(CP 高程中圖分類(lèi)號(hào):U238;P224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1 CP 高程網(wǎng)的分類(lèi)根據(jù)高速鐵路構(gòu)筑物類(lèi)型的劃分,CP 高程網(wǎng)主要分為三類(lèi):路基CP 高程網(wǎng)、隧道CP 高程網(wǎng)及橋梁CP 高程網(wǎng)。其中路基和隧道CP 高程網(wǎng)的建立方法大致相同,都是將已知水準(zhǔn)點(diǎn)和加密水準(zhǔn)點(diǎn)按照二等水準(zhǔn)直接聯(lián)測(cè),平差后獲取路基和隧道段落加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程,再根據(jù)環(huán)形觀測(cè)法將CP 點(diǎn)貫通測(cè)量并聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn),最終得到CP 點(diǎn)高程。與路基和隧道CP 高程網(wǎng)建立方法不同,橋梁地段CP 高程網(wǎng)建立涉及到高程

3、上橋環(huán)節(jié)三角高程測(cè)量,下面對(duì)橋梁段CP 高程網(wǎng)建立方法及其特點(diǎn)重點(diǎn)敘述。2 橋梁段CP 高程網(wǎng)建立方法橋梁段CP 高程網(wǎng)的建立主要由兩部分組成,第一部分為加密水準(zhǔn)測(cè)量(高程上橋,第二部分為CP 貫通測(cè)量(環(huán)形測(cè)量。目前,在各大高鐵項(xiàng)目CP 高程網(wǎng)建立中,第二部分CP 貫通測(cè)量基本上保持一致,均采用環(huán)形測(cè)量法,區(qū)別之處在于CP 建網(wǎng)中第一部分加密水準(zhǔn)測(cè)量。該部分存在兩種方法:橋上二等水準(zhǔn)貫通和橋下二等水準(zhǔn)貫通,這里根據(jù)加密水準(zhǔn)測(cè)量方法的不同,將CP 高程網(wǎng)建立分為兩種進(jìn)行對(duì)比分析。211 橋上二等水準(zhǔn)貫通法(1加密水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)加密水準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性直接影響后續(xù)使用,其點(diǎn)間距一般不大于2km,布設(shè)位置可

4、與加密CP 共樁,也可單獨(dú)埋設(shè)于橋梁固定端防撞墻上。(2加密水準(zhǔn)測(cè)量加密水準(zhǔn)測(cè)量分三部分:橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè);橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量;橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè),按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求整網(wǎng)平差得出加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如圖1所示。圖1 橋上二等水準(zhǔn)貫通法加密水準(zhǔn)示意(3CP 貫通測(cè)量CP 貫通測(cè)量包含CP 環(huán)形測(cè)量和聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn)兩部分。每個(gè)測(cè)量小組按1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和2把因瓦標(biāo)尺進(jìn)行配置,每個(gè)環(huán)的4條邊觀測(cè)結(jié)束前均變換一次儀器高。與加密水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí),采用二等水準(zhǔn)往返觀測(cè)法,每個(gè)測(cè)段首尾各兩對(duì)CP 點(diǎn)均聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn),中間加密水準(zhǔn)點(diǎn)就近聯(lián)測(cè)一對(duì)CP 點(diǎn)(如圖2所示 。圖2

5、 橋上二等水準(zhǔn)貫通法CP 貫通測(cè)量示意212 橋下二等水準(zhǔn)貫通法(1加密水準(zhǔn)測(cè)量加密水準(zhǔn)測(cè)量同樣分為三部分。第一部分:橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè);第二部分:橋下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)貫通測(cè)量;第三部分:橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量,該方法將橋下水準(zhǔn)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)整合按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求,整網(wǎng)平差得出橋下臨時(shí)點(diǎn)高程,再由橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量高差直接推算出橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如圖3所示 。圖3 橋下二等水準(zhǔn)貫通法加密水準(zhǔn)示意(2CP 貫通測(cè)量橋下二等水準(zhǔn)貫通法CP 貫通測(cè)量,同樣采用環(huán)形觀測(cè)法,其環(huán)形觀測(cè)順序和橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)關(guān)系,均與橋上二等水準(zhǔn)貫通法一致。二者區(qū)別在于

6、投入人員、設(shè)備數(shù)量上,橋下二等水準(zhǔn)貫通法CP 貫通測(cè)量,每個(gè)測(cè)量小組按1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和4把同類(lèi)型因瓦標(biāo)尺進(jìn)行配置(標(biāo)尺零點(diǎn)差檢測(cè)合格。每個(gè)環(huán)觀測(cè)時(shí)4把標(biāo)尺分別立在4個(gè)CP 點(diǎn)上,2把標(biāo)尺為一組。待該環(huán)觀測(cè)完畢后,兩組標(biāo)尺與儀器同步前進(jìn),以減少扶尺人員行走距離,提高測(cè)量效率。3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證下面通過(guò)國(guó)內(nèi)某高鐵項(xiàng)目的一段5km 長(zhǎng)CP 高程建網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)上述兩種方法進(jìn)行比對(duì)分析,橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量?jī)煞N方法采用同一組數(shù)據(jù)。311 橋上二等水準(zhǔn)貫通法此方法采用1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和2把因瓦尺的標(biāo)準(zhǔn)配置開(kāi)展水準(zhǔn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。經(jīng)統(tǒng)計(jì),整個(gè)橋下水準(zhǔn)和橋上水準(zhǔn)(含CP 貫通測(cè)量工作耗時(shí)共計(jì)25h ,加密

7、水準(zhǔn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1、表2、表3所示。表1 橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)起點(diǎn)終點(diǎn)往測(cè)高差/m返測(cè)高差/m高差較差/mm 距離/km 限差/mm性質(zhì)D0355P22BM 21351134488-1134487010101191173往返D0359P22BM 2137-01365050136542013701753147往返D0361P21BM 21380161987-0161960012701191174往返表2 橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)號(hào)D0355P22B0355P22D0359P22B0359P22D0361P21B0361P21平均高差/m第一遍高差/

8、m第二遍高差/m 兩遍較差/mm 限差/mm距離中數(shù)/km 815365381536598153647011121000120210107544101075731010751601572100012121213373812133749121337260123210001256表3 橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)起點(diǎn)終點(diǎn)往測(cè)高差/m返測(cè)高差/m 高差較差/mm 距離/km 限差/mm性質(zhì)B0357P22B0355P22115104-115086118011955159往返B0359P22B0357P22010044-010050-016111985163往返B0361P21B0359P220

9、10103-010114-111311324160往返將上述加密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)整合后整網(wǎng)平差,各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足限差要求,加密點(diǎn)成果如表4所示。表4 加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果序號(hào)點(diǎn)號(hào)高程/m 備注1B0355P2267126212B0357P2265175333B0359P2265174934B0361P216517393312 橋下二等水準(zhǔn)貫通法此方法采用1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和4把因瓦尺的配置,開(kāi)展水準(zhǔn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。經(jīng)統(tǒng)計(jì),整個(gè)橋下水準(zhǔn)和橋上水準(zhǔn)(含CP 貫通測(cè)量工作耗時(shí)共計(jì)13h ,加密水準(zhǔn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如表5、表6、表7所示。表5 橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)起點(diǎn)終點(diǎn)往測(cè)高差/m返測(cè)高差/m 高差

10、較差/mm 距離/km 限差/mm性質(zhì)BM 2135D0355P22-11345781134631015301191175往返D0359P22BM 2137-01363710136367-010*往返BM 2138D0361P21-01620700162108013801241197往返表6橋下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)起點(diǎn)終點(diǎn)往測(cè)高差/m返測(cè)高差/m高差較差/mm距離/km限差/mm性質(zhì)D0355P22D0357P22-21134382113478014011955159往返D0357P22D0359P22-01919900192121113111985163往返D0359P22D0361P

11、21-21273552127255-110011324165往返表7橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)號(hào)D0355P22 B0355P22 D0359P22 B0359P22 D0361P21 B0361P21 D0357P22 B0357P22平均高差/m第一遍高差/m第二遍高差/m兩遍較差/mm限差/mm距離中數(shù)/km 8153653815365981536470111210001202 1010754410107573101075160157210001212 1213373812133749121337260123210001256 9116079911608991160

12、690120210001226將上述橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)和橋下臨時(shí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù),按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求整網(wǎng)平差,各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足限差要求,得出橋下臨時(shí)點(diǎn)高程。根據(jù)表7中橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相加,直接得出橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如表8所示。表8加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果序號(hào)點(diǎn)號(hào)高程/m備注1B0355P2267126092B0357P2265175213B0359P2265174774B0361P216517381利用上述兩種方法得出的各自加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果和采集的CP貫通數(shù)據(jù),平差計(jì)算得出CP高程成果對(duì)比結(jié)果(如表9所示。表9兩種建網(wǎng)方法CP高程成果對(duì)比統(tǒng)計(jì)高程較差值CP

13、點(diǎn)號(hào)橋上二等水準(zhǔn)貫通法H1/m橋下二等水準(zhǔn)貫通法H2/m高程較差$H/mm最小值0355321691044669104341119最大值03593236517581651756611544比較分析411測(cè)量精度通過(guò)上面兩種方法,分別對(duì)某高鐵項(xiàng)目一段CP數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,在測(cè)量精度方面,橋上二等水準(zhǔn)貫通法和橋下二等水準(zhǔn)貫通法測(cè)量精度基本一致,高程較差統(tǒng)計(jì)值最大為1154mm3mm,滿足限差和后續(xù)施工精度要求。412質(zhì)量控制(1橋上二等水準(zhǔn)貫通法橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng)實(shí)際上是先將橋下已知水準(zhǔn)點(diǎn)和橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)加密水準(zhǔn)的三部分?jǐn)?shù)據(jù)整網(wǎng)平差構(gòu)建一個(gè)二等水準(zhǔn)網(wǎng),通過(guò)二等水準(zhǔn)網(wǎng)中的橋上

14、加密水準(zhǔn)點(diǎn)平差CP高程網(wǎng),其本質(zhì)是利用高等級(jí)的橋上加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)控制較低等級(jí)的CP精密水準(zhǔn)網(wǎng)。工程實(shí)踐證明,前期構(gòu)建的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)建網(wǎng)合格后,CP精密水準(zhǔn)平差基本能滿足精度要求。但是,橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng)存在以下兩個(gè)問(wèn)題。其一,是前期的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)建網(wǎng)不滿足精度要求怎么辦?通過(guò)工程實(shí)踐,出現(xiàn)這種問(wèn)題的概率達(dá)到30%40%(在發(fā)生地面沉降區(qū)域尤其是差異地面沉降區(qū)域此概率值會(huì)更高,造成這種問(wèn)題的原因有多方面,最主要的兩方面是橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密點(diǎn)三角高程測(cè)量存在誤差和橋下已知水準(zhǔn)發(fā)生沉降,這就需要對(duì)以上兩個(gè)方面進(jìn)行外業(yè)檢查,勢(shì)必會(huì)造成外業(yè)工作量的增加,降低建網(wǎng)效率。其二,是加密水準(zhǔn)

15、三角高程測(cè)量部分中人為因素和外界環(huán)境因素對(duì)其測(cè)量精度會(huì)有較大影響,實(shí)踐證明,同一處三角高程測(cè)量不同時(shí)間進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集其結(jié)果會(huì)有?3mm的誤差,這就很可能造成因橋下水準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生沉降而產(chǎn)生的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)不閉情況由三角高程測(cè)量誤差抵消,造成假閉合現(xiàn)象,對(duì)工程質(zhì)量造成安全隱患。(2橋下二等水準(zhǔn)貫通法橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng)同樣也是前期先構(gòu)建一個(gè)加密二等水準(zhǔn)網(wǎng),但是該加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)與橋上二等水準(zhǔn)貫通法有實(shí)質(zhì)不同。橋下二等水準(zhǔn)貫通法加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)有兩方面作用,其一,是通過(guò)橋下水準(zhǔn)貫通檢查橋下已知水準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性,直接判斷出發(fā)生沉降的水準(zhǔn)點(diǎn),進(jìn)行剔除或重新平差出其新高程,用于數(shù)據(jù)起算。其二,是求出橋

16、下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)高程,由三角高程測(cè)量推算出橋上加密點(diǎn)高程,進(jìn)而用于CP高程平差。通過(guò)工程實(shí)踐,利用橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng)的合格率達(dá)到95%以上,出現(xiàn)CP平差不閉合情況95%以上屬于三角高程測(cè)量問(wèn)題,只需對(duì)其進(jìn)行外業(yè)檢查即可。413測(cè)量效率從上面的一段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng)采用1臺(tái)儀器和2把因瓦標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn)配置完成一段5km長(zhǎng)CP高程建網(wǎng)需要耗時(shí)25 h。而采用1臺(tái)儀器和4把因瓦標(biāo)尺配置的橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立該段CP高程網(wǎng)僅需13h,配置上僅增加了2把尺,效率卻提高了近2倍,該比較是在兩方法進(jìn)行CP高程網(wǎng)建網(wǎng)一次性均合格的前提下統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù),在出現(xiàn)精度超限時(shí),橋下

17、二等水準(zhǔn)貫通法的高效率則更為突出。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)上述分析,橋下二等水準(zhǔn)貫通法和橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CP高程網(wǎng),在測(cè)量精度方面二者基本一致。但是在質(zhì)量控制和測(cè)量效率上,橋下二等水準(zhǔn)貫通法更具有優(yōu)勢(shì),尤其是在發(fā)生地面沉降區(qū)域段落,該方法更能高效、快捷地建立CP高程網(wǎng),為后續(xù)無(wú)砟軌道施工提供高精度的控制基準(zhǔn)。根據(jù)多條高鐵項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),針對(duì)CP高程網(wǎng)的建立,總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),供大家參考:(1加強(qiáng)儀器設(shè)備與標(biāo)志件的檢查,尤其是標(biāo)尺零點(diǎn)差的檢驗(yàn)。(2橋下臨時(shí)上橋點(diǎn)可埋設(shè)與加密水準(zhǔn)點(diǎn)同規(guī)格的預(yù)埋件,且安置于橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)上。(3每一測(cè)段不同處三角高程測(cè)量,應(yīng)盡量控制在觀測(cè)環(huán)境條件變化小的較短時(shí)間內(nèi)完成。(

18、4對(duì)于區(qū)域沉降地段,僅可能一次性、長(zhǎng)距離、短時(shí)間內(nèi)完成CP高程網(wǎng)的建立。參考文獻(xiàn)1鐵道部.中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃Z.北京:鐵道部,20082中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范S.北京:中國(guó)鐵道出版社,20093京廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線河南有限責(zé)任公司.石武客運(yùn)專(zhuān)線(河南段CP軌道控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)方案Z.鄭州:河南公司,20104京石鐵路客運(yùn)專(zhuān)線有限責(zé)任公司.京石、石武(河北段客運(yùn)專(zhuān)線CP控制網(wǎng)測(cè)量作業(yè)指導(dǎo)書(shū)Z.石家莊:京石公司,2010(上接第13頁(yè)因?yàn)閁T M投影和高斯投影的坐標(biāo)相差不大,在獨(dú)立坐標(biāo)系設(shè)計(jì)中影響很小,故取相同的線路數(shù)據(jù),在UTM投影下,根據(jù)式(8的約束條件進(jìn)行了獨(dú)立坐標(biāo)系設(shè)計(jì)

19、,方便對(duì)比研究,見(jiàn)表2(表中里程數(shù)簡(jiǎn)略為每10km一處。表2UTM投影獨(dú)立坐標(biāo)系中線里程/km 設(shè)計(jì)東坐標(biāo)/m路肩設(shè)計(jì)高程/m投影變形/(mm/kmCK033903678024183 CK10345626826-13135 CK2035179773323105 CK3035634162219114 CK4036616075724137 CK50376015786-24195 CK6038593081623170 CK65390257922-11153 CK6539025792213165 CK703958491010-23170 CK80405714109115196 CK90414900965-1133 CK100422981900-21199 CK11042763086923116 CK1204305351082-21147 CK130435732101421146 CK140442463969-1183 CK145446595969-19192獨(dú)立坐標(biāo)系分帶成果中央子午線投