高速鐵路精測控制網(wǎng)的布設和測量

高速鐵路精測控制網(wǎng)的布設和測量

1、高速鐵路控制網(wǎng)精度控制標準

為保證旅客列車高速運行時的安全性和舒適度，鐵路軌道的平順度是重要指標。軌道平順度包含線路方向和縱向方向兩個分量，線路方向的不平順是指鋼軌頭內(nèi)側與鋼軌方向垂直的凸凹不平順。高速鐵路平順度要求在線路方向每10米弦實測正矢與理論正矢之差為2毫米。

線路平順度的要求和控制測量的精度有一定的關系，對于線路形狀來說，平順度只是一種局部誤差。不能依線路平順度的要求作為控制測量的精度標準。因為，平順度對線路位置誤差的影響有積累性和擴大的趨勢，當實際線路偏離設計位置很遠時，線路仍舊可以滿足平順度要求。

1.1短波平順度對線路位置的影響

現(xiàn)以直線線路討論，當在10米處產(chǎn)生2㎜不平順度時，線路將出現(xiàn)轉(zhuǎn)折角為（82.5〃），直線B移至B′點。

每個不平順度具有偶然性，因此，由各段不平順度產(chǎn)生的點位移按偶然誤差計算，設AB為150米，則=127㎜。

短波不平順累計誤差示意圖

1.2、長波平順度對線路位置的影響

長波平順度要求，150米處不大于10㎜，當在150米處產(chǎn)生10㎜不平順度時，線路將出現(xiàn)轉(zhuǎn)折角為（27.5〃）。設AB為900米，則Mβ=147㎜。

雖然如此，如果僅僅控制軌道的平順度，在達到要求的情況下，軌道的整體線形總是不能保證。

由上可知，在客運專線無砟軌道的施工過程當中，僅僅控制軌道的平順度是不夠的，我們還需要建立無砟軌道施工測量控制網(wǎng)來實現(xiàn)軌道的總體線形的正確。

1.3CPⅠ和CPⅡ誤差計算

通過無砟軌道施工中軌道對平順度的相關要求，我們可以反推出CPⅠ和CPⅡ控制網(wǎng)的相關精度要求。

CPⅠ和CPⅡ最弱點的橫向中誤差計算按導線測量方法，計算最弱點的橫向中誤差公式為：

《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》中要求的各級平面控制網(wǎng)布網(wǎng)要求如下表所示：

控制網(wǎng)級別測量方法測量等級點間距備注

CPⅠGPSB級≥1000m≤4㎞一對點

CPⅡGPSC級800～1000m

導線四等

CPⅢ導線五等150～200m

后方交會50～60m10～20m一對點

對于CPⅡ，取S=800m，則可計算得MK=3.7㎜；

對于CPⅠ，取S=4000m，則可計算得MK=11.6㎜。

假定導線縱向誤差等于橫向誤差，則可計算最弱點點位中誤差分別約為5㎜和15㎜。

相鄰兩點的相對中誤差計算：

《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》中GPS測量的精度要求規(guī)定如下表所示：

控制網(wǎng)級別基線邊方向中誤差最弱邊相對中誤差

CPⅠ≤1.3〃1/170000

CPⅡ≤1.7〃1/100000

CPI相鄰兩點的相對中誤差

邊長：4000000×1/170000=23.5㎜

方向：4000000×1.3〃/206265=25㎜

相鄰兩點的相對點位中誤差為34.3㎜

CPⅡ相鄰兩點的相對中誤差

邊長：800000×1/100000=8㎜

方向：800000×1.7〃/206265=6.6㎜

相鄰兩點的相對點位中誤差為10.4㎜

2、平面控制網(wǎng)

《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》中規(guī)定：

平面控制分三級布設：

第一級為基礎平面控制網(wǎng)（CPI），為勘測、施工、運營維護提供坐標基準。

第二級為線路控制網(wǎng)（CPⅡ），為勘測和施工提供控制基準。

第三級為基樁控制網(wǎng)（CPⅢ），為鋪設無渣軌道和運營維護提供控制基準。

2.1、CPI、CPⅡ布測方法

CPI沿線路走向，每4千米一個或一對點，按鐵路B級GPS測量要求施測。基線邊方向中誤差不大于1.3〃，最弱邊相對中誤差1/170000。

CPⅡ在CPI的基礎上采用GPS測量或?qū)Ь€測量方法施測。點間距離800～1000米。GPS測量按鐵路C級要求施測。基線邊方向中誤差不大于1.7〃，最弱邊相對中誤差1/100000；導線測量等級為四等，測角中誤差2.5〃，相對閉合差1/40000。

2.2、CPⅢ控制點的布測方法

2.2.1、CPⅢ控制點的元器件：

采用工廠精加工元器件（要求采用數(shù)控機床），用不易生銹及腐蝕的金屬材料制作，CPⅢ控制點標志重復安置精度應達0.3㎜。

PⅢ器件完整示意圖

2.2.2、CPⅢ控制點的布設

（1）CPⅢ控制點距離布置一般為60m左右，且不應大于80m，CPⅢ控制點布設高度應與軌道面高度保持一致的高度間距。

隧道內(nèi)CPⅢ控制點位置示意圖

注：標記點設置在內(nèi)襯上，位距電纜槽邊墻表面約100cm左右。

路基地段CPIII控制點位置示意圖

橋梁上CPIII控制點位置示意圖

2.2.3、CPⅢ控制點的定位精度要求

CPⅢ控制點的定位精度要求表（㎜）

控制點可重復性測量精度相對點位精度

CPⅢ后方交會測量51

2.2.4、CPⅢ控制點的測量

（1）儀器要求

全站儀必須滿足如下精確度要求：

角度測量精確度：≤1〃

距離測量精確度：1㎜+2ppm

使用帶目標自動搜索及測量的自動化全站儀。

每臺儀器應至少配13套棱鏡，使用前應對棱鏡進行檢測。

（2）測量方法

CPⅢ控制網(wǎng)采用自由設站交會網(wǎng)（《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》稱為“后方交會網(wǎng)”）的方法測量，自由測站的測量，從每個自由測站，將以2x3個CPⅢ-點為測量目標，每次測量應保證每個點測量3次，測量方法見下圖。

●測站（自由站點）

○CPⅢ控制點

→向CPⅢ點進行的測量（方向、角度和距離）

←→CPⅢ控制點距離為60m左右，且不應大于80m，觀測CPⅢ點允許的最遠的目標距離為120m左右，最大不超過180m。

每次測量開始前在全站儀初始行中輸入起始點信息并填寫自由測站記錄表，每一站測量3組完整的測回。

應記錄于每個測站的：T溫度、氣壓以及CPI、CPⅡ-點上的目標點的棱鏡高測量，并將溫度、氣壓改正輸入每個測站上。

對于線路有長短鏈時，應注意區(qū)分重復里程及標記的編號。

（3）水平角測量的精度應按如下要求進行：

①測量水平方向：3測回；

②測量測站至CPⅢ標記點間的距離：3測回。

③方向觀測各項限差根據(jù)《精密工程測量規(guī)范》（GB/T15314-1994）的要求不應超過下表的規(guī)定，觀測最后結果按等權進行測站平差。

經(jīng)緯儀類型電子經(jīng)緯儀兩次讀數(shù)差半測回歸零差一測回內(nèi)2C互差同一方向值各測回互差

DJ050.54124

DJ0715125

DJ116126

注：DJ05為一測回水平方向中誤差不超過±0.5〃的經(jīng)緯儀。

④每個點應觀測3個全測回。

⑤距離的觀測應與水平角觀測同步進行，并由全站儀自動進行。

(4)平面測量可以根據(jù)測量需要分段測量，其測量范圍內(nèi)的CPⅡ點應聯(lián)測。

2.2.5、與上一級CPⅡ控制點聯(lián)測

與上一級CPⅡ控制點聯(lián)測時應保證800—1000米的間隔聯(lián)測一個。

（1）與上一級CPⅡ控制點聯(lián)測，一般情況下應通過2個或以上線路上的自由測站，見下圖。

聯(lián)測高等級控制點時，應最少觀測3個完整測回數(shù)據(jù)（其精確度應在5毫米誤差以下）。

與CPⅡ控制點聯(lián)測示意圖

●測站（自由站點）

○CPⅢ控制點

→向CPⅢ點進行的測量（方向、角度和距離）

（2）為了使相鄰重合區(qū)域能夠滿足CPⅢ網(wǎng)絡的測量高均勻性和高精確度，每個重合區(qū)域至少要有3到4對CPⅢ點（約為180米的重合）一起測量，并且考慮平差，每個區(qū)域不小于4公里為宜。

橋梁、隧道段須與已有的獨立的隧道施工控制網(wǎng)相連接。通過選取適當?shù)腃PⅡ點和CPⅢ特殊網(wǎng)點，來保證形成均勻的過渡段。

（3）CPⅢ控制網(wǎng)應與線下工程竣工中線進行聯(lián)測。

2.2.6、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

在自由設站CPⅢ測量中，測量時必須使用與全站儀能自動記錄及計算的專用數(shù)據(jù)處理軟件，采用軟件必須通過鐵道部相關部門正式鑒定。

觀測數(shù)據(jù)存儲之前，必須對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行檢核。包括如下內(nèi)容：

觀測者、記錄者、復核者簽名；

觀測日期、天氣等氣象要素記錄。

檢核方法可以采用手工或程序檢核。觀測數(shù)據(jù)經(jīng)檢核不滿足要求時，及時提出重測，經(jīng)檢核無誤并滿足要求時，進行數(shù)據(jù)存儲，提交給數(shù)據(jù)計算、平差處理。數(shù)據(jù)計算、平差處理必須是經(jīng)采用通過鐵道部相關部門正式鑒定軟件，在計算報告中要說明軟件名稱。自由設站點、CPⅢ點進行整體平差。平差計算時，要對各項精度作出評定。

3、高程控制網(wǎng)的建立

《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》中規(guī)定：

高程控制測量分為勘測高程控制測量、水準基點高程控制測量和CPⅢ控制點高程控制測量。

控制網(wǎng)級別測量等級點間距

勘測高程控制測量二等水準測量≤2000m

四等水準測量

水準基點高程控制測量二等水準測量≤2000m

CPⅢ控制點高程控制測量精密水準測量≤800m

各等級水準測量精度

水準測量等級每千米水準測量偶然中誤差M△每千米水準測量全中誤差MW限差

監(jiān)測以測段高差之差往返測不符值附和路線或環(huán)線閉合差左右線路高差不符值

二等水準≤1.0≤2.0644-

精密水準≤2.0≤4.012884

三等水準≤3.0≤6.02012128

注：表中L為往返測段、附和或環(huán)線的水準路線長度，單位為㎞。

3.1、高程控制測量

勘測高程控制測量、水準基點高程控制測量依照國家相關技術規(guī)范進行。

CPⅢ控制點高程控制測量又分為兩種：導線網(wǎng)CPⅢ控制點、后方交會網(wǎng)CPⅢ控制點高程控制測量。

CPⅢ控制點高程控制測量采用的水準等級為精密水準。

現(xiàn)對后方交會網(wǎng)CPⅢ控制點高程控制測量作詳細說明。3.1.1、測量方法

每一測段應至少與3個二等水準點進行聯(lián)測，形成檢核。聯(lián)測時，往測時以軌道一側的CPⅢ水準點為主線貫通水準測量，另一側的CPⅢ水準點在進行貫通水準測量擺站時就近觀測。返測時以另一側的CPⅢ水準點為主線貫通水準測量，對側的水準點在擺站時就近聯(lián)測。

往測水準路線示意圖

水準返測示意圖

3.1.2、CPⅢ高程控制點精度要求

CPⅢ控制點水準測量應按《客運專線無碴軌道鐵路工程測量技術暫行規(guī)定》中的“精密水準”測量的要求施測。CPⅢ控制點高程測量工作應在CPⅢ平面測量完成后進行，并起閉于二等水準基點，且一個測段聯(lián)測不應少于三個水準點。

精密水準測量采用滿足精度要求的水準儀，配套因瓦尺。使用儀器設備應在鑒定期內(nèi)，有效期最多為一年，每年必須對測量儀器精確度進行一次校準，每天使用該儀器之前，對儀器進行檢驗和校準。

精密水準測量的主要技術標準要求

等級每千米高差全中誤差（㎜）路線長度（km）

水準儀等級

水準尺

觀測次數(shù)往返較差或閉合差（㎜）

與已知點聯(lián)測附合或環(huán)線

精密水準42DS1因瓦往返往返8

注：①結點之間或結點與高級點之間，其路線的長度，不應大于表中規(guī)定的0.7倍。

②L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度，單位km。

（2）精密水準觀測應符合以下要求

等級

水準尺類型

水準儀等級視距（m）前后視距差（m）測段的前后視距累積差（m）視線高度（m）

精密水準因瓦DS1≤60≤2.0≤4.0下絲讀數(shù)≥0.3

DS05≤65

注：①L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度，單位km。

②DS05表示每千米水準測量高差中誤差為±0.5㎜。

（3）測站觀測限差

等級上下絲讀數(shù)平均值與中絲讀數(shù)的差基輔分劃讀數(shù)的差基輔分劃所測高差的差檢測間歇點高差的差

精密1.50.50.71.0

因水準路線較短，故不設間歇點。

視距長≤60m；

前后視距差≤1.0m；

前后視距累計差≤3.0m。

上述觀測限差超限時，重新觀測。

測站數(shù)為偶數(shù)，一般為6或8個。由往測轉(zhuǎn)往返測時，兩支標尺應互換位置，并應重新整置儀器。

3.1.4、CPⅢ控制點高程測量數(shù)據(jù)處理

CPⅢ控制點高程測量應嚴密平差，平差計算取位下表中精密水準測量的規(guī)定執(zhí)行。

精密水準測量計算取位

等級往（返）測距離總和（km）往（返）測距離中數(shù)（km）各測站高差（㎜）往（返）測高差總和（㎜）往（返）測高差中數(shù)（㎜）高程（㎜）

精密水準0.010.10.010.010.10.1

4、CPⅢ測量所使用的儀器

4.1

、全站儀

適合于進行CPⅢ測量的全站儀有Leica（徠卡）系列的：TCA1201+，TCRP1201+，TCA1800，TCA2003等

TCA2003TCA1800

TCRP1201+TCA1201+

每臺儀器應至少配13套棱鏡，使用前應對棱鏡進行檢測。

注：使用前應對配合全站儀使用的所有棱鏡進行檢測，所有棱鏡的棱鏡常數(shù)都必須相同。4.2、

水準儀

在進行CPⅢ精密水準測量時應該使用精密水準儀，徠卡滿足使用需求的光學水準儀是NA2；

NA2精密光學水準儀相關技術指標

每公里往返測高程精度0.7㎜，0.3㎜(帶測微計）

放大倍率標準32x，

補償器設置精度0.3"

補償器工作范圍±30'

工作溫度-20℃到+50℃

貯藏溫度-40℃到+70℃

CPⅢ控制點因為點數(shù)繁多，水準測量工作量大，故推薦使用精密電子水準儀。

徠卡DNA03數(shù)字水準儀憑借其卓越的性能，穩(wěn)定的表現(xiàn)獲得了多家高鐵施工單位的青睞與肯定，在已建成和在建的高速鐵路工程中都有著廣泛的應用。

DNA03

5、結語

徠卡測量儀器因為其卓越的測量精度與穩(wěn)定性，獲得了廣大測量人員的充分肯定。在中國高速鐵路的建設過程中徠卡測量儀器的身影無處不在。

在國內(nèi)已經(jīng)建成的高速鐵路中，徠卡測量儀器有非常成功的應用經(jīng)