福平鐵路平潭段精密測(cè)量控制網(wǎng)復(fù)測(cè)技術(shù)

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

·測(cè)量·

福平鐵路平潭段精密測(cè)量控制網(wǎng)復(fù)測(cè)技術(shù)

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

針對(duì)福平鐵路平潭段的工況特點(diǎn)，闡述了客運(yùn)專線鐵路施工精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)方法及要點(diǎn)，指出采用測(cè)距三角高程法測(cè)量大跨度海域水準(zhǔn)，取得了良好的效果，對(duì)其他類似橋梁建設(shè)具有借鑒意義。

鐵路，精密控制網(wǎng)，復(fù)測(cè)技術(shù)，精度

1 概述

新建福州至平潭鐵路平潭段起訖里程為DK70+564～DK88+099，線路途經(jīng)平潭縣大練鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)，正線全長17.535 km，其中公鐵合建長度5.287 km。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ級(jí)雙線鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km；雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km。本標(biāo)段測(cè)區(qū)內(nèi)線路所處區(qū)域場(chǎng)地狹小，交通運(yùn)輸以水運(yùn)為主；北東口水道特大橋跨越海壇海峽，橋位處水深、浪高、潮差大，臺(tái)風(fēng)多。

2 復(fù)測(cè)內(nèi)容

本次內(nèi)容包括CPⅠ，CPⅡ，高程控制點(diǎn)的精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)。根據(jù)2013年11月中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院《福平鐵路精密控制測(cè)量建網(wǎng)成果》《精密測(cè)量控制網(wǎng)交樁后更新成果表》(2014年5月)，參考2013年11月復(fù)測(cè)成果報(bào)告，補(bǔ)充觀測(cè)CPⅠ042點(diǎn)，使全標(biāo)段CPⅡ點(diǎn)均被CPⅠ包住；在大練島碼頭增設(shè)CPⅡ076A點(diǎn)，并增加起算點(diǎn)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)。復(fù)測(cè)的點(diǎn)位如下：1)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)復(fù)測(cè)：11個(gè)CPⅠ點(diǎn)(點(diǎn)號(hào)DQ17，DQ18，CPⅠ034，CPⅠ035，CPⅠ036，CPⅠ037，CPⅠ038，CPⅠ039，CPⅠ040，CPⅠ041，CPⅠ042)。2)線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)復(fù)測(cè)：包括復(fù)測(cè)合格的11個(gè)CPⅠ點(diǎn)和12個(gè)CPⅡ點(diǎn)(點(diǎn)號(hào)CPⅡ76，CPⅡ77，GCPⅡ78，CPⅡ79，CPⅡ080，CPⅡ081，CPⅡ082(已破壞，補(bǔ)點(diǎn)編號(hào)為CPⅡ082A)，CPⅡ083，GCPⅡ084，CPⅡ085，CPⅡ086，CPⅡ087)同時(shí)增設(shè)CPⅡ076A點(diǎn)。3)二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)：深埋水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)(點(diǎn)號(hào)SMBSⅡ010,SMBSⅡ011)；二等水準(zhǔn)點(diǎn)24個(gè)(點(diǎn)號(hào)BSⅡ011～BSⅡ014，CPⅠ035，CPⅠ037～CPⅠ041，CPⅡ076，CPⅡ077，GCPⅡ078，CPⅡ079～CPⅡ087，DQ17，DQ18)。

3 測(cè)量人員及儀器情況

本次復(fù)測(cè)人員分1個(gè)GPS平面測(cè)量組、1個(gè)水準(zhǔn)測(cè)量組。主要人員具有工程測(cè)量專業(yè)資格，其中高級(jí)工程師1人，工程師1人，助理工程師1人，技術(shù)員5人。復(fù)測(cè)使用的儀器設(shè)備均經(jīng)測(cè)繪儀器計(jì)量檢定單位檢定合格，并在有效期內(nèi)，可用于相應(yīng)等級(jí)精度要求的測(cè)量工作。儀器設(shè)備清單見表1。

4 與相鄰標(biāo)段共用點(diǎn)情況

小里程端與FPZQ-3相鄰，平面共用點(diǎn)DQ17,DQ18，高程共用點(diǎn)DQ17,DQ18。

5 平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)

本標(biāo)段平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用獨(dú)立工程坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系橢球參數(shù)，長半軸a=6 378 137.0，扁率1/f=298.257 223 563，測(cè)區(qū)平均高程異常值15 m(見表2)。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。平差計(jì)算時(shí)，坐標(biāo)及高程起算點(diǎn)選取位于標(biāo)段兩端、經(jīng)起算點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)、確認(rèn)滿足相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度小于1/25 000的點(diǎn)。

表1 測(cè)量?jī)x器表

表2 坐標(biāo)系統(tǒng)

6 測(cè)量精度等級(jí)及施測(cè)方法

6.1 控制網(wǎng)等級(jí)

平面控制網(wǎng)分兩個(gè)等級(jí)：CPⅠ網(wǎng)按二等GPS網(wǎng)精度施測(cè)；CPⅡ網(wǎng)按三等GPS網(wǎng)精度施測(cè)。復(fù)測(cè)前在點(diǎn)位勘驗(yàn)時(shí)，用手持GPS將需要復(fù)測(cè)的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集其大地坐標(biāo)，將大地坐標(biāo)通過同濟(jì)大學(xué)的GeoTrans軟件將采集的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的平面坐標(biāo)，再將平面坐標(biāo)利用快速展點(diǎn)小程序展點(diǎn)進(jìn)AutoCAD當(dāng)中，依據(jù)展點(diǎn)圖、測(cè)區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)物位置等因素進(jìn)行GPS外業(yè)的觀測(cè)計(jì)劃排點(diǎn)。這樣排出的外業(yè)數(shù)據(jù)采集計(jì)劃，觀測(cè)后的圖形同步環(huán)、異步環(huán)圖形強(qiáng)度剛強(qiáng)、穩(wěn)定、科學(xué)合理。水準(zhǔn)測(cè)量按二等水準(zhǔn)網(wǎng)精度施測(cè)。

6.2 控制網(wǎng)施測(cè)方法

1)GPS網(wǎng)施測(cè)。a.復(fù)測(cè)構(gòu)網(wǎng)要求。本次平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)施測(cè)，按GPS測(cè)量精度要求，構(gòu)網(wǎng)形式與原測(cè)相同，同步作業(yè)圖形之間采用邊連接形式，由大地四邊形構(gòu)成。b.GPS測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。測(cè)量前首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，檢查標(biāo)石的完好性。對(duì)儀器進(jìn)行檢定，檢查技術(shù)參數(shù)設(shè)置，檢查腳架是否松動(dòng)、基座水準(zhǔn)器、光學(xué)對(duì)點(diǎn)器狀態(tài)是否正常。準(zhǔn)備交樁資料、點(diǎn)之記、測(cè)量記錄等。

2)水準(zhǔn)網(wǎng)施測(cè)。a.觀測(cè)方式。本標(biāo)段共有深埋水準(zhǔn)點(diǎn)兩個(gè)(SMBⅡ011，SMBⅡ010)，與相鄰標(biāo)段搭接水準(zhǔn)點(diǎn)兩個(gè)(DQ18，DQ17)，本次采用附合水準(zhǔn)線路測(cè)量。水準(zhǔn)復(fù)核測(cè)量按原測(cè)二等精度進(jìn)行，采用單線路往返觀測(cè)。同一區(qū)段的往返測(cè)量使用固定的儀器和轉(zhuǎn)點(diǎn)尺測(cè)，沿同一道路進(jìn)行。水準(zhǔn)線路圖如圖1所示。同一區(qū)段的往測(cè)(或返測(cè))與返測(cè)(或往測(cè))應(yīng)盡量分別在上午與下午進(jìn)行。b.觀測(cè)順序和方法。二等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)形成附合水準(zhǔn)路線，每一測(cè)段都以偶數(shù)站結(jié)束。電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)順序是：往、返測(cè)奇數(shù)測(cè)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋汉蟆啊啊?；往、返測(cè)偶數(shù)測(cè)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋呵啊蟆蟆啊?/p>

3)跨海水準(zhǔn)測(cè)量。本標(biāo)段進(jìn)行跨海水準(zhǔn)測(cè)量的水準(zhǔn)點(diǎn)為海壇海峽兩岸的BSⅡ013，BSⅡ011。跨海水準(zhǔn)測(cè)量采用測(cè)距三角高程法，使用徠卡天寶S8全站儀、徠卡單棱鏡組、裝有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計(jì)、氣壓表。距離、垂直角觀測(cè)使用全站儀的自動(dòng)照準(zhǔn)(ATR)功能，多測(cè)回測(cè)角功能。 每站觀測(cè)4組，每組觀測(cè)12個(gè)測(cè)回。觀測(cè)時(shí)間選擇在氣象條件相對(duì)穩(wěn)定的陰天進(jìn)行，共進(jìn)行2次觀測(cè)。

7 CPⅠ，CPⅡ網(wǎng)數(shù)據(jù)處理及精度分析

當(dāng)天外業(yè)采集的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)上之后，通過Convert To RINEX3.02軟件，將所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RINEXT格式。

7.1 CPⅠ基線向量解算及精度分析

基線解算使用商用軟件Trimble Business Center按靜態(tài)相對(duì)定位模式進(jìn)行，采用廣播星歷，多基線向量的雙差固定解求解模式。利用觀測(cè)值殘差的均方差(RMS)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)所有觀測(cè)值殘差絕對(duì)值大于3倍的RMS的觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)屏蔽，不讓其參與平差。同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率小于10%。

1)基線向量異步環(huán)閉合差。在解算出每一時(shí)段的CPⅠ基線向量后，以三角形作為構(gòu)環(huán)圖形，并計(jì)算閉合環(huán)坐標(biāo)分量閉合差，各坐標(biāo)分量及全長閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定：

CPⅠ觀測(cè)11個(gè)點(diǎn)，全網(wǎng)共有閉合環(huán)25個(gè)，異步閉合環(huán)閉合差最大值為CPⅠ040～CPⅠ038～CPⅠ039，閉合差為32.99 mm，環(huán)長10 263.102 7 m，限差為54.53 mm，滿足要求。CPⅠ控制網(wǎng)復(fù)測(cè)基線向量所有異步環(huán)閉合差均滿足限差要求，所有基線質(zhì)量合格。

CPⅠ全網(wǎng)控制網(wǎng)共取重復(fù)基線37條，重復(fù)觀測(cè)基線不同時(shí)段較差最大值在CPⅠ042～CPⅠ039，Ws=9.669 3 mm，邊長為11 238.06 m，其重復(fù)觀測(cè)基線較差限差為34.784 8 mm，滿足要求。由以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，CPⅠ控制網(wǎng)復(fù)測(cè)所有重復(fù)觀測(cè)基線較差均滿足規(guī)范限差要求，基線解算成果可靠。

2)復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差。通過CPⅠ復(fù)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較，各點(diǎn)ΔX差值最大值為4.2 mm，ΔY值最大值為8.6 mm，平面點(diǎn)位精度滿足不大于20 mm的規(guī)定。

7.2 CPⅡ網(wǎng)平差及精度分析

控制網(wǎng)平差采用武漢大學(xué)的COSA GPS(5.20版本)后處理軟件進(jìn)行平差處理。

1)三維無約束平差。獨(dú)立環(huán)和重復(fù)基線滿足要求后，進(jìn)行控制網(wǎng)無約束平差，無約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)絕對(duì)值應(yīng)滿足下式要求：

VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。

三維無約束平差時(shí)固定CPⅠ042點(diǎn)，全網(wǎng)最弱點(diǎn)DQ17MX=0.63 cm,MY=1.06 cm,MP=1.39 cm。最弱邊CPⅡ084～CPⅠ085邊長相對(duì)中誤差為1/243 000，小于1/13 000，滿足規(guī)范要求。

由三維無約束平差精度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，控制網(wǎng)的基線向量自身的內(nèi)符合精度好，基線向量網(wǎng)的質(zhì)量可靠，在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行二維約束平差。

2)CPⅡ網(wǎng)復(fù)測(cè)結(jié)論。CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測(cè)過程及精度滿足《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，基線邊方向中誤差最大值為1.11″<1.7″，最弱邊相對(duì)中誤差1/191 000<1/100 000。

CPⅡ復(fù)測(cè)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較，ΔX差值最大值為9.2 mm，ΔY值最大值為13.7 mm，滿足不大于15 mm的規(guī)定。相鄰點(diǎn)間約束平差后二維坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度最大值為1/100 332<1/80 000。

認(rèn)為原測(cè)成果可靠，點(diǎn)位穩(wěn)定。

8 水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理及精度分析

跨海水準(zhǔn)測(cè)量。本標(biāo)段進(jìn)行跨海水準(zhǔn)測(cè)量的水準(zhǔn)點(diǎn)為海壇海峽兩岸的BSⅡ013,BSⅡ011(見表3，表4)。

表3 BSⅡ013～BSⅡ011高差計(jì)算表

表4 BSⅡ013～BSⅡ011跨海高程測(cè)量精度評(píng)定表

跨海水準(zhǔn)測(cè)量采用測(cè)距三角高程法，使用天寶S8全站儀、徠卡3棱鏡組、裝有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計(jì)、氣壓表。

距離、垂直角觀測(cè)使用全站儀的自動(dòng)照準(zhǔn)(ATR)功能。 每站觀測(cè)4組，每組觀測(cè)12個(gè)測(cè)回。觀測(cè)時(shí)間選擇在氣象條件相對(duì)穩(wěn)定的陰天成像清晰時(shí)進(jìn)行，共進(jìn)行2次觀測(cè)。

兩次測(cè)量高差互差-4.54 mm，水準(zhǔn)點(diǎn)距離2.67 km，按二等水準(zhǔn)往返測(cè)計(jì)算限差為6.54 mm，合格。

復(fù)測(cè)高差與設(shè)計(jì)高差的差值為0.44 mm，按二等水準(zhǔn)檢測(cè)已測(cè)測(cè)段高差之差計(jì)算限差為9.8 mm，合格。

9 結(jié)語

通過對(duì)原測(cè)成果的復(fù)測(cè)，認(rèn)為原設(shè)計(jì)成果可靠，點(diǎn)位穩(wěn)定，可以用于本工程施工測(cè)量控制。大跨度寬闊海域二等水準(zhǔn)的復(fù)測(cè)采用測(cè)距三角高程法，更好地驗(yàn)證了這一方法在寬闊水域應(yīng)用的合理性，為以后類似工程測(cè)量控制積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他鐵路施工測(cè)量控制網(wǎng)施測(cè)具有指導(dǎo)意義。

[1] 福建福平鐵路有限責(zé)任公司.關(guān)于福州至平潭鐵路復(fù)測(cè)、加密作業(yè)指導(dǎo)書(定稿)[Z].2013.

[2] 張坤宜.交通土木工程測(cè)量[M].北京：人民交通出版社,1999.

[3] TB 10101—2009,鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].

[4] TB 10054—2010，鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范[S].

[5] GB 12897—2006，國家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].

The retest technology of precision measurement control network in Fuping railway Pingtan section

Huang Wei

(ChinaRailwayWuhanBridgeEngineeringConsultingManagementLimitedCompany,Wuhan430050,China)

According to the construction characteristics of Fuping railway Pingtan section, this paper elaborated the retest method and key points of precision control network of passenger dedicated railway construction, pointed out that using the trigonometric elevation method measurement of large span sea level, obtained good effect, had reference significance for other similar bridges construction.

railway, precision control network, retest technology, precision

2014-11-23

黃 維(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0208-03

TU198

A