高速鐵路測量網(wǎng)布設(shè)技術(shù)探討

王臣璽

（中鐵三局天津建設(shè)工程有限公司，天津 300000）

高速鐵路測量網(wǎng)布設(shè)技術(shù)探討

王臣璽

（中鐵三局天津建設(shè)工程有限公司，天津 300000）

近年來，隨著我國高速鐵路的發(fā)展,全國各地的高速鐵路數(shù)量開始增多，這就要求高速鐵路的運(yùn)行要具有更高的安全性和可靠性。高速鐵路無砟軌道對線路穩(wěn)定性和平順性的極高，建立有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的精密測量控制網(wǎng)是保障高速鐵路建設(shè)工程施工、放樣及運(yùn)營維護(hù)精度的前提。

高速鐵路；測量網(wǎng)布設(shè)；技術(shù)

1.高速鐵路控制網(wǎng)精度控制標(biāo)準(zhǔn)

高速鐵路時速快,效率高,為了保證其安全性,基礎(chǔ)控制測繪工作尤為重要。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(cè)與鋼軌方向垂直的凸凹不平順。為與目前的高速鐵路建設(shè)相適應(yīng),需要嚴(yán)格結(jié)合相關(guān)要求來檢驗(yàn)全站儀補(bǔ)償器、自動照準(zhǔn)以及軸系誤差等，保證各個指標(biāo)都達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并且符合相關(guān)要求，才可以進(jìn)行作業(yè)。以現(xiàn)有的規(guī)范和軌道平順性指標(biāo)為指導(dǎo)，在分析現(xiàn)有高速鐵路控制測量理論的基礎(chǔ)上，對某高速鐵路段平面控制網(wǎng)建設(shè)的不同等級，對其相應(yīng)的精度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，進(jìn)而研究高速軌道平面控制測量及GPS網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)問題。

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(dāng)在10米處產(chǎn)生2mm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(diǎn)。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(diǎn)位移按偶然誤差計算，設(shè)AB為150米，則=127mm。

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10mm，當(dāng)在150米處產(chǎn)生10mm不平順度時，線路將出現(xiàn)轉(zhuǎn)折角為（27.5″）。設(shè)AB為900米，則 Mβ=147mm。雖然如此，如果僅僅控制軌道的平順度，在達(dá)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(yùn)專線無砟軌道的施工過程當(dāng)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(shí)現(xiàn)軌道的總體線形的正確。

2.某高速鐵路GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計及測量方案

高速鐵路技術(shù)經(jīng)過幾次發(fā)展,目前已經(jīng)成為當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的共同趨勢。我國在借鑒德國等國家先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,依據(jù)誤差分析理論和仿真試驗(yàn),考慮我國的技術(shù)能力,CPII控制點(diǎn)應(yīng)有良好的對空通視條件,相鄰點(diǎn)之間應(yīng)通視,特別困難地區(qū)至少有一個通視點(diǎn),以滿足放線或施I測量的需要。CPII網(wǎng)采用邊聯(lián)結(jié)方式構(gòu)網(wǎng),形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng),并與CPI聯(lián)測構(gòu)成附合網(wǎng)。GPS網(wǎng)約束平差時，基準(zhǔn)選取不當(dāng)，將會直接影響最終結(jié)果，更嚴(yán)重的可使高精度的GPS網(wǎng)產(chǎn)生扭曲。根據(jù)基線解算原理可知，基線固定點(diǎn)的誤差會給基線結(jié)果帶來一定的誤差，此外，因此，必須對網(wǎng)的位置基準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。使得我國鐵路測量工作更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。精密測量貫穿高速鐵路無砟軌道鐵路勘測設(shè)計、施工和運(yùn)營維護(hù)的全過程,對保證軌道的高平順性、高精度起著非常重要的砟用。并以CPⅡ控制網(wǎng)和二等水準(zhǔn)基點(diǎn)為基準(zhǔn)開展定測放線及專業(yè)調(diào)查測繪工作。困難地區(qū)若工期緊張，可先用四等水準(zhǔn)取代二等水準(zhǔn)作為高程控制基準(zhǔn)，但在施工前須貫通二等水準(zhǔn)。們可以反推出CPⅠ和CPⅡ控制網(wǎng)的相關(guān)精度要求。CPⅠ和CPⅡ最弱點(diǎn)的橫向中誤差計算按導(dǎo)線測量方法，計算最弱點(diǎn)的橫向中誤差公式為：

最好先對它們進(jìn)行相容性檢驗(yàn)，以免由于某個基準(zhǔn)不匹配引起網(wǎng)形和比例尺發(fā)生變化。若網(wǎng)中無任何其它類型的己知起算點(diǎn)數(shù)據(jù)時，可將網(wǎng)中一點(diǎn)多次進(jìn)行GPS觀測得到的坐標(biāo)作為網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，或按秩虧網(wǎng)處理，選擇重心基準(zhǔn)。CPⅡ在CPI的基礎(chǔ)上采用GPS測量或?qū)Ь€測量方法施測。點(diǎn)間距離800～1000米。GPS測量按鐵路C級要求施測?；€邊方向中誤差不大于1.7″，最弱邊相對中誤差1/100000；導(dǎo)線測量等級為四等，測角中誤差2.5″，相對閉合差1/40000。

3.高速鐵路控制測量中需要注意的問題

3.1 基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPI)

點(diǎn)位周圍視野開闊,在地面高度角15°內(nèi)不應(yīng)有成片的障礙物,便于GPS衛(wèi)星信號的接收，采用一個已知點(diǎn)和一個己知方向進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,并引入相應(yīng)的平面坐標(biāo)系;(4)為保證GPS測量的高精度性,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前,檢查聯(lián)測三角點(diǎn)的精度,確認(rèn)至少滿足C級控制點(diǎn)精度后方可采用; 在觀測之前，需要將其放在空氣中一定的時間，促使其對溫度適應(yīng)，并且要合理調(diào)整相關(guān)的氣象元素，如溫度、氣壓以及相對濕度等，對于溫度以及氣壓的改正，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

3.2 線路控制網(wǎng)(CPII)

根據(jù)CPIII測設(shè)方案的要求，CPⅢ點(diǎn)應(yīng)成對布設(shè)，距離布置一般約為50～70m，個別特殊情況下相鄰點(diǎn)間距最短不小于40m，最長不大于80m。再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行同步觀測的布網(wǎng)形式稱之為同步圖形擴(kuò)展式。其擴(kuò)展形式快，作業(yè)方法簡單，建立某些觀測量的復(fù)測，圖形結(jié)構(gòu)比較強(qiáng)，是工程測量中常用的一種布網(wǎng)方式。采用同步圖形擴(kuò)展的觀測方式主要有點(diǎn)連式，邊連式和混連式。CPII控制點(diǎn)位盡可能選在鐵路用地界內(nèi)、不易被破壞的范圍內(nèi);當(dāng)與水準(zhǔn)點(diǎn)共用時,應(yīng)選在土質(zhì)堅實(shí)、安全僻靜、觀測方便和利于長期保存的地方,并按規(guī)定埋石。CPⅢ測量標(biāo)志（包括預(yù)埋件、連接件、測量棱鏡）；數(shù)字水準(zhǔn)儀與配套的因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺；CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件與CPⅢ內(nèi)業(yè)平差計算軟件。在測量CPⅢ的過程中根據(jù)工程的施工需要可以對路段進(jìn)行分段測量，并且需要對分段長度予以控制，一般應(yīng)當(dāng)不大于4km。CPII控制點(diǎn)應(yīng)有良好的對空通視條件,相鄰點(diǎn)之間應(yīng)通視,特別困難地區(qū)至少有一個通視點(diǎn),以滿足放線或施I測量的需要。CPII網(wǎng)采用邊聯(lián)結(jié)方式構(gòu)網(wǎng),形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng),并與CPI聯(lián)測構(gòu)成附合網(wǎng)。

3.3 高程控制測量

隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，精密測量技術(shù)也在不斷提高。根據(jù)制造技術(shù)發(fā)展趨勢，精密測量的自身要求以及測試信息處理技術(shù)方向，未來精密測量方向會向多樣化方向傾斜。靈活的應(yīng)用點(diǎn)連式和邊連式的施測方法，因其作業(yè)靈活，效率高，常規(guī)測量常用的一種施測方式，高速鐵路無砟軌道與另一鐵路連接時,應(yīng)確定兩鐵路高程系統(tǒng)的關(guān)系。水準(zhǔn)路線應(yīng)沿線路敷設(shè),水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)滿足下列要求∶(1)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)每2km設(shè)置一個。

4.結(jié)束語

綜上所述，高速鐵路精密控制測量技術(shù)是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高鐵的穩(wěn)定健康發(fā)展必須要有精密控制測量技術(shù)作為基礎(chǔ)。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(yīng)用。

[1]冷道遠(yuǎn).高速鐵路無砟軌道CPIII控制網(wǎng)測量技術(shù)[J].隧道建設(shè),2009年2期.

[2]王兆祥.鐵道工程測量[M].北京∶中國鐵道出版社,2003.

[3]張英翔，胡波，羅濤，等.京滬高速鐵路CPII控制網(wǎng)復(fù)測技術(shù)研究[J].地理空間信息，2008，6（3）：112-114

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