既有線高速鐵路控制單邊測量方法研究

曹洋

（遼寧省基礎(chǔ)測繪院，遼寧 錦州121000）

1 概述

為滿足高速鐵路客運專線施工、運營以及后期復(fù)測和維護(hù)需要, 保證高速鐵路運營的平順性, 按照分級布網(wǎng),逐級控制的原則,在高速鐵路全線建立高精度的平面和高程控制網(wǎng)[1]。目前,對于鐵路提速后和客運專線精密控制測量的成果精度和技術(shù)方法還沒有明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此結(jié)合遼寧省某客運專線既有線精密控制網(wǎng)測量項目, 分析了CPⅡ、CPⅢ控制點測量的方法,在上、下行線路各自天窗時段進(jìn)行鐵路維護(hù)、升級及改造時[3],運用本文提出的既有線高速鐵路獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量的方法,可以有效解決高速鐵路常規(guī)測量方法在既有線高速鐵路中無法測量的難題。

2 高速鐵路控制點布設(shè)及測量方法

2.1 高速鐵路控制點布設(shè)

高速鐵路控制測量平面控制網(wǎng)按逐級控制點原則布設(shè),CP0(第一級)沿線按每50km 左右設(shè)置一座,點位距離線位中心不宜大于10km。CPⅠ(第二級)控制點根據(jù)線路走向沿線路兩側(cè)交替按3～4km 布設(shè)一個或一對通視GPS 點。CPⅡ(第三級)控制點應(yīng)選擇在線上、穩(wěn)固可靠(接觸網(wǎng)拉線墩及橋涵兩端)且不易被其他施工項目破壞、有利于于CPⅢ控制點測量的地方,相鄰點間距控制在400～600m 左右,盡量滿足相鄰點相互通視。CPⅢ(第四級)控制點是軌道鋪設(shè)、精調(diào)以及運營維護(hù)的基準(zhǔn),應(yīng)在線路兩側(cè)間隔50～70m 左右成對布設(shè)[4]。四級平面控制點組成統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)。高程控制網(wǎng)沿線布設(shè)基巖點、深埋水準(zhǔn)點和一般線路水準(zhǔn)點三種類型的高程控制點,組成統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)?；鶐r點采用國家一等水準(zhǔn)點。深埋水準(zhǔn)點按每25km 設(shè)置一個,深度依據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、凍土層深度等條件進(jìn)行單獨設(shè)計。一般線路水準(zhǔn)點沿線1.5km～2km 布設(shè)一個, 并且距線路中心的距離控制在50～200m 范圍之內(nèi),布設(shè)時應(yīng)充分考慮CPⅢ高程測量引用的便捷性, 盡量靠近既有鐵路, 宜布設(shè)在鐵路安全網(wǎng)外或橋涵處,便于線下水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測。

2.2 常規(guī)高速鐵路控制點測量方法

CP0 框架平面控制網(wǎng)應(yīng)與國家A、B級GPS 點進(jìn)行聯(lián)測,CPⅠ基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)采用GPS 方法測量按照三角形或大地四邊形構(gòu)網(wǎng), 并與CP0 或國 家A、B 級GPS 點進(jìn)行聯(lián)測。CPⅡ線路平面控制網(wǎng)采用GPS方法測量和導(dǎo)線測量方法進(jìn)行, 并與CPⅠ控制點進(jìn)行聯(lián)測。CPⅢ軌道控制網(wǎng)采用自由設(shè)站邊角交會法測量并與CPⅡ控制點進(jìn)行聯(lián)測。線路水準(zhǔn)基點和CPⅢ軌道控制網(wǎng)的高程采用國家二等水準(zhǔn)測量或精密三角高程測量[4]。

3 既有線高速鐵路控制點測量遇到的問題

既有線高速鐵路CPⅡ控制點是沿線路兩側(cè)交叉布設(shè),并聯(lián)測CPⅠ控制點構(gòu)成平面控制網(wǎng),如圖1 所示。

CPⅢ控制點是沿線路兩側(cè)成對對稱布設(shè), 儀器架設(shè)在上下行線路中間,采用自由設(shè)站邊角交會的方法進(jìn)行測量,并聯(lián)測線上兩側(cè)的CPⅡ控制點構(gòu)成平面控制網(wǎng),如圖2 所示。

CPⅢ控制點高程控制網(wǎng)是采用矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行測量,相鄰的4 個CPⅢ點構(gòu)成一個閉合環(huán),構(gòu)成的水準(zhǔn)網(wǎng)形如圖3所示。

綜合上圖所示,上、下行線路各自天窗特點是不允許在上、下行線路兩側(cè)來回走動, 常規(guī)CPⅡ、CPⅢ控制點測量方法在既有線高速鐵路實施中是不可行的,針對上述問題,本文提出采用CPⅡ、CPⅢ獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量的方法進(jìn)行作業(yè)。

4 既有線高速鐵路CPⅡ、CPⅢ控制點測量方法

4.1 CPⅡ控制點測量方法

常規(guī)CPⅡ控制點是沿線路兩側(cè)交替布設(shè),由于上、下行線路各自天窗時段特點對常規(guī)測量方法的限制, 既有線高速鐵路CPⅡ控制點需要沿線路兩側(cè)成對對稱布設(shè),進(jìn)行CPⅡ控制點測量時,我們需要上、下行線路的CPⅡ控制點各自與線下CPⅠ控制點單獨聯(lián)測、獨立計算,形成兩套獨立控制網(wǎng),計算出的成果可以與CP0 框架平面控制網(wǎng)進(jìn)行整合,并進(jìn)行成果對比。這樣可以解決上、下行線路各自天窗時段所造成無法進(jìn)行常規(guī)測量的限制,如圖4 所示。

4.2 CPⅢ控制點測量方法

既有線高速鐵路CPⅢ控制點也是需要沿線路兩側(cè)成對對稱布設(shè),上、下行線路的CPⅢ控制點各自與線上CPⅡ控制點單獨聯(lián)測、獨立計算,操作方式與CPⅡ控制點測量方法基本一致。本文提出的獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量的方法可以有效解決上、下行線路各自天窗時段測量作業(yè)無法實施的難題,該方法將全站儀分別放置于鐵路單側(cè)運行線路的中間位置,僅對全站儀所在位置同一側(cè)的CPⅢ點進(jìn)行觀測, 每個CPⅢ點應(yīng)保證至少被觀測3 次,構(gòu)成的平面控制網(wǎng)形。CPⅢ高程網(wǎng)測量也只能在鐵路的單側(cè)作業(yè), 無法實施常規(guī)的矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)測量方法, 也要采用自由設(shè)站邊角交會單邊測量的邊角觀測值計算三角高程,構(gòu)成的高程控制網(wǎng)形,如圖5 所示。

5 單邊測量精度對比

為了驗證CPⅡ、CPⅢ控制點測量運用獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量方法的可行性,在高速鐵路某試驗段,分別用常規(guī)測量方法和單邊測量方法進(jìn)行觀測并對測量結(jié)果對比分析,如表1～4 所示。

由表1 可得,各項精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,并且對該段上、下行線路兩側(cè)CPⅡ控制點測量成果進(jìn)行對比,兩種方法測量成果較差中誤差為0.6mm 和0.5mm,兩次測量成果基本一致。

由表2 可得,獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量CPⅢ控制網(wǎng)方法的自由網(wǎng)平差計算精度滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

由表3 可得,各項精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,并且對該段上、下行線路兩側(cè)CPⅢ控制點測量成果進(jìn)行對比,兩種方法測量成果較差中誤差為0.22mm 和0.29mm,兩次測量成果基本一致。

由表4 可知,采用獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量CPⅢ控制點高程網(wǎng),測出邊角觀測值所計算的三角高程,各項精度指標(biāo)均可滿足相關(guān)規(guī)范的要求,兩種方法測量成果較差中誤差為0.36mm和0.25mm, 兩次測量成果基本一致。

結(jié)束語

隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展,既有線高速鐵路需要保持列車安全、不間斷地運行,導(dǎo)致常規(guī)測量控制網(wǎng)方法的不可行,采用獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量的方法,分別對既有線高速鐵路兩側(cè)的CPⅡ、CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行獨立的選點布設(shè)、數(shù)據(jù)采集、平差計算和數(shù)據(jù)整合,其各項精度指標(biāo)都能滿足相關(guān)規(guī)范的要求,說明獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量CPⅡ、CPⅢ控制網(wǎng)的方法可行。適用于我國現(xiàn)階段部分鐵路無“垂窗”(上、下行均無列車通行)時段,僅能利用上、下行線路各自天窗時段進(jìn)行運營維護(hù)或升級改造,無法采用常規(guī)的CPⅡ、CPⅢ控制網(wǎng)測量方法進(jìn)行作業(yè),使用獨立成網(wǎng)及自由設(shè)站邊角交會單邊測量CPⅡ、CPⅢ控制網(wǎng)的方法可以解決這個難題。

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