高速鐵路工程測量技術(shù)存在問題及解決措施

摘 要：高速鐵路工程測量是確保高鐵工程質(zhì)量和運(yùn)營安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其精度要求和技術(shù)難度遠(yuǎn)超常規(guī)鐵路工程測量。目前我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對測量技術(shù)的要求不斷提高。本文以高速鐵路工程測量技術(shù)為切入點(diǎn)，系統(tǒng)分析了當(dāng)前測量工作中存在的設(shè)備陳舊、維護(hù)不規(guī)范、GPS測量誤差、控制網(wǎng)精度不足以及管理體系不完善等問題。針對這些問題，提出了設(shè)備更新升級、完善維護(hù)制度、改進(jìn)測量技術(shù)和優(yōu)化管理體系等系統(tǒng)性解決方案。旨在為提升高速鐵路工程測量技術(shù)水平，保障高鐵工程質(zhì)量和運(yùn)營安全提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 工程測量 測量技術(shù) 質(zhì)量控制

高速鐵路作為現(xiàn)代化交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，對工程建設(shè)質(zhì)量有著極其嚴(yán)格的要求。由于高鐵運(yùn)行速度快、軌道平順性要求高，其工程測量精度直接影響軌道幾何形態(tài)和列車運(yùn)行安全。工程測量貫穿于高鐵建設(shè)的全過程，從前期勘測設(shè)計(jì)、施工放樣到運(yùn)營維護(hù)，都需要依靠高精度的測量技術(shù)支撐。然而，在我國高鐵快速發(fā)展的背景下，測量技術(shù)的應(yīng)用仍存在諸多問題，影響工程質(zhì)量和施工效率。因此，系統(tǒng)研究高鐵工程測量技術(shù)問題并提出相應(yīng)解決方案，對提升高鐵工程建設(shè)水平、保障運(yùn)營安全具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

1 高速鐵路工程測量的基本要求

1.1 精度要求

高速鐵路工程測量對精度的要求遠(yuǎn)超常規(guī)鐵路工程，這體現(xiàn)在軌道幾何參數(shù)的嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)上。在軌道基礎(chǔ)測量中，水平方向點(diǎn)位中誤差需控制在±2mm范圍內(nèi)，高程測量中誤差則要求更為嚴(yán)苛，必須控制在±1mm以內(nèi)。無砟軌道工程由于其特殊性，對軌道幾何尺寸提出了更高要求：軌距偏差需嚴(yán)格限制在+4mm至-2mm之間，水平和高程方向的軌向偏差均需保持在±4mm范圍內(nèi)。這種精密級別的測量要求貫穿于路基、橋梁、隧道等工程建設(shè)的全過程，其精度直接決定了軌道的平順性與穩(wěn)定性，進(jìn)而影響高速列車的安全運(yùn)營和乘坐舒適度。

1.2 測量內(nèi)容

高速鐵路工程測量貫穿于工程建設(shè)的全過程，涵蓋了多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的精密測量工作。在前期勘測階段，需進(jìn)行控制測量網(wǎng)的建立，包括CP1基礎(chǔ)控制網(wǎng)、CP2加密控制網(wǎng)及CP3軌道控制網(wǎng)的布設(shè)。施工階段的測量工作主要集中在路基、橋梁、隧道等土建工程的幾何放樣與變形監(jiān)測，以及軌道精調(diào)中的幾何參數(shù)測量。運(yùn)營維護(hù)階段則重點(diǎn)進(jìn)行軌道幾何狀態(tài)檢測，通過對軌距、水平、高程、軌向等參數(shù)的定期測量評估，確保軌道線形持續(xù)滿足設(shè)計(jì)要求。這種全方位的測量體系構(gòu)成了高鐵工程質(zhì)量控制的基礎(chǔ)保障。

1.3 技術(shù)規(guī)范

高速鐵路工程測量技術(shù)規(guī)范體系由國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，形成了完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架?，F(xiàn)行的《高速鐵路工程測量規(guī)范》對測量基準(zhǔn)、控制網(wǎng)布設(shè)、測量方法與精度要求等作出了明確規(guī)定。在儀器設(shè)備選用方面，全站儀測角精度需達(dá)到1″，測距精度應(yīng)優(yōu)于1+1ppm×D mm；GNSS接收機(jī)定位精度需達(dá)到平面±（5+1×10-6×D）mm，高程±（10+1×10-6×D）mm。測量控制網(wǎng)建設(shè)中，基準(zhǔn)點(diǎn)間距離不應(yīng)超過2km，相鄰控制點(diǎn)的高差測量閉合差需滿足3√L mm的精度要求。這些具體規(guī)范為高鐵工程測量提供了嚴(yán)格的技術(shù)依據(jù)。

2 高速鐵路工程測量中存在的主要問題

2.1 測量設(shè)備方面的問題

2.1.1 設(shè)備陳舊和精度不足

當(dāng)前高鐵工程測量中普遍存在測量設(shè)備更新滯后的問題。部分工程單位仍在使用超過使用年限的全站儀和水準(zhǔn)儀，這些設(shè)備的測角精度已無法達(dá)到規(guī)范要求的1″標(biāo)準(zhǔn)，測距精度也難以滿足1+1ppm×D mm的基本要求。老舊GPS接收機(jī)在復(fù)雜地形條件下定位精度嚴(yán)重衰減，難以保證控制測量的±（5+1×10-6×D）mm平面精度。設(shè)備精度不足導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)可靠性下降，增加了返工概率，影響施工進(jìn)度。這種設(shè)備落后的現(xiàn)象在一些中小型施工單位尤為突出，其根源在于設(shè)備更新投入不足與質(zhì)量意識淡薄。

2.1.2 設(shè)備維護(hù)和校準(zhǔn)不規(guī)范

高精度測量儀器的維護(hù)和校準(zhǔn)制度缺失已成為影響測量質(zhì)量的重要因素?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分工程項(xiàng)目缺乏專業(yè)的設(shè)備管理人員，測量儀器經(jīng)常出現(xiàn)隨意存放、粗暴搬運(yùn)等現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)受損。根據(jù)規(guī)范要求，全站儀和水準(zhǔn)儀應(yīng)每半年進(jìn)行一次檢校，GNSS接收機(jī)天線相位中心偏差需定期標(biāo)定，然而實(shí)際執(zhí)行率卻仍然比較低[1]。更嚴(yán)重的是，許多施工單位未建立儀器檢定檔案，無法追溯設(shè)備性能變化，這直接危及測量數(shù)據(jù)的可靠性和工程質(zhì)量的保證體系。

2.2 測量技術(shù)應(yīng)用方面的問題

2.2.1 GNSS測量誤差問題

GNSS測量在高鐵工程控制網(wǎng)建設(shè)中面臨多源誤差疊加的技術(shù)難題。衛(wèi)星信號在傳播過程中受到電離層延遲、對流層折射等因素影響，導(dǎo)致偽距觀測值產(chǎn)生5—15m的系統(tǒng)誤差。多路徑效應(yīng)在橋梁、隧道等特殊地形條件下尤為顯著，造成載波相位測量偏差達(dá)到5—10mm。基線解算中，固定解率普遍較低，浮點(diǎn)解在長基線測量中的精度衰減現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星星歷誤差的累積效應(yīng)，也使得網(wǎng)形調(diào)整的整體精度難以滿足控制測量的技術(shù)要求。

2.2.2 控制網(wǎng)測量誤差問題

高鐵控制網(wǎng)測量中的誤差傳播問題日益突出。在水平和高程控制網(wǎng)建設(shè)過程中，由于觀測環(huán)境復(fù)雜、施工干擾頻繁，導(dǎo)致測量精度難以達(dá)到規(guī)范要求。特別是在山區(qū)地形條件下，受視線通視條件限制，測站布設(shè)不夠合理，造成網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。同時(shí)，觀測值的權(quán)值確定缺乏科學(xué)依據(jù)，網(wǎng)形平差計(jì)算中存在較大隨機(jī)誤差。這些問題在長距離測段和轉(zhuǎn)向角處表現(xiàn)尤為明顯，幾何精度衰減顯著。控制網(wǎng)精度的降低直接影響后續(xù)軌道精調(diào)的基準(zhǔn)可靠性，增加了工程質(zhì)量隱患。

2.3 測量管理體系方面的問題

2.3.1 質(zhì)量控制體系不完善

高鐵工程測量質(zhì)量控制體系存在明顯缺陷。當(dāng)前測量工作缺乏全過程質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制，測量方案審批流程形同虛設(shè)，外業(yè)觀測記錄填寫不規(guī)范。測量數(shù)據(jù)的采集、處理與存檔管理混亂，原始數(shù)據(jù)備份不完整，成果文件追溯困難。部分施工單位未建立專門的測量質(zhì)檢小組，質(zhì)量驗(yàn)收走過場，自檢、互檢制度執(zhí)行不到位[2]。測量人員的技術(shù)交底和培訓(xùn)工作落實(shí)不足，導(dǎo)致作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，施工過程中頻繁出現(xiàn)返工和質(zhì)量事故。這種管理體系的缺失嚴(yán)重影響測量工作的規(guī)范性和可靠性。

2.3.2 專業(yè)人才培養(yǎng)不足

高鐵工程測量領(lǐng)域面臨嚴(yán)重的人才短缺問題。目前從事測量工作的技術(shù)人員中，具備專業(yè)背景和資格證書的比例偏低，多數(shù)測量人員缺乏系統(tǒng)的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。施工單位對測量人員的繼續(xù)教育投入不足，專業(yè)技能培訓(xùn)流于形式，導(dǎo)致測量人員難以適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用要求。測量隊(duì)伍人員流動頻繁，工作經(jīng)驗(yàn)難以積累，特別是在關(guān)鍵崗位上，資深測量工程師緊缺現(xiàn)象突出。同時(shí)，測量人員的薪資待遇與其技術(shù)要求不匹配，職業(yè)發(fā)展空間受限，造成人才流失現(xiàn)象普遍，影響測量工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

3 高速鐵路工程測量問題的解決措施

3.1 測量設(shè)備的優(yōu)化措施

3.1.1 設(shè)備更新與升級方案

高鐵工程測量設(shè)備的更新升級需要建立科學(xué)的評估體系。通過對現(xiàn)有測量設(shè)備性能進(jìn)行全面評估，重點(diǎn)檢測精度穩(wěn)定性、系統(tǒng)誤差大小和關(guān)鍵部件磨損程度，制定分類分級的更新計(jì)劃，優(yōu)先淘汰超期服役且精度明顯下降的設(shè)備。在新設(shè)備采購方面，應(yīng)著重選用具備自動化校準(zhǔn)功能和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸能力的全站儀、配備雙軸傾斜補(bǔ)償系統(tǒng)和數(shù)字氣泡的高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀以及支持北斗、GNSS、GLONASS多模多頻的GNSS接收機(jī)。同時(shí)，加大對三維激光掃描儀、慣性測量系統(tǒng)、無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)等新型測量設(shè)備的引進(jìn)力度，提升測量自動化和智能化水平。設(shè)備采購后需建立完整的設(shè)備檔案，包括技術(shù)參數(shù)、檢定證書、使用記錄等信息，實(shí)行動態(tài)管理和定期評估機(jī)制，確保測量設(shè)備的技術(shù)性能持續(xù)滿足工程建設(shè)精度要求。

3.1.2 設(shè)備管理與維護(hù)制度建設(shè)

高鐵工程測量設(shè)備的管理維護(hù)體系需要制度化與規(guī)范化。建立專門的設(shè)備管理部門，配備具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)測量儀器的日常保養(yǎng)與定期檢校工作。制定詳細(xì)的設(shè)備使用管理規(guī)程，從設(shè)備采購、驗(yàn)收、建檔開始，明確儀器領(lǐng)用、運(yùn)輸、存放等各個環(huán)節(jié)的責(zé)任人及操作規(guī)范。設(shè)備檢校計(jì)劃應(yīng)與施工進(jìn)度緊密銜接，建立月度檢校計(jì)劃，通過專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行定期檢定。建立完善的設(shè)備技術(shù)檔案，詳細(xì)記錄每臺儀器的檢校結(jié)果、性能變化情況和維修保養(yǎng)記錄，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。針對全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)等不同類型測量儀器的特點(diǎn)，開展差異化的維護(hù)保養(yǎng)培訓(xùn)，制定專項(xiàng)保養(yǎng)手冊，提高操作人員的設(shè)備維護(hù)意識和技術(shù)水平。完善的設(shè)備管理制度將有效保障測量設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，確保測量成果的可靠性和精確度。

3.2 測量技術(shù)的改進(jìn)措施

3.2.1 GNSS測量誤差控制方法

GNSS測量誤差的控制需采用系統(tǒng)化的技術(shù)方案。通過科學(xué)分析衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律和電離層活動特征，優(yōu)化觀測時(shí)段選擇，避開電離層活動強(qiáng)烈期和衛(wèi)星幾何分布不良時(shí)段，有效減少大氣折射影響。在基準(zhǔn)站布設(shè)時(shí)充分考慮地形條件和周邊環(huán)境因素，選擇通視良好且遠(yuǎn)離高壓線、通信基站等電磁干擾源的位置，同時(shí)采用抗多路徑天線和合理的天線高度設(shè)置，有效降低多路徑效應(yīng)。觀測過程中采用長時(shí)間靜態(tài)測量方式，合理設(shè)置采樣間隔和衛(wèi)星截止高度角，結(jié)合載波相位雙差改正技術(shù)，提高基線解算精度。同時(shí)引入IGS精密星歷數(shù)據(jù)和區(qū)域電離層延遲改正模型，采用對流層改正參數(shù)估計(jì)方法，降低衛(wèi)星軌道誤差和大氣延遲影響。通過建立完善的數(shù)據(jù)預(yù)處理和質(zhì)量評估體系，運(yùn)用方差分量估計(jì)和殘差分析技術(shù)，剔除周跳和異常觀測值，確保網(wǎng)形調(diào)整成果的可靠性和精確性。

3.2.2 控制網(wǎng)測量精度提升方案

高鐵控制網(wǎng)測量精度的提升需要從網(wǎng)形結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手，通過科學(xué)分析地形條件和施工特點(diǎn)，合理布設(shè)測站位置，加強(qiáng)網(wǎng)形幾何強(qiáng)度。在關(guān)鍵控制點(diǎn)處增設(shè)檢核點(diǎn)，通過附合觀測提高網(wǎng)形可靠性，確?？刂泣c(diǎn)分布均勻合理。在觀測技術(shù)方面，采用高精度全站儀進(jìn)行邊角測量，配合數(shù)字水準(zhǔn)儀完成高程控制，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行氣象改正，選擇合適觀測時(shí)段以降低大氣折射影響。通過增加觀測次數(shù)、采用對稱觀測法等手段有效控制系統(tǒng)誤差，特別在轉(zhuǎn)向段和長距離測段應(yīng)適當(dāng)加密觀測，建立交叉檢核機(jī)制。數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)建立科學(xué)的平差計(jì)算模型，運(yùn)用方差分量估計(jì)技術(shù)合理確定觀測值權(quán)值，采用嚴(yán)密平差方法進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)整。同時(shí)引入粗差探測機(jī)制，結(jié)合殘差分析技術(shù)評估觀測成果質(zhì)量，通過迭代計(jì)算優(yōu)化平差結(jié)果，確?？刂凭W(wǎng)測量成果的可靠性和精確性。

3.3 測量管理體系的完善措施

3.3.1 建立健全質(zhì)量控制體系

高鐵工程測量質(zhì)量控制體系的建立需從組織架構(gòu)入手，成立專門的測量質(zhì)量管理部門，配備經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員。通過制定完善的測量方案審批制度和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，建立測量數(shù)據(jù)采集、處理、存檔的規(guī)范化管理機(jī)制。在施工現(xiàn)場設(shè)立測量質(zhì)檢小組，負(fù)責(zé)成果驗(yàn)收和質(zhì)量評估，實(shí)行分級管理制度。建立測量數(shù)據(jù)追溯機(jī)制，對原始記錄、計(jì)算成果和技術(shù)文件實(shí)行統(tǒng)一編號管理。通過建立測量作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范儀器檢校要求、觀測方法和數(shù)據(jù)處理流程。實(shí)行崗前培訓(xùn)制度，定期開展技術(shù)交底，建立測量質(zhì)量評價(jià)體系，將精度指標(biāo)、規(guī)范性、可靠性納入考核范圍。通過定期質(zhì)量檢查和技術(shù)總結(jié)，持續(xù)改進(jìn)測量質(zhì)量管理水平。

3.3.2 加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)

高鐵工程測量人才培養(yǎng)體系建設(shè)需要從長遠(yuǎn)發(fā)展角度規(guī)劃。施工單位應(yīng)與高等院校建立產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，開展定向培養(yǎng)計(jì)劃，為測量團(tuán)隊(duì)輸送專業(yè)人才。通過建立職業(yè)發(fā)展通道，設(shè)置專業(yè)技術(shù)職級，明確晉升標(biāo)準(zhǔn)和薪資體系。制定科學(xué)的人才引進(jìn)政策，采用具有競爭力的薪酬方案，吸引和留住優(yōu)秀人才。注重建立測量技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，鼓勵開展新技術(shù)研究應(yīng)用。通過定期組織專業(yè)培訓(xùn)和專家講座，使測量人員掌握新技術(shù)方法。開展技能競賽活動，搭建交流平臺，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)分享。建立導(dǎo)師帶徒制度，發(fā)揮資深工程師的傳幫帶作用。加強(qiáng)與儀器廠商合作，開展設(shè)備專業(yè)培訓(xùn)，提高操作維護(hù)水平。

4 結(jié)語

綜上所述，高鐵工程測量工作面臨設(shè)備老化、誤差控制不足和管理體系不完善等問題，這些問題制約著高鐵工程建設(shè)質(zhì)量和施工效率的提升。高鐵工程測量質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路運(yùn)營安全和列車運(yùn)行穩(wěn)定性，對保障高鐵工程建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。應(yīng)從測量設(shè)備更新升級、測量技術(shù)改進(jìn)和管理體系完善三個方面著手，通過建立健全設(shè)備管理制度、優(yōu)化測量技術(shù)方案、完善質(zhì)量控制體系和加強(qiáng)人才培養(yǎng)等措施，全面提升測量工作水平。這些改進(jìn)措施的實(shí)施將有效提高測量精度和工作效率，確保測量成果的可靠性，為高鐵工程建設(shè)提供更加精確的幾何控制基準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)高鐵工程建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)營安全的全面提升。

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