[工程測(cè)量,精密,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)]高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用簡(jiǎn)說

1、高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用簡(jiǎn)說高速鐵路旅客列車運(yùn)行速度高，為實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行條件下旅客列車的安全性和舒適性，要 求軌道必須具有高平順性和精確的幾何線性參數(shù)，包括軌道內(nèi)部幾何尺寸與外部幾何尺寸， 如軌距、軌向、高低、水平、扭曲、與設(shè)計(jì)高程及中線的偏差等，精度要求控制在12mm。 因此，研究、建立一套精密工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)體系，是建設(shè)高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)既有鐵路工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只適用于普通鐵路工程建設(shè)，測(cè)量工作及其精度指標(biāo)如 何確定才能滿足高速鐵路建設(shè)要求，目前的測(cè)繪技術(shù)手段如何實(shí)現(xiàn)這些要求，采取什么樣的 測(cè)量方式實(shí)現(xiàn)等問題，必須通過研究加以解決。為此，鐵道部及時(shí)組織開展了高速鐵路精密

2、 工程測(cè)量技術(shù)的研究和高速鐵路精密工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)體系的建立工作。高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究的主要內(nèi)容：一是確定高速鐵路工程測(cè)量各項(xiàng)精度 指標(biāo);二是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)精度指標(biāo)的保證體系。在遂渝線無祚軌道試驗(yàn)段基礎(chǔ)上，開展客運(yùn)專線 無破軌道鐵路工程測(cè)量控制網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)的研究，建立遂渝線無祚軌道綜合試驗(yàn)段精密工程 測(cè)量控制網(wǎng)，對(duì)無祚軌道施工控制網(wǎng)的精度等有關(guān)問題，包括控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的精度準(zhǔn)則、精度 閾值以及精度計(jì)算方法等進(jìn)行研究論證，為無昨軌道的施工及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù), 并在此基礎(chǔ)上編制完成客運(yùn)專線無硝軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定，初步形成我國(guó)高速鐵 路精密工程測(cè)量技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)。隨著高速鐵路建設(shè)進(jìn)一步開

3、展和對(duì)高速鐵路精密測(cè)量技術(shù) 的認(rèn)識(shí)不斷深入，結(jié)合我國(guó)高速鐵路建設(shè)特點(diǎn)和現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，開展高速鐵路CP 川測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及軟件研制和基于自由測(cè)站的高速鐵路CP HI高程網(wǎng)測(cè)量及其標(biāo)準(zhǔn)的研究 等工作，對(duì)京津、武廣、鄭西、哈大、合寧、合武、石太等高速鐵路工程測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng) 總結(jié)，對(duì)進(jìn)一步修改完善，逐步形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路工程測(cè)量技術(shù)體系， 編制完成高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范。1 精密工程測(cè)量精度指標(biāo)的研究高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核心是研究確定平而 和高程控制網(wǎng)的精度要求，以滿足高速鐵路施工控制要求，進(jìn)而保證高速鐵路的安全平穩(wěn)運(yùn) 行。高速鐵路工程測(cè)量與普通鐵路測(cè)量相比，系統(tǒng)性更強(qiáng)，精度要

4、求更高。根據(jù)高速鐵路軌道平順性精度高的要求，結(jié)合我國(guó)高速鐵路工程建設(shè)實(shí)際，研究確定平 面及高程控制的相關(guān)精度指標(biāo)，成為解決高速鐵路建設(shè)的關(guān)犍問題之一。2 .1平而控制測(cè)量基準(zhǔn)基準(zhǔn)的選擇，即平差的參考系選擇，就是給控制網(wǎng)的平差提供一組必要的起始數(shù)據(jù)，以 便求得平差問題的唯一解?；鶞?zhǔn)包括平面坐標(biāo)系統(tǒng)和平面起算數(shù)據(jù)的確定，如何選擇起始數(shù) 據(jù)才能滿足高速鐵路控制測(cè)量的要求，是平而控制測(cè)量基準(zhǔn)研究所要解決的問題。(1)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇高速鐵路工程測(cè)量精度要求高，施工中要求由坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值一致，即 所謂的尺度統(tǒng)一。但傳統(tǒng)的鐵路工程測(cè)量采用1954年北京坐標(biāo)系3帶投影，由于高斯投影 變形和高

5、程投影變形的存在，致使由坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值不一致。（2）平差基準(zhǔn)的選擇測(cè)量控制網(wǎng)的點(diǎn)位坐標(biāo)是待估參數(shù)。對(duì)于測(cè)角網(wǎng)，觀測(cè)量是方向或角度。僅根據(jù)方向或 角度的觀測(cè)值不可能確定點(diǎn)的坐標(biāo)值，即不能確定網(wǎng)的位置、方位和大小。因此，需要有一 個(gè)點(diǎn)的位置（縱、橫）、一個(gè)方位和一個(gè)尺度基準(zhǔn)，也可以2個(gè)點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)作為基準(zhǔn)。對(duì) 于測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)，觀測(cè)量是邊長(zhǎng)和方向（或角度）。為了確定點(diǎn)的坐標(biāo)，需要有一 個(gè)點(diǎn)的位置（縱橫坐標(biāo)）和一個(gè)方位基準(zhǔn);如果再將尺度作為待定參數(shù)，則也需要一個(gè)尺度基 準(zhǔn)。一般說來，測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)都是二維平面控制網(wǎng)，其基準(zhǔn)數(shù)為3（或4 ,加上 尺度基準(zhǔn)）。3 .2高程

6、控制測(cè)量基準(zhǔn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)是全國(guó)統(tǒng)一使用的國(guó)家高程基準(zhǔn)，高速鐵路線路長(zhǎng)，與道路、管線、 河流及市政設(shè)施交叉頻繁，為了準(zhǔn)確測(cè)量高速鐵路與交叉物的高程關(guān)系，保證高速鐵路工程 建設(shè)安全、順利實(shí)施，高程系統(tǒng)須采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。當(dāng)個(gè)別地段無1985國(guó)家高程 基準(zhǔn)的水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，可引用其它高程系統(tǒng)或以獨(dú)立高程起算。但在全線高程測(cè)量貫通后，必須 消除斷高,換算成1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。2各級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)與精度研究高速鐵路軌道必須具有精確的幾何線形，精度要求控制在12mm，測(cè)量控制網(wǎng)的精 度在滿足線下工程施工控制測(cè)量要求的同時(shí)必須滿足軌道鋪設(shè)的精度要求，使軌道的幾何參 數(shù)與設(shè)計(jì)的目標(biāo)位置之間的偏差保持

7、最小。而軌道的鋪設(shè)施工和線下工程（路基、橋梁、隧道、 站臺(tái)等）施工放樣是通過由各級(jí)平面高程控制網(wǎng)組成的測(cè)量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。為了保證軌道與 線下工程的空間位置坐標(biāo)、高程相匹配，須根據(jù)高速鐵路勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)需要，分級(jí) 建立平面控制網(wǎng)。4 .1平而控制網(wǎng)布設(shè)高速鐵路平面控制測(cè)量應(yīng)在CPO基礎(chǔ)上分三級(jí)布網(wǎng)測(cè)量。高速鐵路工程測(cè)量平而控制網(wǎng) 第一級(jí)為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CP I）,主要為勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn);第二級(jí)為線 路控制網(wǎng)（CP II）,主要為勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn);第三級(jí)為軌道控制網(wǎng)（CPHD,主要為軌 道施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。5 .2平面控制網(wǎng)精度平而控制網(wǎng)的精度根據(jù)軌道平順性

8、定位精度的要求，從最末一級(jí)控制網(wǎng)的精度要求逐級(jí) 反演推算制定上一級(jí)控制網(wǎng)的精度。（DCP川控制網(wǎng)測(cè)量精度的確定高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定高速鐵路軌道的軌向、高低的30 m弦長(zhǎng)和300 m弦長(zhǎng)的中 長(zhǎng)波不平順控制要求。軌道的高低和方向的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法是相同的，即采用30 m（48個(gè)軌 枕間距）弦長(zhǎng)測(cè)量，檢測(cè)間隔5 m的兩相鄰檢驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)際矢高差與設(shè)計(jì)矢高差的差值為小于2 nrni ;采用300 m(480個(gè)軌枕間距)弦長(zhǎng)測(cè)量，檢測(cè)間隔150 m的兩相鄰檢驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)際矢高 差與設(shè)計(jì)矢高差的差值為10 mm o依據(jù)文獻(xiàn)的研究和京津、武廣、鄭西高速鐵路軌道板施工和軌道精調(diào)的工程實(shí)踐，確定 CP HI控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)

9、相對(duì)中誤差為1 .0mm。以此精度要求逐級(jí)推算CP II、CP I、CP0控 制網(wǎng)的精度要求。(2)CP H控制網(wǎng)測(cè)量精度的確定cp H控制網(wǎng)是cp川控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn),cp n控制網(wǎng)的精度應(yīng)滿足cp川控制網(wǎng)的起閉 需要;CP IH控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)相對(duì)中誤差為1 .0 mm ,相鄰點(diǎn)間距為60m ,則相鄰點(diǎn)相對(duì)精度 為L(zhǎng)60 000 ,按照工程測(cè)量控制網(wǎng)設(shè)計(jì)原則，上級(jí)控制網(wǎng)的精度應(yīng)比下一級(jí)控制網(wǎng)的精度 高出2倍，則CP H控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)位精度應(yīng)高于1/84 000 ,按照確保精度，留有余地的原 則，將CP II控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)位精度定為1/100 000 o6 CPIH自由測(cè)站邊角交會(huì)網(wǎng)測(cè)量測(cè)量方法是高速

10、鐵路精密工程測(cè)量各項(xiàng)技術(shù)要求的具體實(shí)現(xiàn)，也是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要 組成部分。在各級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量實(shí)踐中,CPO、CP I、CP n的測(cè)量基本采用GPS方法。這 里重點(diǎn)闡述CP H【網(wǎng)的測(cè)設(shè)。CP川自由測(cè)站邊角交會(huì)網(wǎng)是一種新的測(cè)量方法，根據(jù)我國(guó)測(cè)量 工作的特點(diǎn)和對(duì)cp n網(wǎng)的精度考慮，在消化吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展高速鐵路cpni網(wǎng) 測(cè)量數(shù)據(jù)采集與平差計(jì)算方法的研究。7 .1 CP HI自由測(cè)站邊角交會(huì)網(wǎng)的網(wǎng)形CP HI自由測(cè)站邊角交會(huì)網(wǎng)的各CP HI點(diǎn)縱向間距為60 m ,自由測(cè)站間距為120 m左 右，每個(gè)CP川控制點(diǎn)有三個(gè)方向交會(huì)，每個(gè)自由測(cè)站需要測(cè)量的CP HI點(diǎn)為前后均勻?qū)ΨQ 的12個(gè)點(diǎn)

11、。其特點(diǎn)是采用全站儀自由設(shè)站進(jìn)行邊角交會(huì)測(cè)量，通過相鄰測(cè)站重疊觀測(cè)多個(gè) CP HI點(diǎn)獲得測(cè)站和CP III點(diǎn)間的強(qiáng)相關(guān)性，從而實(shí)現(xiàn)CP川控制點(diǎn)間極高的相對(duì)精度，最終 達(dá)到精確控制軌道鋪設(shè)的目的。我國(guó)高速鐵路建設(shè)工期短，測(cè)量時(shí)常受施工干擾,120 m測(cè)站間距觀測(cè)條件困難，經(jīng)研 究，CP HI平而控制網(wǎng)可采用構(gòu)網(wǎng)形式，此時(shí)各CP IH點(diǎn)縱向間距為60 m、自由測(cè)站點(diǎn)間距 為60 m ,各CP HI點(diǎn)是四個(gè)方向的距離和方向交會(huì)，每個(gè)自由測(cè)站需要測(cè)量的CP IH點(diǎn)至 少為8個(gè)，這樣就更適合于我國(guó)的高速鐵路軌道CP HI測(cè)量實(shí)際。8 .2 CP IH控制網(wǎng)平而精度控制(DCP川網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)的精度控制指標(biāo)為

12、了使CP III網(wǎng)點(diǎn)間的相對(duì)點(diǎn)位精度達(dá)到1mm , 研究CP HI網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)的精度控制指標(biāo)。由于CPHI網(wǎng)是規(guī)則圖形的自由測(cè)站邊角交會(huì)控制網(wǎng)， 其基本的觀測(cè)量是測(cè)站至各CP山點(diǎn)的方向和水平距離。通過仿真計(jì)算和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì) 分析,CP HI網(wǎng)的方向和水平距離外業(yè)觀測(cè)的精度控制指標(biāo)。(2)CP IU平面網(wǎng)平差計(jì)算精度要求CP HI平面網(wǎng)平差計(jì)算精度包括網(wǎng)的內(nèi)符合精度和外符合精度。內(nèi)符合精度體現(xiàn)CP IH平 面網(wǎng)內(nèi)部自身測(cè)量精度，其精度指標(biāo)主要體現(xiàn)在自由網(wǎng)平差后的方向、距離改正數(shù)。外符合 精度體現(xiàn)cp川網(wǎng)與cp n網(wǎng)的兼容性，其精度指標(biāo)主要體現(xiàn)在cp in網(wǎng)約束平差后的方向、 距離改正數(shù)和點(diǎn)位中

13、誤差。對(duì)cp in網(wǎng)外符合精度的控制目的是使由cp n網(wǎng)控制施工的線 下工程和cp in網(wǎng)之間的誤差不能影響軌道工程的施工。4三網(wǎng)合一的理論與實(shí)踐高速鐵路工程精密測(cè)量工作按施測(cè)階段、施測(cè)目的及功能不同，分為勘測(cè)控制網(wǎng)、施工 控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)。將這三個(gè)控制網(wǎng)，簡(jiǎn)稱為三網(wǎng)。普通鐵路建設(shè)的三個(gè)網(wǎng)由于施測(cè) 單位不一、使用單位不一，基本上是各自獨(dú)立設(shè)立控制網(wǎng)。高速鐵路建設(shè)工作研窕的開始， 專家們就提出三網(wǎng)合一的概念，即為構(gòu)建和保持高速鐵路軌道空間幾何形位，必須建立基 于同一基準(zhǔn)的勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的精密工程測(cè)量體系，三階段的平面、高程控制測(cè)量采用 同一測(cè)量基準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為三網(wǎng)合一 °三網(wǎng)合

14、一經(jīng)鐵道部建設(shè)司組織專家進(jìn)行論證，進(jìn)一步得 到明確。三網(wǎng)合一主要有以下特點(diǎn)和要求：(1)勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)的統(tǒng)一在高速鐵路的勘測(cè)設(shè) 計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的各階段均采用坐標(biāo)和高程定位控制，因此必須保證三網(wǎng)的坐標(biāo)高程系 統(tǒng)的統(tǒng)一，才能使軌道的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作順利進(jìn)行。(2)勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)起算基準(zhǔn)的統(tǒng)一高速鐵路的勘測(cè)控制網(wǎng)、 施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)平而測(cè)量應(yīng)以基礎(chǔ)平而控制網(wǎng)CP I為平而控制基準(zhǔn)，高程測(cè) 量應(yīng)以二等水準(zhǔn)基點(diǎn)為控制測(cè)量基準(zhǔn)。5應(yīng)用實(shí)踐與主要結(jié)論高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)的研窕，為建立我國(guó)高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系奠定基 礎(chǔ)，同時(shí)為我國(guó)高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)及時(shí)提供測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。繼京津城際鐵路之后，武廣 和鄭西等350 k