軌道控制網(wǎng)測量工法

軌道控制網(wǎng)測量工法1前言無砟軌道的施工測量必須要達到高精度的要求，才能滿足軌道的靜態(tài)平順性指標，而我國傳統(tǒng)的有砟軌道的施工方法是無法滿足當前客運專線無砟軌道的精度要求的。因此，要建設好一條高速鐵路就必須有一套完整的高精度的控制測量體系，包括工程控制網(wǎng)的建立、軌道安裝測量、軌道精調(diào)測量和固定及測量人員對軌道實際幾何參數(shù)進行檢查等內(nèi)容。高精度的控制網(wǎng)是以必要的精度對軌道進行平面和高程精調(diào)的基礎。為了保證軌道鋪設絕對定位精度符合限差的要求，無砟軌道施工測量中的底座板/支撐層定位測量、雙塊式軌排粗調(diào)和精調(diào)/軌道板安裝測量以及軌道安裝和精調(diào)測量等環(huán)節(jié)必須要達到較高的精度要求，施工測量的高精度必須依賴于軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)的高精度。2工法特點2.1控制的范圍長線路有多長，控制網(wǎng)的長度就有多長。2.2控制點數(shù)量眾多沿線路方向通常每公里有16對即32個控制點。2.3精度要求高要求相鄰點平面相對精度優(yōu)于1mm，相鄰點高程相對精度優(yōu)于0.5mm，平面和高程同精度復測較差均優(yōu)于3mm。2.4平面位置和高程位置共點目前CPⅢ三維網(wǎng)平面和高程是分開測量后合并形成共點的三維網(wǎng)，但其使用時卻是平面和高程同時使用的。2.5控制點的位置、CPⅢ測量標志較傳統(tǒng)控制測量不同控制點通常設置在接觸網(wǎng)桿上（路基部分）、防撞墻上（橋梁部分）和圍巖上（隧道部分）。CPⅢ測量標志通常由永久性的預埋件、平面測量桿、高程測量桿和精密棱鏡組成。2.6圖形規(guī)則對稱，多余觀測數(shù)多，可靠性強2.7標準的帶狀控制網(wǎng)，縱向精度高、橫向精度略差2.8控制網(wǎng)的使用較傳統(tǒng)方法有很大不同首先是采用自由測站后方邊角交會測量的方式確定測站點的三維坐標，然后用三維極坐標測量的方式進行雙塊式無砟軌道和長鋼軌的粗調(diào)、精調(diào)和精測以及軌道的維護管理等。2.9坐標點是虛擬控制點CPⅢ的三維坐標點是一個虛擬的控制點，其對應的位置是CPⅢ目標組件中棱鏡的幾何中心。實測高程位置一般與平面位置并不重合。3適用范圍本工法適用于高速鐵路、客運專線的施工和運營維護階段的軌道控制測量。4工藝原理以設計單位建立的CPⅠ、CPⅡ為基準，沿線路布設CPⅢ三維控制網(wǎng)，起閉于CPⅠ或CPⅡ，CPⅢ點間距為縱向60m左右、橫向為線路結(jié)構(gòu)物寬度，為無砟軌道施工和運營維護的基準。CPⅢ網(wǎng)一般采用自由設站邊角交會法測量，一般在線下工程施工完成后施測，要求相鄰點平面相對精度優(yōu)于1mm，同精度復測較差優(yōu)于3mm。建網(wǎng)示意圖如下圖所示：5工藝流程6操作要點6.1CPⅢ控制網(wǎng)測量的準備工作6.1.1線下工程沉降和變形評估無砟軌道對線下基礎工程的工后沉降要求非常嚴格，CPⅢ控制網(wǎng)測量應在線下工程沉降和變形滿足要求且通過沉降評估后開展。6.1.2精測網(wǎng)全面復測根據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》（TB10601-2009）要求，CPⅢ建網(wǎng)前，應對全線CPⅠ基礎平面控制網(wǎng)、CPⅡ線路平面控制網(wǎng)和線路水準基點進行全面復測。6.1.3CPⅡ控制網(wǎng)及二等水準基點加密為滿足CPⅢ控制網(wǎng)測量聯(lián)測的需要，CPⅢ建網(wǎng)前，應對CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準基點進行同精度加密。CPⅢ平面網(wǎng)建網(wǎng)前應保證沿線路方向每隔400～800m左右有一個CPⅠ或CPⅡ控制點可供CPⅢ平面網(wǎng)聯(lián)測，不滿足間距條件時應按GPS三等測量的技術(shù)要求加密CPⅡ控制點。CPⅢ高程網(wǎng)建網(wǎng)前應保證2km線路長度范圍內(nèi)至少有一個穩(wěn)定可用的線路水準基點，不滿足間距條件時應按二等水準測量的要求加密水準基點。6.1.4CPⅢ觀測條件的保證CPⅢ數(shù)據(jù)采集時必須高度重視外部觀測條件的影響。CPⅢ觀測時，作業(yè)現(xiàn)場應無明顯震動、灰塵、光源，觀測視線無遮擋物及無交叉施工干擾。CPⅢ觀測應選擇在陰天或夜間進行，在大風、雨雪天氣以及霜凍或水霧較大時均不應進行觀測。6.1.5測量儀器要求CPⅡ加密與線路水準基點的加密測量，以及CPⅢ網(wǎng)測量所采用的測量儀器設備須經(jīng)過正規(guī)儀器檢定部門的檢定，并在有效檢定期內(nèi)。作業(yè)前和作業(yè)期間應按《高速鐵路工程測量規(guī)范》中的規(guī)定進行必要的檢校，儀器作業(yè)的技術(shù)要求應符合規(guī)范的規(guī)定。6.2精測網(wǎng)加密1.CPII加密除隧道外都采用GPS測量按三等GPS觀測技術(shù)指標實施，隧道段采用導線測量時按三等導線觀測技術(shù)指標實施。2.當段落搭接是導線搭接時，應將相鄰段已加密CPII點做為已知點進行約束，并保證兩加密網(wǎng)接頭處的起算點一致。當段落搭接是導線與GPS網(wǎng)搭接時，為了保證導線與GPS網(wǎng)的順接，如果有條件，應在兩段落接頭附近設置一個連接點，并保證此點與本段CPII加密點相互通視，以便作為導線網(wǎng)與GPS網(wǎng)的連接點。如果無通視條件，應將相鄰段已加密CPII點作為已知點進行約束，并保證兩加密網(wǎng)接頭處的起算點一致。觀測時CPII連接點與CPI和CPII點應聯(lián)測并形成三角形或大地四邊形。使用導線方法加密CPII網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)邊長應為400～800m，且應嚴格按程序觀測。隧道內(nèi)導線網(wǎng)聯(lián)測示意圖3.CPII加密網(wǎng)應附合到CPI或CPII上，并采用固定數(shù)據(jù)平差。4.各級平面控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求應符合《高速鐵路工程測量規(guī)范》。6.2.1加密點位埋設說明6.2.2.1CPⅡ加密點埋設1.CPⅡ加密點采用強制對中標志。2.在橋梁部分，CPⅡ加密點需布設于梁上，并沿線路前進方向埋設于橋梁的固定支座頂端的防撞墻頂面（縱橫向均固定）。3.在路基部分，CPⅡ加密點需布設于輔助立柱頂面（輔助立柱設置在接觸網(wǎng)擴大基礎上），宜沿線路里程增加方向左右交替埋設，并保證CPⅢ測量時其能與自由測站通視。4.CPⅡ加密點在隧道口附近時應考慮GPS觀測條件及點的穩(wěn)定性，并兼顧與洞內(nèi)CPⅡ測量的聯(lián)測，以保證洞內(nèi)外的順接性；在站場范圍內(nèi)應避免埋設CPⅡ加密點，必要時應據(jù)現(xiàn)場條件選定合適的位置。5.強制對中標志由預埋件和基座連接盤兩部分組成。預埋件由不銹鋼材料精加工而成，埋設于防撞墻及輔助立柱頂面?；B接盤中心的底端螺絲可以直接安裝到預埋件上，頂端螺絲用于連接測量儀器基座，連接盤邊緣的三個螺絲用于調(diào)節(jié)伸縮長度，確保儀器連接穩(wěn)固。通過儀器連接盤，可以直接安裝測量儀器、GPS天線或各式棱鏡。預埋件基座連接盤6.預埋件采用鉆孔埋設法，應豎直埋設于防撞墻或輔助立柱頂面，不平度要求小于4′，埋設要求要絕對牢固，埋設完成后預埋件頂面需高出孔口約1mm左右。安裝GPS天線安裝棱鏡6.2.2.2加密水準基點埋設1.加密水準基點采用專用標志。2.在橋梁部分，加密水準基點埋設在通過沉降評估的穩(wěn)定橋墩上；在路基部分，加密水準基點埋設在接觸網(wǎng)桿擴大基礎上便于架設水準尺的地方。預埋件和CPIII相同。3.水準基點采用鉆孔埋標法。6.3GPS加密CPⅡ網(wǎng)6.3.1GPS觀測CPⅡ加密要求同精測網(wǎng)原網(wǎng)要求，觀測、數(shù)據(jù)處理均與原測CPⅡ相同。6.3.2GPS數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理過程中，GPS基線解算和網(wǎng)平差必須滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中相應的技術(shù)指標和精度要求；在對CPⅡ加密點進行整體平差前必須先對網(wǎng)中的CPⅠ、CPⅡ點的穩(wěn)定性進行分析，固定穩(wěn)定的CPⅠ、CPⅡ點坐標成果進行網(wǎng)平差計算。加密CPⅡ網(wǎng)平差應采用CosaGPS數(shù)據(jù)處理軟件進行計算。6.4導線加密CPⅡ網(wǎng)6.4.1導線觀測CPⅡ加密點采用測角精度不低于1″，測距精度不低于1mm+2ppm的全站儀施測。6.4.2導線測量數(shù)據(jù)處理CPⅡ網(wǎng)導線平差采用Cosa地面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件進行計算，并應提供單位權(quán)中誤差、測角中誤差、點位中誤差、邊長相對中誤差、點位誤差橢圓和相對點位誤差橢圓等精度評定數(shù)據(jù)，上述指標必須滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中相應的精度要求。導線網(wǎng)平差前，測量距離須經(jīng)過高程和高斯投影改化，具體改化公式參考《鐵路工程測量規(guī)范》。6.5線路水準基點的加密1.為了保證線路水準基點的可靠性，在CPⅢ高程測量之前，必須對梁下水準點進行貫通測量，對不滿足二等水準要求的水準點成果進行調(diào)整。要求此段復測水準路線必須起訖于穩(wěn)定的水準基點。2.根據(jù)高鐵規(guī)范要求，CPⅢ水準路線附合長度不得大于3km。結(jié)合線路水準控制網(wǎng)的特點，其一般2km左右有一個水準網(wǎng)基點，故一般要求CPⅢ水準線路2km左右附合一次。對不滿足該間距或CPⅢ水準路線附合長度大于3km的地段需進行線路水準基點的加密。3.水準觀測線路水準基點的加密按照國家二等水準測量技術(shù)要求施測，采用不低于DS1的數(shù)字水準儀及因瓦水準尺。4.水準數(shù)據(jù)處理加密二等水準平差計算應采用Cosa地面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件。6.6橋梁上下高程傳遞采用中間設站三角高程上橋。6.7橋上水準路線貫通1.為了檢驗梁上三角高程點間的匹配性，并且為了防止三角高程測量時存在粗差，故在CPⅢ水準測量之前，需要對梁上三角高程點進行二等水準貫通測量，以保證三角高程上橋測量后大約每2km間距的相鄰兩個三角高程點間的高差滿足二等水準的要求。2.在橋上水準路線貫通后，將橋下傳遞水準路線、三角高程代替幾何水準（水準路線長取前后水平視線長的和）以及橋上輔助三角高程點間二等水準貫通三部分數(shù)據(jù)組成的水準網(wǎng)進行嚴密平差計算，平差后計算出的橋上輔助三角高程點的高程作為CPⅢ高程網(wǎng)平差計算的起算點。平差計算應采用Cosa地面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件。西寶先導段橋上橋下二等水準路線示意圖6.8CPⅢ網(wǎng)測量6.8.1CPⅢ點位布設1.CPⅢ點沿線路走向成對布設，前后相鄰兩對點之間距離一般約為60m，每對點之間里程差小于1m。2.路基、橋梁、隧道地段點位布設按高鐵規(guī)范CPIII控制點布設要求埋設。3.車站范圍CPⅢ點的布設CPⅢ測設在車站范圍內(nèi)因為股道較多、同期施工的其他工程較多，應該根據(jù)施工進度將CPⅢ點設在雨棚柱基礎上、站臺邊墻上或單獨埋設CPⅢ的標志樁，在同一個車站形式應統(tǒng)一，要保證標志點的穩(wěn)定性。6.8.2CPⅢ標志埋設CPⅢ點標志采用鉆孔埋標法，使用植筋膠等固定預埋件。CPIII標志6.8.3CPⅢ平面網(wǎng)測量與數(shù)據(jù)處理1.CPⅢ平面網(wǎng)觀測根據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》CPⅢ平面網(wǎng)采用自由測站邊角交會法施測。CPⅢ平面網(wǎng)觀測的自由測站間距一般約為120m，測站內(nèi)觀測12個CPⅢ點，全站儀前后方各3對CPⅢ點，自由測站到CPⅢ點的最遠觀測距離不應大于180m；每個CPⅢ點至少應保證有三個自由測站的方向和距離觀測量。測站觀測12個CPⅢ點平面網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)示意圖2.CPⅢ平面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理CPⅢ點的平面數(shù)據(jù)處理軟件采用鐵一院開發(fā)的“CPIII精密控制測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”，進行CPⅢ網(wǎng)的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)精度檢核與網(wǎng)評差的精度評定。CPⅢ平面網(wǎng)平差計算后，其精度指標應滿足高鐵規(guī)范要求。6.8.4CPⅢ高程網(wǎng)測量與數(shù)據(jù)處理1.CPⅢ高程網(wǎng)觀測根據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》CPⅢ控制點水準測量應附合于線路水準基點（橋梁段為按三角高程傳遞到橋上的CPⅢ點或橋上水準輔助點），按精密水準測量技術(shù)要求施測，水準路線2km附和一次。CPⅢ控制點水準測量統(tǒng)一按矩形環(huán)單程水準網(wǎng)觀測。2.CPⅢ高程網(wǎng)數(shù)據(jù)處理CPⅢ高程網(wǎng)平差計算后，其精度指標應滿足高鐵規(guī)范要求。6.8.5CPⅢ控制網(wǎng)區(qū)段的劃分與銜接1.區(qū)段之間的劃分與銜接CPⅢ平面網(wǎng)根據(jù)施工需要分段測量，分段測量的區(qū)段長度不小于4km。區(qū)段接頭不能位于車站、連續(xù)梁范圍內(nèi)。分段示意圖見下圖。CPⅢ控制網(wǎng)區(qū)段劃分示意圖CPⅢ網(wǎng)區(qū)段與區(qū)段之間重復觀測應不少于6對CPⅢ點；這些點在各自區(qū)段中的觀測和平差計算，必須滿足CPⅢ網(wǎng)的精度要求。2.標段之間CPⅢ控制網(wǎng)的銜接相鄰標段之間也同樣存在銜接的情況，標段之間CPⅢ控制網(wǎng)的銜接方法與區(qū)段之間銜接相同。3.相鄰投影帶帶之間CPPⅢ控制網(wǎng)的的銜接相鄰投影帶銜接接處CPⅢ平面網(wǎng)計計算時，根根據(jù)高鐵規(guī)規(guī)范要求提供兩套套坐標的CCPⅢ網(wǎng)區(qū)段長長度不小于于800mm。4.高程網(wǎng)區(qū)段段的銜接根據(jù)《高速鐵路路工程測量量規(guī)范》要要求進行搭搭接7主要工具設備CPⅡ加密與線線路水準基基點的加密密測量，以及CPⅢ網(wǎng)測量所所采用的測測量儀器設設備須經(jīng)過過正規(guī)儀器器檢定部門門的檢定，并并在有效檢檢定期內(nèi)。作作業(yè)前和作作業(yè)期間應應按《高速速鐵路工程程測量規(guī)范范》中的規(guī)規(guī)定進行必必要的檢校校，儀器作作業(yè)的技術(shù)術(shù)要求應符符合規(guī)范的的規(guī)定。7.1平面儀器器設備1.CPⅢ測測量采用的的全站儀必必須滿足以以下要求使用的全站儀應應具有馬達達驅(qū)動、自自動目標搜搜索、自動動照準、自自動觀測、自自動記錄功功能，其標標稱精度應應滿足：方方向測量中中誤差不大大于1″，測距中中誤差不大大于1mmm+2pppm×D。如徠卡卡：TS330。TS302.CPⅢ測量量時CPIII高級控控制點上的的安裝棱鏡鏡采用Trrimblle公司專專為CPⅢ測量而設設計的配置置AL4002SINN棱鏡的專專用精密支支架棱鏡組組件。在進進行CPⅢ測量時還還應注意正正確輸入對對應棱鏡的的棱鏡常數(shù)數(shù)。天寶精密支架及及AL4002SINN型棱鏡7.2高程儀器器設備1.采用天寶DINNI電子水水準儀及其其配套銦瓦瓦尺，并配配置穩(wěn)定、結(jié)結(jié)實的專用用木質(zhì)三腳腳架。2.尺墊必須使用重重量為5kg的。3.水準測量扶尺必必須使用配配套的專用用尺撐。7.3CPⅢ數(shù)數(shù)據(jù)采集及及處理軟件件數(shù)據(jù)采集及處理理軟件采用用鐵一院“CPIIII精密控控制測量數(shù)數(shù)據(jù)處理系系統(tǒng)”全線采用用統(tǒng)一的計計算軟件。8質(zhì)量要求CPⅢ測量技術(shù)依據(jù)如如下：（1）《高速鐵路工工程測量規(guī)規(guī)范》（TB100601--20099）；（2）《鐵路工程測測量規(guī)范》（TB10101-2009）；（3）《精密工程測測量規(guī)范》（GB/T15314-94）；（4）《國家一、二二等水準測測量規(guī)范》（GB12897-2006）；（5）《鐵路工程衛(wèi)衛(wèi)星定位測測量規(guī)范》（TB10054-2010）；（8）鐵道部其他相相關規(guī)定。9應用實例本工法20111年4月在西寶寶鐵路客運運專線XBZQQ-1標無砟軌軌道CPⅢ測量中得得到應用，在在先導段測測量中嚴格格按照本工工法實施取取得了很好的成果，測量量成果精度度全部滿足足規(guī)范要求求。先導段總長度22.9kmm，共布設46對CPⅢ點，通過25次設站完完成CP