高速鐵路精密測(cè)量講義

新建北京至沈陽(yáng)客運(yùn)專(zhuān)線精密控制測(cè)量技術(shù)2014年8月高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)產(chǎn)生的背景

高速鐵路修建最核心的問(wèn)題是解決軌道平順性，為了適應(yīng)高速鐵路軌道平順性的要求，線路必須具備準(zhǔn)確的幾何參數(shù)，軌道測(cè)量精度要達(dá)到毫米級(jí)，其測(cè)量方法、測(cè)量精度與傳統(tǒng)的鐵路工程測(cè)量完全不同。這對(duì)高速鐵路建設(shè)及維護(hù)過(guò)程中控制測(cè)量工作提出了全新的要求。

高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)一、位置基準(zhǔn)與平面控制網(wǎng)高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)

高速鐵路平面精密控制網(wǎng)涉及使用的坐標(biāo)系有：1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、WGS-84坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。我國(guó)高速鐵路平面精密控制網(wǎng)中的空間直角坐標(biāo)或大地坐標(biāo)只是在提供首級(jí)或次級(jí)控制點(diǎn)成果時(shí)使用。具體到工程建設(shè)，因?yàn)槭褂玫闹庇^和習(xí)慣性，一般均采用高斯平面直角坐標(biāo)。高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)高斯投影的基本概念

高斯平面直角坐標(biāo)的建立

通過(guò)高斯投影，將中央子午線的投影作為縱坐標(biāo)軸，用x表示，將赤道的投影作為橫坐標(biāo)軸，用y表示，兩軸的交點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，由此構(gòu)成的平面直角坐標(biāo)系稱為高斯平面直角坐標(biāo)系。如右圖所示。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)投影帶，就有一個(gè)獨(dú)立的高斯平面直角坐標(biāo)系，區(qū)分各帶坐標(biāo)系則利用相應(yīng)投影帶的帶號(hào)。高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)二、高程基準(zhǔn)與高程控制網(wǎng)大地水準(zhǔn)面是我國(guó)高程測(cè)量的基準(zhǔn)面。沿重力作用方向的鉛垂線是高程測(cè)量中的基準(zhǔn)線。我國(guó)高速鐵路控制網(wǎng)測(cè)量流程

為什么要建立高速鐵路工程測(cè)量體系客運(yùn)專(zhuān)線鐵路速度高,為了達(dá)到在高速行駛條件下，旅客列車(chē)的安全性和舒適性，要求:(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的線型施工,即保持精確的幾何線性參數(shù);(2)必須具有非常高的平順性，精度要保持在毫米級(jí)的范圍以內(nèi)。為什么要建立高速鐵路工程測(cè)量體系

為了適應(yīng)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路高速行車(chē)對(duì)平順性和舒適性的要求，客運(yùn)專(zhuān)線鐵路軌道必須具有高平順度標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)砟軌道鋪設(shè)應(yīng)滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸（軌道自身的幾何尺寸）和外部幾何尺寸（軌道與周?chē)ㄖ锏南鄬?duì)尺寸）的精度要求。其中內(nèi)部尺寸描述軌道的幾何形狀，外部幾何尺寸體現(xiàn)軌道的空間位置和標(biāo)高。高速鐵路工程測(cè)量體系的特點(diǎn)確定了高速鐵路工程測(cè)量“三網(wǎng)合一”的測(cè)量體系：a、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；b、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；c、線下工程施工控制網(wǎng)與軌道施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)的坐標(biāo)高程系統(tǒng)和起算基準(zhǔn)的統(tǒng)一；

d、勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)測(cè)量精度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；高速鐵路工程測(cè)量體系的特點(diǎn)三網(wǎng)合一的重要性 （1）勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)起算基準(zhǔn)不統(tǒng)一的后果

?平面尺度：縱向里程，橫向偏移

?高程基準(zhǔn)：線路縱斷面，穿跨越限界高速鐵路工程測(cè)量體系的特點(diǎn)三網(wǎng)合一的重要性（2）線下工程施工控制網(wǎng)與軌道施工控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)量精度不統(tǒng)一的后果●線下工程與軌道工程錯(cuò)開(kāi)●凈空限界不足高速鐵路工程測(cè)量體系的特點(diǎn)2.確定了高速鐵路精密工程測(cè)量分級(jí)布網(wǎng)的布設(shè)原則高速鐵路工程測(cè)量體系的特點(diǎn)3.確定了客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鐵路工程測(cè)量高程控制網(wǎng)的精度等級(jí)●首級(jí)高程控制網(wǎng)按二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求施測(cè)●鋪軌高程控制測(cè)量按精密水準(zhǔn)測(cè)量精度要求施測(cè)4.提出了客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鐵路工程控制測(cè)量完成后，應(yīng)由建設(shè)單位組織評(píng)估驗(yàn)收的要求，并制定了評(píng)估驗(yàn)收內(nèi)容和要求。（1）檢查評(píng)估內(nèi)容包括：平面高程控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)、選點(diǎn)埋石、儀器精度指標(biāo)及檢定情況、外業(yè)觀測(cè)、平差計(jì)算和資料完整齊全等。（2）外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)評(píng)估。（3）平差計(jì)算數(shù)據(jù)處理質(zhì)量評(píng)估。（4）控制網(wǎng)計(jì)算成果的整理和質(zhì)量驗(yàn)證。高速鐵路精密工程測(cè)量控制網(wǎng)平面控制測(cè)量各級(jí)平面控制網(wǎng)布網(wǎng)要求高速鐵路精密工程測(cè)量控制網(wǎng)平面控制測(cè)量作業(yè)流程（1）CPⅠ控制測(cè)量：一般在初測(cè)時(shí)完成，為客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鐵路工程提供平面基準(zhǔn)。（2）CPⅡ控制測(cè)量：一般在定測(cè)時(shí)完成，作為客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鐵路工程施工平面控制網(wǎng)。（3）CPⅢ平面控制測(cè)量：在施工測(cè)量時(shí)施測(cè)，鋪設(shè)無(wú)砟軌道時(shí)作為無(wú)砟軌道鋪設(shè)基樁控制網(wǎng)。

高速鐵路精密工程測(cè)量控制網(wǎng)平面控制測(cè)量方法（1）GPS測(cè)量：用于建立CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)；（2）導(dǎo)線測(cè)量：用于建立CPⅡ、CPⅢ平面控制網(wǎng)(有砟軌道)；（3）自由設(shè)站邊角交會(huì)網(wǎng)測(cè)量：用于建立無(wú)砟軌道鋪設(shè)基樁控制網(wǎng)。

高速鐵路精密工程測(cè)量控制網(wǎng)高程控制測(cè)量高程控制測(cè)量分為深埋水準(zhǔn)控制測(cè)量、水準(zhǔn)基點(diǎn)高程測(cè)量、CPⅢ控制點(diǎn)高程測(cè)量?？瓦\(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鐵路高程控制網(wǎng)應(yīng)按二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求施測(cè)。CPⅢ控制點(diǎn)高程測(cè)量按精密水準(zhǔn)測(cè)量精度要求施測(cè)。CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPIII點(diǎn)布設(shè)CPIII點(diǎn)標(biāo)志CPIII網(wǎng)區(qū)段劃分CPIII網(wǎng)觀測(cè)平面網(wǎng)測(cè)量高程網(wǎng)測(cè)量CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量分段測(cè)量的區(qū)段長(zhǎng)度不宜小于4km。區(qū)段接頭不應(yīng)位于車(chē)站范圍、連續(xù)梁范圍內(nèi)。CPⅢ平面網(wǎng)區(qū)段的兩端必須起止在上一級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)（CPⅠ或CPⅡ）上，而且應(yīng)保證有連續(xù)的三個(gè)自由設(shè)站與上一級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)。CPⅢ高程網(wǎng)要滿足區(qū)段中聯(lián)測(cè)的上一級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量不得少于3個(gè)，而且CPⅢ高程網(wǎng)區(qū)段的兩端必須起止在上一級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)上。CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量方法CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的選擇CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)主要沿線路布置于路基兩側(cè)的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、橋梁防撞墻、隧道側(cè)壁上，當(dāng)CPⅢ控制點(diǎn)布置在橋梁防撞墻上時(shí)，點(diǎn)位應(yīng)設(shè)置在橋墩固定支座端上方的防撞墻上。CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)1.橋梁地段CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)2.路基地段CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)1.隧道地段CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量需具備的工況條件：

1、橋梁防撞墻已完工；

2、隧道襯砌已經(jīng)完成，電纜槽完工；

3、路基上接觸網(wǎng)桿基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定；

4、線下工程沉降和變形滿足要求，沉降評(píng)估通過(guò)；

5、CPⅠ、CPⅡ、高程控制點(diǎn)已復(fù)測(cè)；CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量需具備的軟硬件條件：

1、具有自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)和程序控制自動(dòng)測(cè)量功能的全站儀；

2、CPⅢ測(cè)量標(biāo)志（包括預(yù)埋件、連接件、測(cè)量棱鏡）；

3、數(shù)字水準(zhǔn)儀與配套的因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺；

4、CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件與CPⅢ內(nèi)業(yè)平差計(jì)算軟件；CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ平面控制網(wǎng)測(cè)量方法自由設(shè)站的設(shè)站距離為120m時(shí)，每個(gè)自由設(shè)站應(yīng)觀測(cè)12個(gè)CPⅢ點(diǎn)，全站儀前方和后方各6個(gè)（3對(duì)）CPⅢ點(diǎn)，每次測(cè)量應(yīng)保證每個(gè)CPⅢ點(diǎn)被測(cè)量3次以上

CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ平面控制網(wǎng)測(cè)量方法對(duì)于自由設(shè)站測(cè)量較為困難的地區(qū)（如曲線隧道），自由設(shè)站的設(shè)站距離可以為60m，每個(gè)自由設(shè)站應(yīng)觀測(cè)8個(gè)CPⅢ點(diǎn)，全站儀前方和后方各4個(gè)（2對(duì)）CPⅢ點(diǎn)，每次測(cè)量應(yīng)保證每個(gè)CPⅢ點(diǎn)被測(cè)量4次以上。CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ高程控制網(wǎng)測(cè)量方法

往測(cè)水準(zhǔn)路線

返測(cè)水準(zhǔn)路線

CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量CPⅢ高程控制網(wǎng)測(cè)量方法

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)

高速鐵路建設(shè)期間，應(yīng)加強(qiáng)CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)維護(hù)工作?？刂凭W(wǎng)復(fù)測(cè)維護(hù)分為定期復(fù)測(cè)維護(hù)和不定期復(fù)測(cè)維護(hù)，定期復(fù)測(cè)應(yīng)由建設(shè)單位組織實(shí)施，不定期復(fù)測(cè)維護(hù)應(yīng)由施工單位實(shí)施。1.定期復(fù)測(cè)維護(hù)是對(duì)高速鐵路平面高程控制網(wǎng)全面復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)內(nèi)容包括全線CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)。復(fù)測(cè)頻次應(yīng)滿足下列要求：⑴施工單位接樁后，應(yīng)對(duì)CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)；⑵CPⅢ建網(wǎng)前，CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)復(fù)測(cè)一次；⑶工程靜態(tài)驗(yàn)收前，CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)復(fù)測(cè)一次；⑷特殊地區(qū)、地面沉降區(qū)域或施工期間出現(xiàn)異常的地段，應(yīng)適當(dāng)加大復(fù)測(cè)頻次。2.施工單位應(yīng)根據(jù)施工需要開(kāi)展不定期復(fù)測(cè)維護(hù)，復(fù)測(cè)周期不宜大于6個(gè)月。不定期復(fù)測(cè)維護(hù)內(nèi)容包括CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)及施工加密控制點(diǎn)復(fù)測(cè)。

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)執(zhí)行的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》TB10601-2009；2.《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2009；3.《鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量》TB10054-2010；4.《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》GB/T12897-2006；高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的基本要求1、CPⅠ級(jí)控制網(wǎng)按高鐵二等GPS控制測(cè)量要求進(jìn)行復(fù)測(cè)。采用邊聯(lián)接方式構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)，同一隧道范圍內(nèi)不應(yīng)分帶或改變投影高。2、CPⅡ級(jí)控制網(wǎng)按高鐵三等GPS控制測(cè)量要求進(jìn)行復(fù)測(cè)。采用邊聯(lián)接方式構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)。3、線路水準(zhǔn)基點(diǎn)施工復(fù)測(cè)的精度和要求按二等水準(zhǔn)精度要求復(fù)測(cè)。高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)應(yīng)遵循以下原則：(1)編寫(xiě)復(fù)測(cè)技術(shù)方案。(2)復(fù)測(cè)采用的方法和精度應(yīng)與原測(cè)相同。(3)復(fù)測(cè)前應(yīng)檢查標(biāo)石的完好性，對(duì)丟失和破壞的控制點(diǎn)應(yīng)按同精度擴(kuò)展方法補(bǔ)設(shè)。施工單位應(yīng)向評(píng)估項(xiàng)目部提交以下內(nèi)容：(1)CPⅠ、CPⅡ及二等水準(zhǔn)復(fù)測(cè)的原始數(shù)據(jù)及觀測(cè)記錄，以及標(biāo)準(zhǔn)格式文件。(2)二等水準(zhǔn)復(fù)測(cè)的原始數(shù)據(jù)及觀測(cè)記錄，以及二等水準(zhǔn)高差檢核表。復(fù)測(cè)完成后應(yīng)進(jìn)行成果分析，編寫(xiě)并提交復(fù)測(cè)報(bào)告。

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)儀器要求：

平面網(wǎng)復(fù)測(cè)采用雙頻GPS接收機(jī)的平面標(biāo)稱精度要求不低于5mm+1ppm；二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)采用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的標(biāo)稱精度要求不低于±0.3mm/km。測(cè)量?jī)x器需要經(jīng)測(cè)繪儀器計(jì)量定點(diǎn)單位檢定合格并在有效期內(nèi)方可使用。

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)CPⅠ、CPⅡGPS控制網(wǎng)測(cè)量的主要技術(shù)要求

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)CPⅠ、CPⅡGPS測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法二等水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求（單位：m）高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)注意事項(xiàng)1、作業(yè)前按規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)儀器檢校，作業(yè)過(guò)程中經(jīng)常對(duì)光學(xué)對(duì)中器進(jìn)行檢校，保持接收機(jī)設(shè)備工作狀態(tài)正常。2、在觀測(cè)前，預(yù)報(bào)星歷情況，按衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)表、GPS接收機(jī)數(shù)量及交通情況編制觀測(cè)計(jì)劃。3、作業(yè)中，儀器對(duì)中誤差小于1mm，每個(gè)時(shí)段觀測(cè)前、后各量天線高一次，兩次較差值小于2mm，取均值作為最后成果；觀測(cè)時(shí)用電子手簿進(jìn)行自動(dòng)記錄點(diǎn)號(hào)、天線高，同時(shí)認(rèn)真填寫(xiě)GPS靜態(tài)觀測(cè)手簿。4、觀測(cè)過(guò)程中不在天線附近50m以內(nèi)使用電臺(tái)，10m以內(nèi)使用對(duì)講機(jī)；在一個(gè)時(shí)段觀測(cè)過(guò)程中未出現(xiàn)以下操作：接收機(jī)關(guān)閉又重新啟動(dòng)，進(jìn)行自測(cè)試，改變衛(wèi)星仰角限，改變數(shù)據(jù)采樣間隔，按動(dòng)關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵。高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)處理1、首先將CPⅠ、CPⅡ原始觀測(cè)文件進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX文件，同時(shí)對(duì)點(diǎn)號(hào)、天線量高方式、天線高逐一進(jìn)行復(fù)核。2、CPⅠ、CPⅡ采用商用基線處理軟件統(tǒng)一進(jìn)行基線解算和輸出基線向量文件，采用通過(guò)鑒定的軟件進(jìn)行基線向量網(wǎng)平差。高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)處理1、CPⅠ、CPⅡ應(yīng)在獨(dú)立環(huán)或附合路線坐標(biāo)分量及全長(zhǎng)閉合差和重復(fù)基線較差檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行三維無(wú)約束平差。2、CPⅠ三維無(wú)約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)的絕對(duì)值滿足規(guī)范要求后選取穩(wěn)定控制點(diǎn)進(jìn)行約束平差計(jì)算。3、CPⅡ無(wú)約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)的絕對(duì)值滿足規(guī)范要求后，以所聯(lián)測(cè)的CPⅠ控制點(diǎn)及相鄰標(biāo)段的CPⅡ作為約束點(diǎn)進(jìn)行平差，計(jì)算CPⅡ控制點(diǎn)的工程獨(dú)立坐標(biāo)。高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)處理

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)處理

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)處理

高速鐵路控制網(wǎng)的維護(hù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1、復(fù)測(cè)成果與原測(cè)成果較差滿足規(guī)范要求時(shí)，采用原測(cè)成果。2、當(dāng)較差超限時(shí)，應(yīng)進(jìn)行二次復(fù)測(cè)，查明原因，并采用同精度擴(kuò)展方法更新成果，提交監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。高速鐵路控制網(wǎng)