谈高速铁路精测控制网的测量

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摘要：现在的高铁运行速度，基本上都能达到 350 km/h，要保持这种旅客列车在这么高时速运行的安全性和舒适性，必须保证铁路轨道的平顺度。必须保障铁路施工测量的精准度，要对铁路进行精准测量，合理布设。本文即详细阐述了高速铁路精测控制网测量中的相关测量控制标准及方法。

关键词：高速铁路；精测控制网；测量；高程；平面控制网

一、高速铁路控制网精度控制标准

为保证旅客列车高速运行时的安全性和舒适度，铁路轨道的平顺度是重要指标。轨道平顺度包含线路方向和纵向方向两个分量，线路方向的不平顺是指钢轨头内侧与钢轨方向垂直的凸凹不平顺。高速铁路平顺度要求在线路方向每10米弦实测正矢与理论正矢之差为2毫米。

线路平顺度的要求和控制测量的精度有一定的关系，对于线路形状来说，平顺度只是一种局部误差。不能依线路平顺度的要求作为控制测量的精度标准。因为，平顺度对线路位置误差的影响有积累性和扩大的趋势，当实际线路偏离设计位置很远时，线路仍旧可以满足平顺度要求。

（一）短波平顺度对线路位置的影响

现以直线线路讨论，当在10米处产生2不平顺度时，线路将出现转折角为（82.5″），直线B移至B′点。每个不平顺度具有偶然性，因此，由各段不平顺度产生的点位移按偶然误差计算，设AB为150米，则mβ=127。

图 短波不平顺累计误差示意图

（二）长波平顺度对线路位置的影响

长波平顺度要求，150米处不大于10，当在150米处产生10不平顺度时，线路将出现转折角为（27.5″）。设AB为900米，则mβ=147。

对于无砟轨道铺设150米不大于10的要求，从控制测量精度来讲，要比每20米弦实测正矢与理论正矢之差为2毫米的精度要求高。

虽然如此，如果仅仅控制轨道的平顺度，在达到要求的情况下，轨道的整体线形总是不能保证。

由上可知，在客运专线无砟轨道的施工过程当中，仅仅控制轨道的平顺度是不够的，我们还需要建立无砟轨道施工测量控制网来实现轨道的总体线形的正确。

（三）CPⅠ和CPⅡ误差计算

通过无砟轨道施工中轨道对平顺度的相关要求，我们可以反推出CPⅠ和CPⅡ控制网的相关精度要求。CPⅠ和CPⅡ最弱点的横向中误差计算，按导线测量方法，计算最弱点的横向中误差公式为：

对于CPⅡ，取S=800m，则可计算得km=3.7；

对于CPⅠ，取S=4000m，则可计算得km=11.6。

假定导线纵向误差等于横向误差，则可计算最弱点点位中误差分别约为5和15。

二、精密高程测量

（一）方案

测量线路水准基点埋设在线路附近稳定且不易被破坏的地方，一般要求埋设在桥墩底部，且作业后确保无运梁车通过。

测量线路水准基点的编号按以下原则编排：BM-X-XX，X 代表标段号，XX 为标段内按里程增大方向的顺序编号，点号标志字号应采用统一规格字模，字高为 6cm 的正楷字体刻绘，并用白色油漆抹底，黑色油漆喷写编号，点号铭牌白色抹底规格为 40cm×30cm。

测量线路水准基点的埋设要求同精测网中的水准点埋点要求。水准点测量应采用不低于DS1的水准仪，须经过检定，并处于检定有效期内。

高程控制网测量时，对于沉降区水准线路必须联测到两个以上深埋水准基点上，以检验联测水准点是否发生显著沉降；对于非沉降区水准路线必须联测五个以上水准点或深埋水准点。高程控制网需测量地段的水准测量按二等水准测量的技术要求执行，并实行分级控制；无需测量地段的水准测量按照精密水准测量要求。作业前及作业过程中检查 i 角均应不超过 15″；水准尺须采用辅助支撑进行安置，测量转点应安置尺垫，尺垫选择坚实的地方并踩实以防尺垫的下沉。水准线路采用往返观测，并沿同一路线进行。每一测段均采用偶数站结束，往返观测在一日的不同时间段进行。

水准测量的仪器及水准尺类型应按测量等级的要求选择，宜优先采用相应等级的数字水准仪及其自动记录功能采集数据，观测数据采用仪器内置储存器记录，并转换成电子手簿。

（二）技术要求

二等水准线路跨越特大河流时，应按现行《国家一、二等水准测客运专线精密控制网测量量规范》中关于跨河水准测量有关规定执行。

（三）数据处理

1、高程控制网测量按照《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009二等水准标准施测，以联测的原线路水准基点为起算点，进行整体严密平差计算，采用专业平差软件平差。高程成果保留到 0.1mm。

2、水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差 MΔ；当水准网的环数超过 20个时，还应按环线闭合差计算 Mw。MΔ 和Mw 应按下列公式计算：

三、平面控制网

平面控制网高铁施工测量的平面控制分为三级布控，基础平面控制网 CPI，线路控制网 CPⅡ，和基桩控制网 CPⅢ。基础平面控制网CPI 是为高铁勘测、施工、运营维护工作提供坐标基准的，线路控制网CPⅡ是为高铁勘测和施工提供控制基准的，基桩控制网 CPⅢ，主要为铺设无渣轨道和高铁运营维护提供控制基准。

（一）CPI、CPⅡ的测量方法

CPI要按照铁路B级GPS 测量要求实施测量，沿线路走向，每4km 设一个点或一对点，保证最弱边相对中误差 1/170000，基线边方向中误差不大于 1.3″。

CPⅡ要按铁路 C 级 GPS 测量要求实施测量，是在 CPI 的基础上采用 GPS 测量或采用导线测量方法。保持 800m～1000m 的点间距离。最弱边相对中误差 1/100000；导线测量等级为四等，测角中误差 2.5″，基线边方向中误差不大于 1.7″，相对闭合差 1/40000。

（二）CPⅢ的测量方法

CPⅢ控制网按照《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》采用自由设站交会网的方法测量，又称为后方交会网测量。对自由测站的测量，要以 2×3 个 CPⅢ点做为每个自由测站的测量目标，保证每个点每次测量都要测量 3 次。

CPⅢ控制点距离要保持 60m 左右，但是不能大于 80m，观测 CPⅢ点的最远距离不能超过 180m，一般是要求 120m 左右。

在测量时要做好完整的测量记录：具体测量 CPI、CPⅡ-点上的目标点的棱镜高、还有温度、气压，并将这些完整的记录在每个测量站上。每次测量前要完整输入起始点信息，保证每个测量点都测量三次，做好自由站记录。在线路上有长短链的时候，还要注意区分标记编号和那些重复里程。

（三）CPⅢ的测量要求

1、CPⅢ在施测前，要进行详细的技术方案的设计：包括 CPⅢ点的埋设与编号设计、CPⅢ与上一级控制点的联测方案设计、测量方法与精度设计、CPⅢ观测网形设计、以及所需要的仪器设备及其周期检定计划和内业数据处理方法设计、还包括具体的人员组织计划、应提交的成果资料清单和质量保障措施以及安全生产的注意事项等；

2、CPⅢ的外业观测采用全站仪的自由测站边角交会测量。在测量时，要从一段依次测量到另一端；

3、CPⅢ平面网水平方向测量需要满足以下要求：采用多测回全圆方向观测法对每测站 CPIII 控制点进行测量。同一测站的所有 CPIII制点可以一次或分组观测；在分组观测时要保证分组的零方向一致，且至少有一个 CPⅢ点在两组中均观测。两组中，重复观测的同一个 CPⅢ点其归零后的方向值较差应不大于 6″。

（四）内业数据处理

在自由设站CPⅢ测量中，测量时必须使用与全站仪能自动记录及计算的专用数据处理软件，采用软件必须通过铁道部相关部门正式鉴定。

观测数据存储之前，必须对观测数据的质量进行检核。包括如下内容：观测者、记录者、复核者签名；观测日期、天气等气象要素记录。检核方法可以采用手工或程序检核。观测数据经检核不满足要求时，及时提出重测，经检核无误并满足要求时，进行数据存储，提交给数据计算、平差处理。

数据计算、平差处理必须是经采用通过铁道部相关部门正式鉴定软件，在计算报告中要说明软件名称。自由设站点、CPⅢ点进行整体平差。平差计算时，要对各项精度作出评定。

参考文献：

[1]苏全利.论高速铁路测量网布设技术[J].铁道勘察，2010.6.

[2]夏季，应立军.高速铁路轨道精密工程测量[J].科技资讯，2010.18.

[3]卢建康.论我国高速铁路精密工程测量技术体系及特点[J].高速铁路技术，2010.1.