探究无碴轨道控制测量技术

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摘 要：随着交通运输业的蓬勃发展，我国已经进入高速铁路建设的快速发展时期，然而高速铁路的无碴轨道对线路稳定性和平顺性的要求极高，因此为保障高速铁路建设工程施工、放样和运营维护精度必须建立科学有效而又经济实用的精密测量控制网。本文首先分析无碴轨道精密工程测量体系的必要性，再对无碴轨道控制测量中需要注意的若干问题进行探究。

关键词：无碴轨道；控制；测量技术

前言

无碴轨道结构因具有稳定性好、轨道几何尺寸保持持久、维修工作量少、耐久性好，桥梁二期恒载小，降低隧道净空、减少开挖面积，综合经济效益高等优点，在国外客运专线上获得了越来越广泛的应用，其铺设范围已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区。无碴轨道结构的大量铺设已成为世界各国高速铁路的发展趋势。

1. 无碴轨道测量技术要求

无碴轨道是以钢筋混凝土或者沥青混凝土道床取代了有碴轨道的散粒体道碴床的整体轨式结构。为与目前的高速铁路建设相适应，提高高速行车时的平顺性和舒适性，高速铁路轨道对精度的控制必须严格，甚至达到毫米级别。同时因为无碴轨道施工后的不能调整性，高速铁路轨道控制网测量必须具备更严格的控制和提高测量精度。

2.无碴轨道工程测量的特点

高速铁路精密工程测量是相对于传统的铁路工程测量而言，为了保证铁路非常高的平顺性，轨道测量精度要达到毫米级。其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。

2.1确定了平面控制测量分三级布网的布设原则

第一级：基础平面控制网（CPⅠ），为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级：线路控制网（CPⅡ），为勘测和施工提供控制基准；

第三级：基桩控制网/施工加密网（CPⅢ），为线下工程、无碴轨道施工和运营维护提供控制基准。

2.2确定了“三网合一”的测量体系

铁路测量平面高程控制按照施工目的、时间以及作用不同可分为施工控制网、运营维护控制网以及勘测控制网，合称为三网。精密工程测量体系的构建实现了三网坐标高程系统的统一，统一了三网的起算基准以及测量的精度。

2.3确定了绝对定位以及相对定位相结合的铺轨测量模式

采用相对定位的方法可以有效的解决轨道短波不平顺的问题，但却不适用于长波的不平顺性。高速铁路其轨道曲线弯道较长，半径较大，仅采用相对定位，而不运用坐标进行绝对控制则很难使轨道线型达到设计要求。例如以一半径为2800m的弯道为例，曲线外矢距F=C?/8R，式中C为弦长，R为半径。铺轨时若按10m弦长3mm的轨向偏差（即用20m弦长的外矢距偏差）的轨向偏差来控制曲线，则：当轨向偏差为0时，R=2800m；当轨向偏差为+3mm时，R=2397m；当轨向偏差为-3mm时，R=3365m。

2.4提出了平面测量独立坐标系

高速铁路无碴轨道在施工过程中必须首先满足尺度的统一，坐标反算的边长值要与现场的实测值相同。但是由于地球是椭球曲面，当曲面几何图形投影到平面上时，则其形状必然会发生一定变形。如果运用3°带投影的坐标系统，当边长投影的变形量超过340mm/km，，其测量精度远超过全站仪的精度，会严重影响无碴轨道的施工。因此，高速铁路测量网必须采用独立工程坐标系，使边长投影的变形量控制在10mm/km以内。

3.无碴轨道控制测量中需注意的问题

3.1基础平面控制网（CPI）

3.1.1CPI点位的选取要求

（1）点位应便于安置GPS接收机。点位周围视野开阔，在地面高度角15°内不应有成片的障碍物，便于GPS卫星信号的接收；

（2）离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等）的距离不小于400m，离高压输电线距离不得小于200m；

（3）附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体（如金属广告牌等），尽量避开大面积水域；

（4）点位应选在稳定、牢固、不易破坏且容易寻找、交通方便、利于安全碴业的地方。

3.1.2基础平面控制点（CPI）施测

（1）仪器：采用双频GPS接收机；

（2）CPI应与沿线不低于国家二等三角点或GPS点联测，每50km左右联测一个国家三角点。全线联测国家三角点的总数不得少于3个。

3.1.3GPS网平差及坐标转换

数据后处理采用通用的商业软件或随机数据处理软件进行平差计算：

（1）采用GPS基线的双差固定解进行GPS基线网平差；

（2）在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，并把WGS-84的三维坐标转换为工程独立平面坐标；

（3）采用一个已知点和一个己知方向进行坐标转换，并引入相应的平面坐标系；

（4）为保证GPS测量的高精度性，坐标转换前，检查联测三角点的精度，确认至少满足C级控制点精度后方可采用。

3.2线路控制网（CPII）

CPII在基础平面控制网（CPI）上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制和无碴轨道施I阶段基桩控制网起闭的基准。

CPII网在CPI网的基础上采用四等导线或C级GPS网施测，点间距800～1000m，离线路50m～100m左右，CPII控制点位尽可能选在铁路用地界内、不易被破坏的范围内；当与水准点共用时，应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方，并按规定埋石。所有CPII控制点均在现场填写点位说明，必要时丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，碴好点之记。

在线路勘测设计起、终点及不同单位测量衔接地段，联测2个以上CPII控制点碴为共用点，并在测量成果中反映出相互关系。CPII控制点应有良好的对空通视条件，相邻点之间应通视，特别困难地区至少有一个通视点，以满足放线或施I测量的需要。

3.3基桩控制网（CPIII）

CPIII为沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPI）或线路控制网（CPII），一般在线下工程施工完成后施测，为铺设无碴轨道和运营维护提供控制基准。CPIII测量应按导线测量或后方交会法施测，控制点的布设应兼顾施工及运营维护要求，埋点应设置在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方，并应防冻、防沉降和抗移动，控制点标识清晰、齐全、便于准确识别和使用。

3.4高程控制测量

勘测高程控制测量应与高一级的国家水准点联测。四等水准测量一般30km联测一次，困难条件下不应大于80km；二等水准测量一般150km联测一次，困难条件下不应大于400km并形成附合水准路线。高速铁路无碴轨道与另一铁路连接时，应确定两铁路高程系统的关系。水准路线应沿线路敷设。

4.总结语

高速铁路无碴轨道测量控制网的建立，克服了我国传统铁路测量方法采用定测中线控制桩碴为联系铁路勘测设计与施工维护所带来的测量精度低、坐标系统不统一的缺点，使得我国铁路测量工作更加规范化和系统化。精密测量贯穿高速铁路无碴轨道铁路勘测设计、施工和运营维护的全过程，对保证轨道的高平顺性、高精度起着非常重要的作用。

参考文献：

[1]王兆祥，铁道工程测量[M]，中国铁道出版社，2003.

[2]朱颖，客运专线无碴轨道铁路工程测量技术[M]，中国铁道出版社，2009.