浅析高速铁路精密工程测量

　　摘要：要实现高速铁路轨道的高平顺性，除了对线下和轨道工程的设计施工等有特殊的要求外，必须建立一套与之相适应的精密工程测量体系。德国睿铁公司执行副总裁巴哈曼先生在总结无碴轨道铁路建设经验时说：要成功地建设无碴轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败。

　　关键字：平顺性；测量系统；精密工程测量；CPI；CPII；CPIII

　　中图分类号：U238文献标识码：A

　　一、概述

　　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，其平顺性要求非常高，轨道测量精度要求达到毫米级。测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。

　　高速铁路列车运行速度较高（200km/h～350km/h），为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，因此要求一是要严格按照设计的线型施工，即保持精确的几何线性参数，二是必须具有非常高的平顺性，精度要保持在毫米级的范围以内。

　　二、高速铁路无碴轨道铁路测量系统

　　１、坐标高程系统

　　高速铁路无碴轨道测量平面坐标系应采用工程独立坐标系统，并引入1954年北京坐标系/1980西安坐标系。边长投影在对应的线路设计平均高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。

　　高速铁路无碴轨道铁路工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准。

　　2、平面控制测量

　　⑴GPS测量精度

　　⑵导线测量精度

　　3、平面控制测量作业流程

　　⑴CPⅠ控制测量：一般在初测时完成，为高速铁路无碴轨道铁路工程提供平面基准。

　　⑵CPⅡ控制测量：一般在定测时完成，作为高速铁路无碴轨道铁路工程施工平面控制网。

　　⑶CPⅢ平面控制测量：在施工测量时施测，线下工程施工时作为施工加密平面控制网，铺设无碴轨道时作为无碴轨道铺设基桩控制网。

　　4、平面控制测量方法

　　⑴GPS基础平面控制网测量(CPⅠ)

　　GPS基础平面控制网（CPⅠ）主要为勘测设计、施工、运营维护提供坐标基准，按B级GPS网精度要求测量，全线（段）一次布网，统一测量，整体平差。GPS基础平面控制网（CPⅠ）沿线路每4km布设1对GPS点，GPS点间距不小于1000m，采用大地四边形或三角锁的形式构成整个CPⅠ网。

　　⑵CPⅡ控制网测量

　　CPⅡ网测量应在CPⅠ网的基础上采用四等导线或C级GPS测量方法施测。CPⅡ控制点的点间距以800～1000m为宜，离线路中线一般在50～100m，便于施工放线且不易破坏的范围内。

　　⑶CPIII边角交会网测量

　　该方法为德国建立无碴轨道铺设控制网采用的方法，称之为轨道设标网。其边角交会控制网形状如图所示：

　　每隔两个接触网柱建立一个测量点位；两个方向各瞄准3×2个永久标记点；每个永久标记点将被瞄准三次；最大的测量范围的距离约150m；仪器在每个方向测量两次；与CPⅡ控制点进行连接测量.

　　5、高程控制测量

　　⑴一般规定

　　高程控制测量分为勘测高程控制测量、水准基点高程测量、CPⅢ控制点高程测量。

　　高速铁路无碴轨道铁路高程控制网应按二等水准测量精度要求施测。在勘测阶段，不具备二等水准测量条件时，可分两阶段实施，即：勘测阶段按四等水准测量要求施测，线下工程施工完成后，全线再按二等水准测量要求建立水准基点控制网。

　　各级高程控制测量等级及布点要求如下表：

　　⑵水准测量的技术要求

　　①水准点布设原则

　　I、水准路线应尽量沿铁路线路布设，水准路线应构成附合路线或闭合环；每条铁路的水准路线必须构成一个整网，不能分为互不联系的小网进行测量。

　　II、水准点沿线路每2km应布设1个。在大桥、长隧的两端及重点工程地段应增设水准点。

　　III、水准点应选在沿线路方向离线路中线50～200m、稳固可靠且不易被施工破坏的范围内。以便于勘测、施工时所利用。

　　②水准点选点埋石

　　I、一般地区水准点埋设要求应按规定的要求进行埋设。

　　II、有岩层露头或岩层在地面下不深于1.5m的地点，应优先选择将水准点埋设在岩层上。

　　III、有房屋、纪念碑、塔、桥基、隧道边墙等坚固建筑物和坚固石崖处，可埋设墙脚水准标志。

　　IV、在特殊地区，还应根据测区的土质及环境条件制定标石的类型与埋深。

　　③水准观测

　　I、二等、精密水准水准测量采用单路线往返观测，同一区段的往返观测，应使用同一类型的仪器和转点尺承沿同一道路进行。四等水准测量可采用单路线往返观测或两组单程观测；采用光电测距三角高程测量时必须采用往返观测。

　　II、二等水准测量应进行往返观测，观测顺序如下：

　　往测：奇数站为后―前―前―后；偶数站为前―后―后―前

　　返测：奇数站为前―后―后―前；偶数站为后―前―前―后

　　⑶水准测量平差计算

　　水准测量作业结束后，应对外业观测水准路线闭合差、往返测较差进行检查，并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。各项指标满足要求后，采用严密平差计算。

　　三、施工阶段线下工程采用精密测量系统的测量方法

　　1、施工控制网复测

　　(1)复测的控制桩包括：全线CPⅠ控制点、CPⅡ控制点、水准点；

　　(2)复测的方法、使用的仪器和精度应符合相应等级的规定。

　　当复测结果与设计单位提供勘测结果不符时，应重新测量。复测结果与设计单位勘测成果的不符值在下列规定范围内时，应采用设计单位勘测成果。

　　(1)CPⅠ控制点的复测应满足X、Y坐标差值不大于±2cm的要求；

　　(2)CPⅡ控制点的复测应满足规定。

　　2、施工控制网加密

　　(1)平面采用导线测量时按五等导线进行加密.按CPⅢ控制点的要求进行选点、埋石。导线边长以200～300m为宜。

　　(2)采用GPS加密时，应按D级GPS控制测量的要求进行测量，按CPⅢ控制点的要求进行选点、埋石。边长以300～350m为宜。

　　(3)高程控制点加密按精密水准测量要求进行加密.点位尽量与加密的平面控制点共桩。

　　3、线路施工测量

　　(1)测量内容：直线控制桩、曲线控制桩、百米桩、中线桩。

　　(2)测量方法：采用全站仪极坐标法或GPSRTK测设。

　　4、路基施工测量

　　(1)测量内容：路堤路堑施工放样测量、地基加固工程施工放样、桩板结构路基施工放样。

　　(2)测量方法：地基加固范围施工放样和路堤路堑施工放样测量可在恢复中线的基础上采用横断面法、极坐标法或GPSRTK法施测。桩板结构路基平面控制测量应采用GPS测量、导线测量，桩板结构路基施工放样采用极坐标法测量.

　　5、桥梁施工测量

　　(1)桥梁施工平面、高程控制网测量：特大桥、复杂大桥，在CPⅠ或CPⅡ控制点下加密的桥梁控制网精度不能满足桥梁施工测量的精度要求时，应建立独立的桥梁控制网。

　　(2)桥梁墩台定位测量：岸上墩台中心点定位可直接利用桥中线两侧的墩旁控制点按光电测距极坐标法进行测量。水中桥墩基础采用水上作业平台施工时，用光电测距极坐标法或交会法进行墩中心点定位。使用方向交会法测设时，应至少选择三个方向进行交会。

　　6、隧道施工测量

　　(1)洞外控制测量。洞外平面控制测量宜结合隧道长度、平面线型、地形和环境等条件，采用GPS测量或导线测量。洞外高程控制测量应根据设计精度，结合地形情况、水准路线长度以及仪器设备条件，采用水准测量或光电测距三角高程测量。

　　(2)洞内控制测量。洞内平面控制网宜布设成多边形导线环，导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠的地方，点间视线应离开洞内设施0.2m以上。洞内高程控制点应每隔200～500m设置一对。

　　四、结论

　　无碴轨道铁路采用不同的结构形式、施工方法和施工组织，将会有不同的施工测量技术。研究适合我国高速铁路的施工及运营维护测量技术，是保障高速铁路铁路的安全运行的关键。因此在这里简单阐述了高速铁路精密工程测量的相关内容，希望能够提供给施工测量人员一定的帮助作用。

　　作者：杨永杰（1980-），男，工程师，先后从事水利水电工程、公路工程、铁路工程、市政工程施工技术管理工作。本文来自《光学精密工程》杂志