鄭西客專精密控制測(cè)量介紹

新建鐵路鄭州-西安客運(yùn)專線無砟軌道精密測(cè)量控制網(wǎng)介紹武瑞宏中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司1.鐵路工程測(cè)量技術(shù)的回顧與發(fā)展2.高鐵測(cè)量的測(cè)量技術(shù)及測(cè)量設(shè)備3.精測(cè)網(wǎng)建立的必要性及精測(cè)網(wǎng)的新概念4.鄭西精密測(cè)量控制網(wǎng)的實(shí)施方案5.鄭西高速鐵路精測(cè)網(wǎng)的復(fù)測(cè)與維護(hù)6.結(jié)束語1.鐵路工程測(cè)量技術(shù)的回顧與發(fā)展1.1傳統(tǒng)的鐵路工程測(cè)量的特點(diǎn)普速鐵路運(yùn)行速度不高，對(duì)軌道的平順性要求也低，鐵路工程測(cè)量也僅是為了滿足線下工程施工控制的要求，鋪設(shè)軌道時(shí)是以線下工程的施工現(xiàn)狀采用相對(duì)定位來進(jìn)行的。作業(yè)簡(jiǎn)單、外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、技術(shù)含量不高、測(cè)量精度低

鐵路測(cè)量的平面控制就是初測(cè)導(dǎo)線，在GPS儀器出現(xiàn)以前采用經(jīng)緯儀等儀器測(cè)量，高程控制就是基平，一般采用水準(zhǔn)儀和塔尺測(cè)量，在國(guó)家高程測(cè)量精度系列中屬于等外。測(cè)角、量邊、量高、記錄等外業(yè)工作占測(cè)量總量的90%以上，導(dǎo)線及中線測(cè)量的邊長(zhǎng)丈量費(fèi)力費(fèi)時(shí)，外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)含量不高，測(cè)量精度低。

測(cè)量數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單測(cè)量數(shù)據(jù)處理一般不平差或只是做近似平差，內(nèi)業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，鐵路工程無絕對(duì)定位，僅方向控制，相對(duì)定位，鐵路測(cè)量與國(guó)家坐標(biāo)框架基本不發(fā)生關(guān)系，初測(cè)導(dǎo)線與國(guó)家點(diǎn)閉合僅僅是為了控制方向，為了檢查測(cè)量粗差。因?yàn)楣こ涕_通之后，行車速度往往小于設(shè)計(jì)速度，軌道平順性靠整道來保證，與測(cè)量精度沒有明顯關(guān)系。有固定測(cè)量模式，無需進(jìn)行精度設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)

鐵路測(cè)量無論是控制測(cè)量還是中線測(cè)量都有固定模式，無需進(jìn)行精度和方案設(shè)計(jì)。

由于上述原因，鐵路測(cè)量給人的印象是技術(shù)含量低、工作辛苦，與其它專業(yè)相比，對(duì)工程質(zhì)量的影響較小，從事測(cè)量工作的人員無需太多的測(cè)量專業(yè)知識(shí)。測(cè)量?jī)x器設(shè)備的發(fā)展推動(dòng)了鐵路工程測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步

在九十年代以后，隨著全站儀、電子水準(zhǔn)儀、GPS衛(wèi)星定位測(cè)量等測(cè)量設(shè)備的發(fā)展，所有測(cè)量均采用了電子記錄，外業(yè)操作簡(jiǎn)單，外業(yè)工作強(qiáng)度大大降低，測(cè)量精度大幅度提高；鐵路工程均采用國(guó)家大地坐標(biāo)框架，更加科學(xué)。無砟軌道工程的建設(shè)推動(dòng)了鐵路工程測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步

我國(guó)高速鐵路工程測(cè)量技術(shù)體系是伴隨著我國(guó)高速鐵路無砟軌道工程的建設(shè)而逐步建立并完善的。2004年，我國(guó)在西南的遂渝線開展了無砟軌道鐵路工程測(cè)量技術(shù)的研究，并建立了遂渝線無砟軌道綜合試驗(yàn)段精密工程測(cè)量控制網(wǎng)。

1.2鐵路工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

2006年，伴隨著京津城際、鄭西、武廣無砟軌道鐵路的全面開工建設(shè)，原有的鐵路測(cè)量體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已不能適應(yīng)高鐵無砟軌道建設(shè)的要求，為了適應(yīng)我國(guó)高鐵無砟軌道建設(shè)的形勢(shì)，在鐵道部建設(shè)司和經(jīng)規(guī)院主持下編制完成了《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定》，并于2006年10月16日發(fā)布實(shí)施，初步形成了我國(guó)高鐵精密工程測(cè)量的技術(shù)體系。2008年開始在暫規(guī)的基礎(chǔ)上，以近年來高鐵工程測(cè)量的科研成果為支撐，總結(jié)京津、鄭西、武廣等高鐵的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，于2009年8月編制完成了《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》并于12月1日發(fā)布實(shí)施，形成了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高鐵工程測(cè)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

高鐵的測(cè)控方法、測(cè)量精度與傳統(tǒng)的鐵路工程測(cè)量的技術(shù)完全不同，把適合于高鐵工程測(cè)量的技術(shù)稱為高速鐵路精密工程測(cè)量，把高鐵測(cè)量中的各級(jí)平面高程控制網(wǎng)稱為高鐵精密測(cè)量控制網(wǎng)，簡(jiǎn)稱“精測(cè)網(wǎng)”。

要了解高鐵測(cè)量，必須要了解測(cè)量的新技術(shù)和新設(shè)備。2.1GPS衛(wèi)星定位測(cè)量技術(shù)目前世界上已經(jīng)運(yùn)行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括美國(guó)GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS等系統(tǒng)，我國(guó)也于2000年開始建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到2020年左右將形成全球覆蓋能力，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。

衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的。它是利用高空中的GPS衛(wèi)星，向地面發(fā)射載頻無線電測(cè)距信號(hào)，由地面上用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收，并計(jì)算出接收機(jī)天線所在的位置。2.高鐵測(cè)量的測(cè)量技術(shù)及測(cè)量設(shè)備

GPS定位系統(tǒng)是由以下三個(gè)部分組成：

GPS衛(wèi)星星座（空間部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）:

由24顆（3顆備用）工作衛(wèi)星組成

軌道面數(shù)量：6個(gè)

平均軌道高度：20200km

軌道傾角：55

軌道周期：11h58min

軌道特性：保證任何時(shí)間、截止高度角15°時(shí)，能同時(shí)觀測(cè)4至11顆衛(wèi)星，每一個(gè)測(cè)站上每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖相同，只是每天提前4分鐘。地面監(jiān)控系統(tǒng)（GroundSegment）組成主控站：1個(gè)監(jiān)測(cè)站：5個(gè)注入站：3個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)（GroundSegment）主控站管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作編算廣播星歷－軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)等調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)調(diào)度衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤觀測(cè)記錄氣象數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)傳送到主控站注入站向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文和指令等通訊與輔助系統(tǒng)負(fù)責(zé)各部分間的通訊及數(shù)據(jù)傳送接收設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)其它儀器設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分)

相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來說，GPS測(cè)量的主要特點(diǎn)如下：全球覆蓋：地球上任一地點(diǎn)均可以觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星。定位精度高：在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1~2×10-6，而在100km~500km的基線上可達(dá)10-6~10-7。觀測(cè)時(shí)間短：利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為1~3小時(shí)。為了進(jìn)一步縮短觀測(cè)時(shí)間，提高作業(yè)速度，近年來發(fā)展的短基線快速相對(duì)定位法，其觀測(cè)時(shí)間僅需數(shù)分鐘。操作簡(jiǎn)便，測(cè)量的自動(dòng)化程度高：測(cè)量員只需安置并開關(guān)儀器，量取儀器高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其它觀測(cè)工作，如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。全天候作業(yè)：不受風(fēng)雨等天氣狀況的影響。觀測(cè)站之間無需通視：對(duì)于隧道洞外等工程測(cè)量來說極大的減少了測(cè)量的工作量。

GPS在鐵路勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工的應(yīng)用：

各等級(jí)平面控制網(wǎng)的建立:采用的靜態(tài)定位或快速靜態(tài)定位技術(shù)。

勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的中線測(cè)量、橫斷面測(cè)量等工作中：采用的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）測(cè)量技術(shù)。

在高鐵精測(cè)網(wǎng)測(cè)量中主要用在框架控制網(wǎng)（CP0）、基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPI）、路基和橋梁段的線路平面控制網(wǎng)（CPII）的建網(wǎng)工作中。2.2全站儀測(cè)量

全站儀是由電子測(cè)角、電子測(cè)距、計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等單元組成的，能自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果、與外圍設(shè)備交換信息的多功能三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，全站儀是現(xiàn)代測(cè)量工作尤其是鐵路線路平面位置數(shù)據(jù)采集的主要儀器之一。隨著光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)在全站儀中的應(yīng)用，全站儀逐步向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。比如高鐵測(cè)量中常用Leica公司的TCA系列，Trimble公司的S6、S8系列等測(cè)量機(jī)器人，這些設(shè)備具有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、目標(biāo)智能識(shí)別、目標(biāo)自動(dòng)搜尋、照準(zhǔn)和測(cè)量、自動(dòng)限差檢核和數(shù)據(jù)記錄、高可靠性和穩(wěn)定性以及開放的良好二次開發(fā)環(huán)境。全站儀在鐵路勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工的應(yīng)用：勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的中線測(cè)量、橫斷面測(cè)量、地形圖測(cè)繪等工作中。

施工階段的構(gòu)筑物放樣、隧道洞內(nèi)的施工測(cè)量等工作中。

其中：Leica的TCA系列，Trimble的S6、S8系列等測(cè)量機(jī)器人主要應(yīng)用在隧道內(nèi)CPII線路控制網(wǎng)的建立、CPIII軌道控制網(wǎng)的建立、軌道板的粗調(diào)和精調(diào)測(cè)量、軌檢小車的檢測(cè)和維護(hù)測(cè)量中。2.3電子水準(zhǔn)儀(digitallevel)用于自動(dòng)化水準(zhǔn)測(cè)量的儀器，它采用CCD陣列傳感器獲取編碼水準(zhǔn)尺的圖像，依據(jù)圖像處理技術(shù)來獲取水準(zhǔn)標(biāo)尺的讀數(shù)，標(biāo)尺圖像處理及其處理結(jié)果的顯示均由儀器內(nèi)置計(jì)算機(jī)完成。電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)：速度快：水準(zhǔn)儀自動(dòng)探測(cè)讀數(shù)、記錄和檢核，不用人工觀測(cè)。精度高：圖像處理技術(shù)自動(dòng)判別讀數(shù)，免除了觀測(cè)員人工夾準(zhǔn)分劃和讀數(shù)誤差的影響。儀器重量輕，操作簡(jiǎn)便，減輕作業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度。易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化：數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄卡或內(nèi)存中，及時(shí)檢核，按規(guī)定格式輸出，便于在計(jì)算機(jī)上處理，形成自動(dòng)流程，不僅大大提高了工作效率，而且避免了由于人工記錄、計(jì)算出現(xiàn)的差錯(cuò)。電子水準(zhǔn)儀在鐵路勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工的應(yīng)用：

普遍應(yīng)用在各等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量中；應(yīng)用于高鐵線路水準(zhǔn)基點(diǎn)測(cè)量中、CPIII軌道控制網(wǎng)的高程測(cè)量中、沉降變形監(jiān)測(cè)等工作中。

3.精測(cè)網(wǎng)建立的必要性及精測(cè)網(wǎng)的新概念3.1精測(cè)網(wǎng)建立的必要性

由于過去鐵路建設(shè)的速度目標(biāo)值較低，對(duì)軌道平順性要求不高，在勘測(cè)、施工中沒有要求建立一套適于勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的完整的控制測(cè)量系統(tǒng)，各等級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量精度主要是為滿足線下工程的施工控制要求而制定的，沒有考慮到軌道施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)的精度要求，軌道的鋪設(shè)不是以控制網(wǎng)為基準(zhǔn)按設(shè)計(jì)坐標(biāo)定位，而是按線下工程的施工現(xiàn)狀采用相對(duì)定位進(jìn)行鋪設(shè)，從而導(dǎo)致軌道參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相差甚遠(yuǎn)，傳統(tǒng)的鐵路測(cè)量規(guī)范及體系已不能滿足我國(guó)時(shí)速大于200km的鐵路建設(shè)要求。德國(guó)睿鐵公司（RailOne）執(zhí)行副總裁巴哈曼先生在總結(jié)無碴軌道鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)時(shí)說：要成功地建設(shè)高速鐵路，就必須有一套完整、高效且非常精確的測(cè)量系統(tǒng)——否則必定失敗。這句話也充分說明了精密工程控制測(cè)量在無碴軌道工程建設(shè)中的重要作用。

精測(cè)網(wǎng)建立的目的是通過建立各級(jí)平面高程控制網(wǎng)，并在其控制下，實(shí)現(xiàn)線下工程按設(shè)計(jì)線形準(zhǔn)確施工和保證軌道鋪設(shè)的精度，滿足列車高速、安全行駛。

高速鐵路列車行駛速度高（250~350km/h),為了達(dá)到在高速行駛條件下，旅客列車的安全性和舒適性，要求：線路嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的線型進(jìn)行施工，即保持精確的幾何線形參數(shù)；軌道必須具有非常高的平順性，精度要保持在mm級(jí)的范圍以內(nèi)。

高鐵的各等級(jí)平面和高程控制網(wǎng)的精度就是根據(jù)線下工程和軌道鋪設(shè)的精度要求設(shè)計(jì)的。3.2精測(cè)網(wǎng)建立的目的

3.3高速鐵路精密工程測(cè)量的新概念鐵路工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)----高速鐵路工程測(cè)量平面坐標(biāo)系對(duì)投影變形值進(jìn)行了明確要求，邊長(zhǎng)投影在對(duì)應(yīng)的線路軌道設(shè)計(jì)高程面上，投影長(zhǎng)度的變形值不大于10mm/km。地球橢球體表面是曲面，而地圖通常是要繪制在平面圖紙上，就需采用地圖投影（我國(guó)國(guó)家坐標(biāo)系采用高斯投影）的方法來建立平面上的點(diǎn)和地球表面上的點(diǎn)關(guān)系。

在實(shí)際的施工過程中，設(shè)實(shí)地測(cè)得兩點(diǎn)間的平距為S，用平面直角坐標(biāo)反算求得兩點(diǎn)間的距離D，二者之差為△S，即為長(zhǎng)度變形，△S通常是不為零的。它是實(shí)測(cè)距離投影至參考橢球面的長(zhǎng)度變形(也稱高程歸化的變形)和參考橢球面投影到高斯平面的長(zhǎng)度變形（也稱高斯投影變形）的代數(shù)和。

傳統(tǒng)的鐵路工程測(cè)量采用國(guó)家3度帶投影的坐標(biāo)系統(tǒng)（抵償面為0），在投影帶的邊緣的邊長(zhǎng)投影變形值達(dá)到340mm/km,這對(duì)無砟軌道的鋪設(shè)非常不利，對(duì)工程施工影響呈系統(tǒng)性。

根據(jù)長(zhǎng)度綜合變形的理論分析可知，對(duì)于高鐵要求投影變形小于10mm/km的要求，可通過選取最佳抵償高程面及中央子午線并限值帶寬來進(jìn)行分帶投影來減少長(zhǎng)度變形，使其滿足工程設(shè)計(jì)的規(guī)范限差要求。三網(wǎng)合一----高速鐵路工程測(cè)量的平面、高程控制網(wǎng)，按施測(cè)階段、施測(cè)目的及功能可分為勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)。為了保證勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段平面測(cè)量成果的一致性，應(yīng)該做到三網(wǎng)合一。高鐵各階段平面控制測(cè)量就是以框架控制網(wǎng)（CP0）為起算基準(zhǔn)，高程控制測(cè)量應(yīng)以線路二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)為起算基準(zhǔn)。傳統(tǒng)的鐵路測(cè)量在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段建立控制網(wǎng)，在線下工程施工時(shí)延續(xù)使用，鋪軌時(shí)根據(jù)與線下工程的相對(duì)關(guān)系來進(jìn)行鋪設(shè)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)也僅僅為保持軌道的相對(duì)平順。高鐵在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段建立平面和高程精測(cè)網(wǎng)，一直要延續(xù)用到施工、竣工驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)維護(hù)測(cè)量的全過程。

在三網(wǎng)合一的基礎(chǔ)上，線路及其附屬建筑物的里程和坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，每一個(gè)里程只有一個(gè)唯一的坐標(biāo)，使施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)能夠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的線型進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)，保證軌道的平順性，同時(shí)也為工務(wù)管理信息化和構(gòu)建數(shù)字化鐵路創(chuàng)造了條件，三網(wǎng)合一是高鐵工程測(cè)量技術(shù)體系的基礎(chǔ)和核心。絕對(duì)定位與相對(duì)定位測(cè)量相結(jié)合的鋪軌測(cè)量定位模式----原有的測(cè)量規(guī)范指標(biāo)是為滿足線下工程的施工控制要求而制定的，沒有考慮軌道施工對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)的要求。軌道的鋪設(shè)是按照線下工程的施工現(xiàn)狀，采用相對(duì)定位的方法進(jìn)行鋪設(shè)，即軌道的鋪設(shè)是按20m弦長(zhǎng)的外矢距來控制軌道的平順性的，沒有采用坐標(biāo)對(duì)軌道進(jìn)行絕對(duì)定位。相對(duì)定位的方法能很好的解決軌道的短波不平順性，而對(duì)軌道的長(zhǎng)波的平順性無法解決。鄭西線采用的測(cè)量體系采用相對(duì)控制與坐標(biāo)絕對(duì)控制相結(jié)合的方法來控制軌道鋪設(shè)。精測(cè)網(wǎng)----高速鐵路工程測(cè)量平面控制網(wǎng)應(yīng)按分級(jí)布網(wǎng)的原則建立，最新的高鐵測(cè)量規(guī)范平面控制網(wǎng)分四級(jí)布設(shè)，首級(jí)為框架控制網(wǎng)（CP0），第二級(jí)為基礎(chǔ)控制網(wǎng)（CPⅠ），第三級(jí)為線路平面控制網(wǎng)（CPⅡ），第四級(jí)為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）；高程控制網(wǎng)分兩級(jí)布設(shè)，首級(jí)為二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)，次級(jí)為CPIII精密水準(zhǔn)控制網(wǎng)。4.鄭西精密測(cè)量控制網(wǎng)的實(shí)施

在我國(guó)高速鐵路建設(shè)初期，測(cè)量控制網(wǎng)均參照《京滬高速鐵路測(cè)量暫行規(guī)定》建立，與無砟軌道客運(yùn)專線建設(shè)要求有一定差距，精度不足的問題在施工過程中逐漸顯露出來，直接影響到在建客運(yùn)專線的施工，為此鐵道部工管中心于2006年9月下發(fā)鐵路電報(bào)《關(guān)于保證無碴軌道控制測(cè)量的通知》，要求京津、武廣、鄭西、京滬、哈大、石太等客運(yùn)專線公司組織實(shí)施精密測(cè)量控制網(wǎng)的建立，對(duì)已開工項(xiàng)目立即進(jìn)行施工調(diào)查，查明施工測(cè)量現(xiàn)狀，對(duì)已完工工程作出評(píng)估，提出處理意見，對(duì)于未開工工程應(yīng)有可靠的控制測(cè)量措施，避免測(cè)量偏差延續(xù)和擴(kuò)大，造成工程質(zhì)量事故；未開工項(xiàng)目嚴(yán)格按照無砟軌道精度要求設(shè)計(jì)控制測(cè)量方案，開展控制測(cè)量工作。

鄭西公司隨即組織了鐵一、二、四院編制測(cè)量方案并開展全線的精密測(cè)量控制網(wǎng)的實(shí)施，實(shí)施時(shí)間為2006年10月8日-11月11日，精測(cè)網(wǎng)實(shí)施完畢，對(duì)在建的線下工程進(jìn)行了評(píng)估，一院設(shè)計(jì)范圍內(nèi)經(jīng)過評(píng)估認(rèn)為已建工程橫向、縱向偏差均滿足要求，線路平面、縱斷面保持不變，可以安全啟用精密控制網(wǎng)成果。第一級(jí)為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）：沿線路每4km布設(shè)一對(duì)點(diǎn)，每對(duì)點(diǎn)間距大于800m，按二等GPS網(wǎng)技術(shù)要求施測(cè)，一般在設(shè)計(jì)的初測(cè)階段建立，是線路的坐標(biāo)起算基準(zhǔn)。第二級(jí)為線路平面控制網(wǎng)（CPⅡ）：在CPI基礎(chǔ)上沿線路每800m布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，按三等GPS網(wǎng)技術(shù)要求施測(cè)，一般在設(shè)計(jì)的定測(cè)階段建立，是勘測(cè)、施工階段的線路測(cè)量和CPIII軌道控制網(wǎng)測(cè)量的平面起閉的基準(zhǔn)。第三級(jí)為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）：按每60m一對(duì)布設(shè)，采用自由測(cè)站邊角交會(huì)法施測(cè)，一般在線下工程施工完畢后進(jìn)行施測(cè)，是軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的基準(zhǔn)?？刂凭W(wǎng)級(jí)別測(cè)量方法測(cè)量等級(jí)點(diǎn)間距備注CPⅠGPSB級(jí)≥1000m≤4km一對(duì)點(diǎn)CPⅡGPSC級(jí)800～1000m導(dǎo)線四等CPⅢ導(dǎo)線五等150～200m后方交會(huì)50～70m4.1平面控制網(wǎng)實(shí)施方案鄭西高鐵平面控制網(wǎng)分三級(jí)布設(shè)：各級(jí)平面控制網(wǎng)布網(wǎng)要求

高鐵工程測(cè)量精度要求高，施工中要求由坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值盡量一致，因此高鐵工程必須采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，把邊長(zhǎng)投影變形值限制在一定范圍內(nèi)以滿足施工測(cè)量的要求。理論和實(shí)踐證明，在滿足邊長(zhǎng)投影長(zhǎng)度變形值不大于10mm/km的條件下，CPIII觀測(cè)距離不需進(jìn)行投影改化進(jìn)行平差計(jì)算就能滿足CPIII控制網(wǎng)的精度要求。

參考國(guó)外高鐵測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇應(yīng)滿足如下要求：

⑴邊長(zhǎng)投影在對(duì)應(yīng)的線路設(shè)計(jì)平均高程面上(軌面高程)

⑵投影長(zhǎng)度的變形值不大于10mm/km。

4.1.1平面坐標(biāo)系統(tǒng)選擇鄭西豫陜省界至咸陽西平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系基本橢球參數(shù)，選定合適的中央子午線及抵償面高程并限制帶寬，使邊長(zhǎng)投影長(zhǎng)度變形值全部滿足在軌面高程上變形值不大于10mm/km，投影換帶位置設(shè)計(jì)在直線上，相鄰帶重疊處的邊長(zhǎng)相對(duì)較差在1/11萬～1/524萬，能夠很好地保證相鄰帶放樣同一點(diǎn)位的一致性，滿足了無碴軌道施工測(cè)量的要求，具體分帶參數(shù)如下：CPI、CPII控制點(diǎn)標(biāo)志均采用直徑20mm長(zhǎng)30mm的不銹鋼材料，下部采用普通倒T字型鋼筋焊接而成,其頂部為圓球形并刻0.5mm深的十字分劃絲，便于平面點(diǎn)和高程點(diǎn)共用；在橋梁或隧道內(nèi)上加密CPII時(shí)，下部焊接一字型鋼筋。

CPI、CPII均采用大尺寸預(yù)制混凝土樁，埋設(shè)在凍土下0.3m,埋設(shè)深度為1.4m，上部設(shè)置保護(hù)井，便于樁橛的保護(hù)。4.1.2CPI、CPII標(biāo)志及樁橛

4.1.3CPI、CPII施測(cè)及數(shù)據(jù)處理4.1.3.1施測(cè)橋梁和路基的CPI、CPII施測(cè)全部采用GPS靜態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行，GPS隧道內(nèi)的CPII施測(cè)采用全站儀進(jìn)行施測(cè)。已經(jīng)開通運(yùn)營(yíng)的鄭西高鐵西安局管段內(nèi)均為橋梁和路基，測(cè)量采用GPS靜態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行。

等

級(jí)項(xiàng)

目CPI(二等)CPII(三等)靜態(tài)測(cè)量衛(wèi)星截止高度角（°）≥15≥15同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4≥4有效時(shí)段長(zhǎng)度（min）≥90≥60觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥21～2數(shù)據(jù)采樣間隔（s）10～6010～60接收機(jī)類型雙頻雙頻PDOP或GDOP≤6≤8CPI、CPIIGPS網(wǎng)施測(cè)基本技術(shù)要求

CPI按二等GPS網(wǎng)等級(jí)施測(cè)，施測(cè)兩個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段90分鐘，CPII按三等GPS網(wǎng)等級(jí)施測(cè)，施測(cè)兩個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段60分鐘，

右圖為GPS施測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)照片。

CPI聯(lián)測(cè)網(wǎng)圖CPII聯(lián)測(cè)網(wǎng)圖4.1.3.2CPI、CPII網(wǎng)數(shù)據(jù)處理GPS施測(cè)數(shù)據(jù)的基線處理采用徠卡LGO軟件，解算時(shí)按下表要求進(jìn)行基線質(zhì)量檢驗(yàn)，超限時(shí)需要分析原因，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。CPI網(wǎng)平差處理采用鄭西全線控制網(wǎng)整體平差方案，即一、二、四院各自解算CPI網(wǎng)基線然后整體進(jìn)行平差，平面控制網(wǎng)利用一點(diǎn)一方向約束平差法，保持了GPS控制網(wǎng)內(nèi)符合精度高的特點(diǎn)，保證了控制網(wǎng)相對(duì)位置的高精度。CPII網(wǎng)由各院各自解算基線，采用CPI網(wǎng)的成果進(jìn)行約束平差。無約束平差中，GPS基線分量的改正數(shù)絕對(duì)值應(yīng)滿足下式：

約束平差的基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線改正數(shù)的較差應(yīng)滿足下式：CPI和CPIIGPS網(wǎng)平差結(jié)果應(yīng)滿足下標(biāo)規(guī)定的精度指標(biāo):控制網(wǎng)級(jí)別基線邊方向中誤差最弱邊相對(duì)中誤差CPⅠ≤1.3″1/170000CPⅡ≤1.7″1/100000網(wǎng)平差完畢，采用鐵一院編制的“勘測(cè)坐標(biāo)計(jì)算”軟件采用設(shè)計(jì)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行投影換帶，并分帶提交成果。4.1.4CPIII軌道控制網(wǎng)軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）是在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPI）和線路控制網(wǎng)（CPII）的基礎(chǔ)上發(fā)展的為鋪設(shè)無砟軌道提供控制基礎(chǔ)的第三級(jí)控制網(wǎng),同時(shí)也是運(yùn)營(yíng)階段直接服務(wù)于軌道平順性維護(hù)的控制網(wǎng)。軌道控制網(wǎng)的特點(diǎn)：控制點(diǎn)數(shù)量眾多。沿線路方向通常每公里有16對(duì)即32個(gè)控制點(diǎn)；精度要求高。每個(gè)控制點(diǎn)與相鄰5個(gè)控制點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差均要求小于1mm；控制的范圍長(zhǎng)，線路有多長(zhǎng)，控制網(wǎng)的長(zhǎng)度就有多長(zhǎng)；是一個(gè)平面位置和高程位置共點(diǎn)的三維控制網(wǎng)，其平面和高程是分開測(cè)量后合并形成共點(diǎn)的三維網(wǎng)，但其使用時(shí)卻是平面和高程同時(shí)使用的；CPⅢ測(cè)量標(biāo)志通常由永久性的預(yù)埋件、平面測(cè)量桿、高程測(cè)量桿和精密棱鏡組成；

4.1.4.1CPIII測(cè)量標(biāo)志對(duì)于線路上左右相對(duì)應(yīng)的每個(gè)測(cè)站標(biāo)志，必須鉆孔并配有墻體（或臨時(shí)標(biāo)桿體）嵌入螺栓。一般采用工廠精加工部件，用不易生銹及腐蝕的金屬材料制作，有帶支架的反射鏡、軌道標(biāo)記銷釘、標(biāo)記點(diǎn)錨固螺栓、栓孔保護(hù)銷釘（塑料）等。右上圖中，點(diǎn)位位置為軌道標(biāo)記螺栓前緣的中心點(diǎn)；高程位置為軌道標(biāo)記螺栓前緣的上側(cè)。

CPⅢ軌道標(biāo)記螺栓實(shí)物圖CPⅢ螺栓實(shí)物圖測(cè)點(diǎn)均強(qiáng)制對(duì)中，測(cè)點(diǎn)標(biāo)志要求具有互換性和重復(fù)安裝性，三維互換性和重復(fù)安裝性誤差要求小于0.3mm；其主要布設(shè)特點(diǎn)為：CPⅢ網(wǎng)控制點(diǎn)沿線路兩側(cè)每間隔約60米布設(shè)一對(duì)點(diǎn)，兩側(cè)相對(duì)的兩點(diǎn)之間允許的最大里程差不超過1米；CPⅢ網(wǎng)控制點(diǎn)主要布設(shè)在接觸網(wǎng)桿（無接觸網(wǎng)桿時(shí)先在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)上設(shè)立輔助立柱）、隧道邊墻、橋梁防撞墻上。在邊墻、防撞墻或立柱上鉆孔的時(shí)候，孔口要比孔底高出2-3毫米，用化學(xué)凝固劑錨固帶內(nèi)螺紋的錨栓。圖右為鄭西高鐵采用的CPIII專用測(cè)量棱鏡，每套棱鏡7000元左右，價(jià)格較高，安置棱鏡較為繁瑣，且與其它高鐵使用的棱鏡以及常規(guī)全站儀配套的棱鏡不通用。為此，我院研制了安置棱鏡更為簡(jiǎn)單的配套的螺栓、連接件，且棱鏡采用與全站儀配套的通用棱鏡，使用起來更加便利。

高鐵CPIII網(wǎng)標(biāo)志一般在路基段（輔助立柱）、隧道段、橋梁段的布設(shè)分別見下圖左、中、右，鄭西高鐵的CPIII標(biāo)志在路基段和隧道段同下圖左、中，橋梁段的標(biāo)志與下圖右稍有區(qū)別，安置在防撞墻內(nèi)側(cè)，離頂部10cm。4.1.4.2CPIII平面施測(cè)儀器CPⅢ控制網(wǎng)平面測(cè)量的儀器均采用高精度和自動(dòng)化程度高的電子測(cè)量?jī)x器。其平面網(wǎng)測(cè)量要求全站儀具有電子驅(qū)動(dòng)、目標(biāo)自動(dòng)搜索和操作系統(tǒng)功能的測(cè)量機(jī)器人（如LeicaTCA2003和TCRA1201、TrimbleS6和S8系列全站儀等）。4.1.4.3CPIII平面施測(cè)CPⅢ平面控制網(wǎng)利用全站儀采用自由設(shè)站邊角聯(lián)合的觀測(cè)方法，即：采用全站儀自由設(shè)站，對(duì)相鄰的多個(gè)CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)量包含：水平方向值、豎直角、斜距，采用多測(cè)回法施測(cè)。對(duì)于相鄰測(cè)站，將重復(fù)觀測(cè)多個(gè)CPⅢ點(diǎn)，以保證CPⅢ點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)間的強(qiáng)相關(guān)性，從而使CPⅢ點(diǎn)之間達(dá)到很高的相對(duì)精度，以保證控制網(wǎng)的整體精度。下圖為平面施測(cè)網(wǎng)形，施測(cè)時(shí)需要測(cè)量并記錄施氣溫、氣壓、濕度等信息，以便對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行相應(yīng)改化。CPIII平面控制網(wǎng)施測(cè)對(duì)環(huán)境的要求：

CPIII平面控制網(wǎng)施測(cè)精度要求高，對(duì)環(huán)境的要求也比較高，不能有震動(dòng)、煙塵、雨水等，理想的觀測(cè)天氣為無風(fēng)的陰天或夜晚，陽光照射的白天是不宜觀測(cè)的。因此常規(guī)CPIII平面控制網(wǎng)施測(cè)一般均是在夜晚進(jìn)行。

理想的施測(cè)環(huán)境下，CPIII平面控制網(wǎng)施測(cè)一般一個(gè)小組每8~10小時(shí)可以完成800~1000m的測(cè)量工作量。最初，CPⅢ網(wǎng)的平面數(shù)據(jù)處理采用德國(guó)的gl-survey軟件，由于此軟件并不符合我國(guó)規(guī)范，加之高鐵地理信息保密的需要，鄭西、武廣等已通車高鐵及在建高鐵均采用國(guó)產(chǎn)的CPIII網(wǎng)處理軟件。鐵一院研發(fā)了《CPⅢ精密控制測(cè)量數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)》，該系統(tǒng)涵蓋了現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)載數(shù)據(jù)采集模塊和后續(xù)平差處理模塊，并通過了鐵道部主管部門組織的專家評(píng)審，準(zhǔn)許在高鐵建設(shè)中使用。為規(guī)范、統(tǒng)一鄭西高鐵的CPIII建網(wǎng)工作，鄭西公司發(fā)文，要求鄭西高鐵各施測(cè)單位全部采用該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。4.1.4.4CPIII平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理4.1.4.5連續(xù)梁段的CPIII解決方案對(duì)于大跨連續(xù)梁，由于梁體伸縮變形的影響，在現(xiàn)實(shí)中可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量時(shí)精度合格，在使用時(shí)精度不能滿足要求的情況，在復(fù)測(cè)時(shí)也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與原測(cè)成果差異較大且超限的情況，因此建議施測(cè)和使用的時(shí)間間隔應(yīng)盡量短，運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)根據(jù)使用需要加大對(duì)CPⅢ網(wǎng)的復(fù)測(cè)頻率，以便于運(yùn)營(yíng)維護(hù)使用。針對(duì)大跨度連續(xù)梁梁體伸縮變形較大，導(dǎo)致CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)受梁體變形影響而發(fā)生變化的特殊情況，我院提出了一種大跨連續(xù)梁段CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)變動(dòng)的特殊處理方法，做法是在連續(xù)梁遠(yuǎn)離固定支座端梁縫兩側(cè)防撞墻頂面各布置一個(gè)測(cè)量標(biāo)志，在該梁縫附近設(shè)站進(jìn)行CPⅢ平面網(wǎng)測(cè)量時(shí)，用游標(biāo)卡尺量測(cè)D1、D2之間的距離，在采用該段CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)維護(hù)作業(yè)時(shí)，再次測(cè)量D1、D2之間的距離，由于線性溫度變化在影響橋梁伸縮因素中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此可以認(rèn)為梁體發(fā)生的是線性均勻形變，通過量測(cè)測(cè)量的距離差值按一定模型對(duì)CPIII點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行改正，通過實(shí)踐證明可以解決短期內(nèi)梁體伸縮變形對(duì)CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)影響的問題。4.2高程控制網(wǎng)實(shí)施方案4.2.1.1二等水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)志及樁橛鄭西高鐵全線高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，高程控制網(wǎng)分線路二等水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)和CPIII精密水準(zhǔn)網(wǎng)兩部分組成，其中線路水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)由深埋水準(zhǔn)點(diǎn)和普通水準(zhǔn)點(diǎn)組成，其中按間隔20～25公里埋設(shè)一個(gè)深埋水準(zhǔn)點(diǎn)，埋設(shè)深度在20～30米間，按間隔2公里埋設(shè)一個(gè)普通水準(zhǔn)點(diǎn)。CPIII高程網(wǎng)標(biāo)志與平面網(wǎng)共用。深埋水準(zhǔn)點(diǎn)有專業(yè)隊(duì)伍施工，均埋設(shè)于地質(zhì)條件穩(wěn)定、具備長(zhǎng)期保存條件的地點(diǎn)，普通水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志同CPI、CPII標(biāo)志，也采用預(yù)制混凝土樁橛，部分普通水準(zhǔn)點(diǎn)樁橛與CPI樁橛通用，下圖從左到右分別為深埋水準(zhǔn)點(diǎn)施工所用的鋼管、施工過程及保護(hù)井。4.2.1二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)4.2.1.2高程控制網(wǎng)施測(cè)儀器電子水準(zhǔn)儀具備（如TrimbleDiNi12、LeicaDNA03等）操作簡(jiǎn)便，無需人工讀數(shù)、內(nèi)置等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量程序、施測(cè)效率高等特點(diǎn)，在高鐵高程控制網(wǎng)測(cè)量中廣泛采用。美國(guó)天寶公司的DINI電子水準(zhǔn)儀

瑞士徠卡公司的DNA電子水準(zhǔn)儀4.2.1.3二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)施測(cè)

線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)，測(cè)量時(shí)采用單線路往返測(cè)量，同一區(qū)段的往返測(cè)，應(yīng)使用同一類型的儀器和轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承沿統(tǒng)一道路進(jìn)行。

施測(cè)時(shí)嚴(yán)格控制視線長(zhǎng)度、前后視距差、前后視距累計(jì)差、視線高度等參數(shù)，按照規(guī)定的觀測(cè)順序和方法進(jìn)行讀數(shù)并記錄。

數(shù)據(jù)處理采用專業(yè)軟件進(jìn)行，采用聯(lián)測(cè)的國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行約束平差，并進(jìn)行規(guī)范進(jìn)行每公里偶然中誤差和全中誤差的計(jì)算，平差結(jié)果和中誤差應(yīng)滿足下表要求。4.2.1.4二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理采用鐵一院的《CPⅢ精密控制測(cè)量數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)》軟件進(jìn)行。4.2.2CPIII精密水準(zhǔn)網(wǎng)4.2.2.1長(zhǎng)橋段二等水準(zhǔn)高程傳遞當(dāng)橋面與地面間高差大于3m，線路水準(zhǔn)基點(diǎn)高程直接傳遞到橋面CPⅢ控制點(diǎn)上困難時(shí)，采用不量?jī)x器高和棱鏡高的中間設(shè)站三角高程測(cè)量法傳遞。在離地面水準(zhǔn)點(diǎn)不遠(yuǎn)處的橋上合適位置埋設(shè)臨時(shí)輔助標(biāo)志（也可以采用CPIII標(biāo)志），采用TCA2003等測(cè)量機(jī)器人觀測(cè)，施測(cè)時(shí)要求橋上橋下棱鏡高完全一致、且使用置平氣泡確保棱鏡連接桿處于豎直狀態(tài)。如果橋上橋下采用不同的棱鏡連接件，則棱鏡連接件必須經(jīng)過嚴(yán)格的互換檢驗(yàn)，互換后高差小于0.2mm。施測(cè)時(shí)要求垂直角和測(cè)距達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)，并對(duì)測(cè)距進(jìn)行溫度氣壓改正，完整測(cè)量?jī)纱?，兩次測(cè)量相差小于1mm時(shí)去均值作為橋上輔助點(diǎn)(或CPIII點(diǎn)的高程）。4.2.2CPIII精密水準(zhǔn)網(wǎng)施測(cè)

鄭西的CPⅢ精密水準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)采用的德國(guó)的中視法按往返觀測(cè)的方式進(jìn)行，其往、返測(cè)水準(zhǔn)路線如下圖所示。聯(lián)測(cè)時(shí)，往測(cè)以軌道一側(cè)的CPⅢ水準(zhǔn)點(diǎn)為主線貫通水準(zhǔn)測(cè)量，另一側(cè)的CPⅢ水準(zhǔn)點(diǎn)在進(jìn)行貫通水準(zhǔn)測(cè)量擺站時(shí)就近觀測(cè)；返測(cè)以另一側(cè)的CPⅢ水準(zhǔn)點(diǎn)為主線貫通水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)側(cè)的水準(zhǔn)點(diǎn)在擺站時(shí)就近聯(lián)測(cè)。CPⅢ控制點(diǎn)高程的水準(zhǔn)測(cè)量也可采用下圖的水準(zhǔn)路線形式。測(cè)量時(shí)，左邊第一個(gè)閉合環(huán)的四個(gè)高差應(yīng)該由兩個(gè)測(cè)站完成，