铁道技术工程测量.docx

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铁道技术工程测量

工程测量

4．1施工测量的一般要求…………………………………………………..4

4．1．1测量依据………………………………………………………..4

4．1．2测量的组织实施………………………………………………...4

4.1.3测量精度保证措施…………………………………………….4

4．1．4施工测量流程图…………………………………………………4

4．2施工复测…………………………………………………………………5

4．2．1平面控制GPS点复测………………………...............................5

4．2．2水准高程复测……………………………………………………8

4．2．3线路平面位置和横断面复测……………………………………10

4.3基本施工放样方法和精度分析………………………………………….11

4.3.1极坐标法测设点位的误差…………………………………………11

4.3.2极坐标法放样要点…………………………………………………12

4．4路基、涵洞、站场、整体道床摊铺和铺轨施工放样方法……………12

4.4.1一般路基放样方法…………………………………………………12

4.4.2整体道床摊铺和铺轨施工放样方法………………………………13

4．5长大隧道及隧道群精密控制测量及细部放样方法……………………20

4.5.1洞内控制网布设及优化……………………………………………21

4.5.2洞内一等导线施测的注意事项……………………………………22

4.5.3洞内细部放样及断面检测…………………………………………23

4．6桥梁的控制测量及施工放样……………………………………………23

4.61控制网的布设………………………………………………………..23

4.6.2墩台的放样………………………………………………………….24

4.6.3高程的传递……………………………………………………….24

4．7变形及沉降观测……………………………………………………….25

4.7.1系统的特点及优点……………………………………………….25

4.7.2基准控制网的建立与优化设计……………………………………26

4.7.3监测点的分布和观测...................................26

4.7.4自动变形监测系统的精度保证...........................26

4．8竣工测量及资料整理.......................................26

附表：

测量仪器汇总表..........................................27

整个施工过程的每一个环节都需要测量。

测量成果的精度直接影响施工的正常进行。

铁路客用专线要求标准高，为了确保测量成果的高精度并为施工创造良好的先决条件。

我们将采用以下施工测量方案。

4．1施工测量的一般要求

4．1．1测量依据：

设计文件及《京沪铁路测量设计规范》、《铁路施工测量规范》、《工程测量规范》、《既有铁路测量规范》。

4．1．2测量的组织实施局指挥部设精测大队，编制3人，配GPS，全站仪，动态GPSRTK等仪器。

各工区设精测队，编制3-5人，配全站仪，动态GPSRTK等仪器。

4．1．3测量精度保证措施

a．要换人和换不同测量方法对已测和放样数据进行复核，复核结果符合<<测量规范>>要求。

要形成三级复核制,确保数据的准确性.

b.理论值和实际值的比较：

对位于中线上的待测中桩，在测量前，按坐标法计算出两个中桩之间的理论值，测量完毕后，采用GPS系统测量两中桩间实际值，与理论值误差在《规范》允许范围内。

c．专人保管，定期保养，保证测量仪器的测量精度。

d.新购仪器在使用前按要求送具有鉴定资质的计量机构进行鉴定，未经检定的测量仪器不得进行测量作业.

e.在使用过程中，按规定的鉴定期限进行鉴定，超过期限的仪器及时送检的，禁止在测量工作中使用。

f.建立仪器鉴定台账和仪器使用台

g.在测量作业前，抽调素质高的技术人员和测量人员进行专门培训并经理论和操作技能考核合格，方能参加测量放样工作。

h.在测量过程中，参加测量的人员进行认真分工，对于每一项工作，由专人负责，提高测量的配合熟练程度。

i.建立测量成果审核、审查制度和移交签认制度。

施工前复测及施工过程中的测量放样资料，要形成正式的测量成果，经项目总工复核和项目经理审批后，报监理单位和建设单位审查，在项目经理组织下，由项目总工负责测量成果的逐级交底，交接双方相互签

4．1．4施工测量流程框图

接桩

仪器检定加桩埋设

复测

资料上报、待审批

路基施工放样大桥施工放样隧道施工放样

变形及沉降观测

整体道床及铺轨

竣工测量

上报竣工资料

4．2施工复测

4．2．1平面控制GPS点复测

由于客运专线的测量精度要求高，设计上通常采用GPS进行控制测量，因此，在接到GPS控制点的移交后，应采用双频静态接收机对所有控制点进行复测和加密，目前按《京沪铁路测量设计规范》和原设计单位GPS网同样的精度施测，各种限差和精度要求以此为准。

（1）准备工作

根据设计院的交桩资料，对不在同一度带的坐标进行换带计算，必要时可以取任意带的中央子午线，拟定计划，准备人员、仪器和通讯交通工具，并对设计院所交的控制点踏勘一遍，对不稳定的桩或可能被破坏的桩进行加固或重埋，对大桥、特大桥和长大隧道进行加密控制点选点和埋设，桩的材料与设计院的桩一致，点位应远离大功率的无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于400米，远离高压输电线，其距离不少于200米，附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，避开大面积水域和树林，选定点位后，应绘制点的示意图和作好点之记，且在1：

2000图上标出其位置。

采用双频静态GPS接收机，同时接收地平线以上不少于4颗卫星。

最大GDOP值＜8。

（2）GPS观测的网形设计

由于是对设计单位的GPS控制点进行复测，所以网形基于设计单位的网形。

在对GPS点的施测的过程中，应遵循以下三点：

a、观测边至少能和其他边形成一个异步三角形；

b、已知起算点，要以设计院布设GPS网时所用的高一级的三角点，不能用同精度的控制点作为已知起算点。

c、参考站之间形成大地四边形线性锁，如图1所示：

图1

图1说明：

d、用四台仪器同步观测，二台仪器放在参考站CK-01、CK-02上，二台仪器放在移动站GPS-01、GPS-02上。

e、CK-01和CK-02之间保证不少于2000米的距离。

f、CK-01和CK-02与两个参考站同步观测，形成多个同步闭合环。

g、参考站与参考站之间不超过15~20公里，否则移动参考站；

（3）数据处理

采用随机携带的数据处理软件包进行数据处理。

在进行数据处理之前，应分析已知数据，如果不在一个带内，还要进行换带计算。

由于高速铁路的标段划分比较大，一般长度在100公里左右。

而设计阶段是按高斯正行投影的

带或6带进行分带计算的。

因为它既要满足大比例尺测图的需要，又要兼顾工程的需要。

这样就会造成标段内投影长度变形

增大从而影响放样精度.

当长度变形值不大于2.5cm/km时,应采用高斯正形投影统一

带的平面直角坐标系统。

统一

带的主子午线经度由东经

起,每隔

至东经

。

即用原设计资料。

当长度变形值大于2.5cm/km时，就不能用原设计资料，可依次采用：

1）投影于抵偿高程面上的高斯正形投影

带的平面直角坐标系统；

2）高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，投影面可采用黄海平均海水面或城市平均高程面。

3）10公里左右的小标段,可不经投影采用假定平面直角坐标系统在平面上直接进行计算。

有关平面控制网的精度要求的概念

为便于施工放样的顺利进行，要求由控制点坐标直接反算的边长与实地量得的边长，在长度上应该相等，即由上述两项归算投影改正而带来的变形或改正数，不得大于施工放样的精度要求。

一般地，施工放样的方格网和建筑轴线的测量精度为1/5000～1/20000。

因此，由归算引起的控制网长度变形应小于施工放样允许误差的1/2，即相对误差为1/10000～1/40000，也就是说，每公里的长度改正数，不应该大于10～2.5cm。

投影面和投影带选择的基本出发点

（1）在满足精度要求的前提下，为使测量结果一测多用，应采用国家统一

带高斯平面直角坐标系，将观测结果归算至参考椭球面上。

即工程测量控制网应同国家测量系统相联系；

（2）当边长的两次归算投影改正不能满足上述要求时，为保证测量结果的直接利用和计算的方便，可采用任意带的独立高斯平面直角坐标系，归算测量结果的参考面可自己选定。

为此可用以下手段实现：

（a）通过改变

从而选择合适的高程参考面，将抵偿分带投影变形（称为抵偿投影面的高斯正形投影）；（b）改变

从而对中央子午线作适当移动，以抵偿由高程面的边长归算到参考椭球面上的投影变形（称为任意带高斯正形投影）；（c）通过既改变

（选择高程参考面），又改变

（移动中央子午线），来抵偿两项归算改正变形（称为具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影）。

但在实际应用这种坐标系时，往往是选取过测区边缘、或测区中央、或测区内某一点的子午线作为中央子午线，而不经过上述计算。

d.具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系

该坐标系中，往往是指投影的中央子午线选在测区的中央，地面观测值归算到测区平均高程面上，按高斯正形投影计算平面直角坐标系。

因此，这是综合第二、三两种坐标系长处的一种任意高斯直角坐标系。

显然这种坐标系更能有效地实一现两种长度变形改正的补偿。

e.假定平面直角坐标系

当标段长度小于10公里左右时，可不进行方向和距离改正，直接把局部地球表面作为平面建立独立的平面直角坐标系。

观测数据依外业实测为准，不加入人工干预，对未达到的计算精度要求的点，一律返工重测；各项精度检查应符合《京沪高速铁路测量规范》规定的要求，不符合则重测。

GPS复测结束后，上报或保存外业观测记录、原始观测数据、所采用的设计所交原始资料以及复测精度分析和技术报告。

4.2.2水准高程复测

根据设计院提交的水准测量资料，如果设计提供的是三等水准精度，我们就必须采用二等水准点为起算点，运用数字水准仪按三等水准测量的精度进行全标段的水准复测；全线的水准测量应布设成附合型水准路线，其长度不宜远于50公里，长度在300米以上桥梁、500米以上隧道两端和大型车站范围内，应加设水准点；加密的水准点可与GPS点的控制桩共用，也可单独设置，单独加设的水准点一般距线路中线约100米~150米为宜，以避免施工干扰破坏，水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方，标石埋设可采用混凝土先行预制、现场埋设或按标石埋设规格及用料数量进行现场浇灌埋设（参见《国家三、四等水准测量规范》附录A的有关规定执行）。

三等水准测量观测应在标尺成像清晰稳定时进行，若成像欠佳则应缩短视线长度，其观测技术指标见下表（表1）：

表1

等级

视线长度

前后视

距离差（m）

前后视距离

累计差（m）

视线高度（m）

仪器类型

视距

三

徕卡DNA03数字水准仪

≤100

≤3.0

10.0

≥0.3

数字水准仪应采用条码铟钢尺读数；三等水准往返测高差不符值与附合路线闭合差限差见下表（表2）：

表2

等级

往、返测高差不符值

两单程高差不符值

附合线路闭合差

检测原测段

高差之差

平原

山区

三

±12√K

±10√K

±12√L

±15√L

±15√R

注：

K为路线或测段长度（公里）；L为附合路线长度（公里）；R为检测测段长度（公里）

由往返测高差不符值计算的每公里水准测量的偶然中误差M△≤1.0mm。

数据处理必须用专用软件，以严密平差方式进行，并得到成果及精度分析表；线路跨越江河、湖泊、沟渠其视线长度不超过200米时，应根据跨河宽度和仪器设备情况，选用跨河水准测量方法进行施测。

对于地形复杂，山大沟深，几何水准测量法就操作困难，而且精度也难以保证，以前曾经对三角高程测量法进行过研究和比较。

运用徕卡CTA测量机器人三角高程测量，可以达到同等级的几何水准测量的精度要求。

三角高程主要应用在高差大、地形复杂或视距长的情况下，为了消除大气折光和地球曲率的影响，我们必须采用对向观测的方法。

而长距三角高程的测量，由于交通工具的限制（不可能迅速搬站），我们必须采用两台标称精度为1〃级的全站仪同时进行对向观测（双测回），以便消除空气对流所产生的折光影响。

利用徕卡CTA测量机器人三角高程测量，其优点在于自动照准棱镜，在无需照明的条件下夜间也可以进行观测，并且可以在极短的时间内正（倒）镜，双测16个数据（高差值），也就是说在大气透明度好且稳定的情况下，盘左（右）16个高差值（一般多于16个），仅用2～3分钟的时间就能完成，这样正倒镜观测一次仅需要五分钟左右，变换仪器高再观测一次，总共才用10多分钟。

如果能迅速将仪器对换，又同时开始下一轮的观测，这样仅需要一个小时便完成了二个双测回。

即使是交通不便，一般情况下上午可完成二个双测回，下午可完成二个双测回。

当然选择阴天或者早晚时段或者夜间进行作业是必须考虑的，否则观测的高差极不稳定，那精度从何谈起。

根据上述的外观测条件，我们可以假定采用同时观测一段时间（大约10分钟）可以消除大气折光的影响，一般选择阴天，能见度较为理想状态。

如果选择夜间进行观测，气流较稳定，则更有利观测精度的提高，我们把上述两种观测条件称为理想状态。

在此基础上分析三角高程的精度仅考虑测角误差的影响。

通过以前我们做过的测角误差分析和数理统计分析，得出徕卡CTA测量机器人的测角精度高于或接近其标称精度，并且观测速度快，夜间也可以作业，进行三角高程水准测量，采用与视距相对应的双测回数，可以保证其相应的精度等级，其结论如下：

500米以内，采用两个双测回满足三等水准的精度；

1000米左右，采用4个双测回满足三等水准的精度；

在实际观测过程中，取得所有观测双测回的平均值作为高差的最或然值。

所有观测双测回平均值的差值其限差在2倍的全中误差范围内。

对于特复杂地区的四等水准测量，可以用GPS高程拟合法替代测量。

这方面有关机构已有科研成果。

可参看《测绘通报》2006年第2、3、4期的相关论文的介绍。

4.2.3线路平面位置和横断面复测

先对设计所提交的线路转角表、曲线要素及逐桩坐标，运用专用线路计算软件进行计算，经复核无误后，进行线路中桩放样和横断面的复测，最终计算出工程量。

线路计算软件有许多版本，在这儿推荐北京威远图和南方公司的CASS系列。

Fx4800计算器编程的复化辛普森公式简单易携带，很方便。

（1）用全站仪或者GPS实时动态RTK放样出中桩位置，误差可不超过1厘米，然后进行中桩的高程测量。

中桩高程测量应起闭于水准控制点，其限差应满足±30√L；中桩高程宜观测两次，其不符值不得超过±10mm，中桩高程测量可采用全站仪三角高程或RTK测量方法；

（2）横断面施测宽度和密度，应根据地形、地质情况和设计需要而定，一般应在曲线控制桩、百米标（桩）和线路纵、横向地形明显变化处测绘横断面，在大中桥头、隧道洞口、挡土墙等重点工程地段及不良地段，横断面应适当加密,应采用测量机器人与常规测断面法（皮尺、水准仪法）相结合的方法；

（3）横断面纵、横向比例尺应采用1/200。

地面线一般应在现场点绘，采用测量机器人自动记录时，可室内绘图；

（4）横断面测量视地形情况，如果植被不丰富，无大树遮挡，可运用GPS实时动态RTK进行横断面测量，其精度优于一般常规的水准仪、皮尺和花杆的作业方法，且可自动生成横断面图，效益大大提高。

以上介绍了GPS平面控制、水准及横断面复测的方法和精度，那么，复测成果与原设计的差值在什么范围内就算复测合格呢？

究竟应该采用原设计成果还是复测成果呢？

对于这个问题，以前的任何《测量规范》都没有明确说明，我们根据长期的测量工作经验，结合高速客运专线对精度要求很高的特点，提出以下的观点：

1）GPS平面控制点即（x，y）坐标，当复测成果与原设计成果同一点的坐标互差值的均方值小于或等于复测时严密平差计算所给出该点的点位中误差的2倍时，就说明原设计资料准确，以后施工测量就用原设计成果即可，否则，就要上报业主以求解答或重测。

即：

m复=±√△x2+△y2≤±2m中

2）水准控制点的复测的结果与原设计值的差值，若在同等级水准测量的误差允许范围内时，即可采用原设计成果，否则上报业主，以求解答或重测。

3）断面测量检测限差

高程：

±[（L/1000）+（h/100）]+0.1（m）

距离：

±[（L/100）+0.1]（m）

式中：

h—检查点至线路中桩的高差（m）；

L—检查点至线路中桩的水平距离（m）。

4.3基本施工放样方法和精度分析

4.3.1极坐标法测设点位的误差

（1）放样引起的误差分析

设m1为控制点误差的影响，m2为放样过程中产生的误差，则放样所得点位的总误差M为：

M=√m12+m22=m2√1+（m1/m2）2

虽然m1＜m2，故m1/m2＜1，将上式展成级数，并略去高次项，则有M=m2（1+m12/2m22），若使上式中1+m12/2m22=0.1，即控制点误差所引起的影响占总误差的10%，所以，m12=0.2m22,代入前式,可得m1≈0.4M。

由此可以看出：

当控制点引起的误差为总误差的0.4倍时,它使放样点的误差仅仅增加10%.因此,在实际工作中,对控制点的影响可忽略不计。

（2）点位放样误差（不考虑控制点的影响）

极坐标测设点位的中误差可写成下列形式：

mp2=ms2+S2（mβ″/ρ″）2

由上可看出：

测距误差ms一般很小，至少可达1/5万以上，拨角可采取精密设角法，mβ可达2″，S可采取80米计，则所放线路控制桩的点位误差为±0.5mm。

实际工作中，再考虑到仪器和反光镜对点误差（均视为±0.5mm），则所放出点的点位误差mp=±0.7mm。

取mρ的两倍作为限差，则所放样的桩点的最大点位误差为±1.4mm。

那么客运专线一般的精度要求是±2mm。

可以看出，完全满足精度要求。

4.3.2极坐标法放样要点

放线时，尽可能利用导线点就近放样线路控制桩；对线路长大直线，所放出的线路控制桩的间距不宜太近，可控制在300~500米之间；为了减小定向误差，作为定向后视点尽可能避开短边，取大于300米以上的边作为定向后视点为宜。

4.4路基、涵洞、站场、整体道床摊铺和铺轨施工放样方法

4.4.1一般路基施工放样方法

路基中线坐标要进行逐桩坐标计算，一般用专用软件，在电脑上计算成果：

直线部分10米一个点，曲线部分5米一个点，然后，将全站仪置于GPS控制点上，后视能通视的GPS点，用仪器内部的放样程序按极坐标方式进行线路控制点位的放样，然后依据横断面设计文件，放出路基（堑）边坡角点，完成路基填筑的基本工作。

随着路基的加高，每填一层土，必须放样出中桩及边桩，并进行中桩的高程测量，以掌握填土厚度等，如图2所示（其放样精度已在上一节说明了）。

用动态GPSRTK放样时，可将基站随意架设在视野比较开阔的高处，然后求参数。

再用内部线路生成程序直接放样。

图2

4.4.2整体道床摊铺及铺轨的测量放样方法

在路基站场修成后，整体道床摊铺和铺轨以前，要进行线路的贯通测量，由于高速铁路对轨道铺设的要求标准较高，要求点位放样精度为±2mm，同时这已到了铁路施工的最后阶段，因此，在路基和其他建筑物修成后，应进行线路贯通测量。

为满足铺轨和运营中的检测和维修要求，应在路基上建立线路的平面和高程控制网作为整体道床摊铺、轨道铺设、检测和维修的依据。

混凝土轨枕轨道以养路的省力化和高速运行的稳定性为目标，在无碴轨道的施工过程中，尽可能减小施工误差。

混凝土道床误差要求

混凝土底座：

高＋5mm/－2mm，水平＋20mm/－20mm；

混凝土道床板：

高＋10mm/－15mm，水平＋30mm/－30mm；

轨枕板承轨槽：

±3mm

轨道部分最终完成误差值（如下表）

误差项目

测量方法

完成标准值（mm）

备注

轨距

轨距尺

±1

水平

轨距尺

±1

高低

10m弦量

±2

顺直

10m弦量

±2

4.4．2．1无碴轨道线路控制桩平面的测设

（1）每个线路控制桩都是三维系统（X，Y，H）；

（2）线路控制桩在直线段每10米设置一个，曲线段每5米设一个，与线路中线相距一定距离（究竟多远根据实际情况另定）平行布设；

（3）首先进行线路贯通的直线测量，精确测定曲线实际转向角，定出曲线起、终点ZH和HZ两点；

（4）夹直线地段由ZH和HZ两点垂直于直线测设夹直线地段的控制桩于路基上；

（5）精确测定夹直线两控制桩的水平距离，沿直线测设50米控制桩，则由这些控制桩控制线路中线的铺设；

（6）曲线地段（每5米一个桩）

在ZH和HZ两控制点间的曲线首先测设线路中线桩（每10米一个桩）一般不能满足2mm/10mm轨向要求，当测设至曲线主点闭合时，联接边由于测量误差的积累，不能满足轨向要求，应将这一部分曲线的两控制点间进行点位调整，使之满足要求。

然后由测设的曲线上各点，沿其法线方向与直线段平移同样距离，设置曲线地段线路控制桩（与曲线部分测设过程相反）；

（7）由ZH点到HZ点，所测设的线路控制桩已构成附合导线，测量线路控制桩所构成导线的边长和右角，按一般附合导线计算出线路控制桩各点的坐标，完成线路平面控制位置的测定。

（8）实际摊铺混凝土整体道床时,按以上测设的中桩作为混凝土施工平面和高程控制点。

4.4．2．2线路控制桩高程的测定

根据高速铁路轨道铺设标准，水平±2mm，高低±3mm/10m，现分析线路控制桩的高程测量的精度。

点A、B是线路路基上相邻的两个控制桩，a、b是线路中线的对应的两点，如图3所示。

图3

假定a、b两点高程测设方式是：

由A点测A~a两点，A~B两点的高差h1、h2；由B点测B~b两点的高差h3，可得a、b、B三点相对A点的高程（按最不利情况分析）：

采用S3水准仪能否达到精度要求的分析

设水准尺本身误差读数的影响为m1，水泡气泡居中的误差m2，读尺中误差为m3，该类仪器水准管分划值一般为20″，望远镜放大倍数为30，在此，限定视线长度不超过80米，则有m1=±0.75mm；m2=±0.2×20/206265×80000=±1.6mm；m3=±60″×80000/30×206265=±0.8mm

则第一次读数综合中误差为：

m=√m12+m22+m32=±1.9mm

因此，采用S3水准仪，要使每次读数综合中误差为±2mm是能够办到的，但要指出这主要考虑偶然误差的影响，在实际工作中，应力求消除其他各项系统误差，比如水准仪应检验校正完善，水准尺宜整体式，外界环境要好等。

以上可知，在水准测量中，每次读数综合中误差为±2mm，h1、h2、h3的中误差m1=m2=m3=±3mm。

设A点高程的中误差对b点高程的影响为±1mm，则b点高程中误差为√32+32+12=±4.4mm。

则a、b两点高程差的中误差为√3.32+4.42=±5.5mm

取△限=2mm，则△限=±1.1mm。

显然，要求±2mm/10m的精度能够达到，在实际工作中，一次置