哈大客运专线伊通河特大桥CPIII网测量方案.docx

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哈大客运专线伊通河特大桥CPIII网测量方案

发布日期：

2012-03-12 来源：

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1、概述

、任务名称

新建铁路哈尔滨至大连客运专线伊通河特大桥CPⅢ控制网测量。

、任务范围

新建铁路哈尔滨至大连客运专线伊通河特大桥，起止里程D3K692+955.54～DK736+719.76，线路全长43.16km（断链长603.88m），即伊通河特大桥桥台至1334号墩；其中21#梁场D3K692+955.54～DK715+287.5，22#梁场DK715+287.5～DK736+719.76。

．技术依据及内容

、技术依据

1）《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》铁建设[2006]189

号

2）《全球定位系统（GPS）铁路规范》（GB/T18314-2001）

3）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—1991）

4）《精密工程测量规范》（GB/T15314—1994）

5）《哈大铁路客运专线CPⅢ控制网测量作业指导书》铁四院

6）铁道部有关规定、标准及相关设计资料

、主要内容

1）线下精密控制网（CPⅠ控制点、CPⅡ控制点、水准基点、加密控制点）复测与CPII点加密；

2）CPⅢ控制网平面测量；

3）CPⅢ控制网高程测量。

、线下精密控制网复测与加密

CPⅢ的控制网施测前，首先对线下精密控制网（CPⅠ控制点、CPⅡ控制点、水准基点、加密点）进行复测，以确保CPⅢ控制网测量基准的可靠性。

由于本标段内位于农作物生产区，通视条件差，在CPIII测量时与原有CPI/CPII联测造成困难时或密度不够时（与CPI/CPII联测的距离是500-800米），需对原有CPII控制点进行加密，加密点可选在梁的固定端上的防撞墙上或与CPIII共点。

加密点的平面分布图如下：

、平面复测

本标段伊通河特大桥位于长春市宽城区至德惠市朱城子镇，地势较为平坦，但地面高杆农作物长势良好，通视条件较差。

线下精密控制网平面复测与加密均采用GPS测量。

1、各级平面控制网技术要求

控制网级别

测量方法

测量等级

CPⅠ

GPS

B级

CPⅡ、加密点

GPS

C级

2、GPS测量的精度指标

控制网级别

基线边方向中误差

最弱边相对中误差

CPⅠ

≤1.3″

1/170000

CPⅡ、加密点

≤1.7″

1/100000

3、GPS接收机的精度指标

级别

a（mm）

≤8

≤10

b（mm/km）

≤1

≤5

注：

a——固定误差（mm）；b——比例误差系数。

各级GPS网相邻点间弦长精度用下式表示：

式中σ——中误差（mm）；

d——相邻点间距离（km）。

4、GPS测量作业的基本技术要求

级别

项目

静

态

测

量

卫星高度角（°）

≥15

有效卫星总数

≥5

≥4

时段中任一卫星有效观测时间（min）

≥30

≥20

时段长度（min）

≥90

≥60

观测时段数

≥2

1～2

数据采样间隔（S）

15～60

PDOP或GDOP

≤6

≤8

天线的对中精度为1mm，每时段观测前后分别量取天线高，误差不大于2mm，取两次平均值作为最终结果。

5、复测限差要求

CPⅠ控制点、CPⅡ控制点、加密点的复测应满足X、Y坐标差值不大于±2cm。

、高程复测

高程复测按二等水准测量的方法进行测量，复测相邻水准点间的高差。

1、水准测量精度要求

水准测量

等级

每千米水准测量偶然中误差M△

每千米水准测量全中误差MW

限差

检测已测段高差之差

往返测

不符值

附合路线或

环线闭合差

左右路线

高差不符值

二等水准

≤1.0

≤2.0

——

注：

单位（mm）。

2、水准测量的技术标准

等级

每千米高差全中误差（mm）

路线长度（km）

水准仪等级

水准尺

观测次数

往返较差

或闭合差

（mm）

与已知点

联测

附合或环线

二等

≤400

DS1

因瓦

往返

注：

表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

3、水准观测主要技术要求

等级

水准尺

类型

水准仪

等级

视距

（m）

前后视距差（m）

测段的前后视距累积差（m）

视线高度（m）

二等

因瓦

DS1

≤50

≤1.0

≤3.0

下丝读数

≥0.3

注：

观测读数和记录的数字取位：

使用DS05或DS1级仪器，应读记至0.05mm或0.1mm；使用数字水准仪应读记至0.01mm；使用区格式木尺应读记至1mm。

4、水准测量计算取位应符合下表的规定：

等级

往（返）测距离总和（km）

往（返）测距离中数（km）

各测站高差（mm）

往（返）测高差总和（mm）

往（返）测高差中数（mm）

高程

（mm）

二等、

精密水准

0.01

0.1

0.01

0.1

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应符合规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。

MΔ和Mw应按下列公式计算：

式中：

△——测段往返高差不符值（mm）；

L——测段长（km）；

n——测段数；

W——经过各项修正后的水准环线闭合差（mm）；

N——水准环数。

5、保证水准测量精度的操作要点

（1）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

（2）测量时应保证前后视距尽可能相等，前后视距差满足规范要求。

（3）用竹竿辅助安置水准尺，确保水准尺在观测时处于竖直状态。

（4）水准测量时，将尺垫安放在坚实的地方，防止尺垫下沉。

6、高程复测限差要求

高程复测限差要求应满足4

，L为测段长度，单位为km。

、CPⅢ控制网测量实施方案

、CPⅢ控制网点位布设

4.1.1、CPⅢ控制点的测量标志

CPⅢ控制点的测量标志由测量棱镜与直立套筒组成，测量棱镜应有相应的资质认证，球形棱镜外径应为45mm；直立套筒应采用抗腐蚀、耐磨的材料制成，且需易于保护。

CPⅢ测量标志的加工和安装精度要求见下表1。

表1CPⅢ测量标志的加工和安装精度要求

CPⅢ测量标志

几何尺寸的加工误差

重复性安装误差

互换性安装误差

精度指标

±0.01mm～±0.05mm

±0.3mm

注：

1CPⅢ测量标志应满足“铁建设[2008]80号”文的相关要求。

2CPⅢ测量标志重复性安装误差和互换性安装误差，指的是X、Y、H三方向的误差应均小于±0.3mm。

4.1.2、CPIII预埋件埋设及注意事项

桥梁上CPIII控制点布置在桥梁固定支座端的防护墙上，成对布置，沿线路布置时纵向间距宜为60m左右，且不应大于70m，连续梁段根据实际情况特殊考虑；各CPⅢ点应大致等高，在直线段CPⅢ基桩埋设高度为300mm；曲线地段埋设高度统一设置为180mm；缓和曲线地段埋设根据防护墙高度渐变设置。

布设方式见图1所示；

图1桥梁地段CPIII控制点埋设位置

CPIII预埋件埋设在防撞墙顶部，直线段高出防撞墙顶面30cm，曲线上高出18cm，缓和曲线渐变，高出的部分由直径150mm的PVC管，钢筋骨架和混凝土组成，在中间预留直径＞28mm、深度＞80mm的孔用于埋设直立套筒，具体结构图见图2。

图2桥梁地段CPⅢ控制点埋设详图

埋设过程中需注意事项：

（1）PVC管选择材质较好的，耐晒、不易碎；长度比设计高度长2～3cm，长出部分伸入防撞墙。

（2）PVC管内部钢筋骨架需与防撞墙钢筋焊接，钢筋骨架离PVC管顶面不大于8cm。

（3）预埋套筒埋设时应高出混凝土面3mm，将套筒上的排水孔露出。

（4）预埋套筒埋设前，将中空的套筒管填实，防止反复放置球棱镜后磁片掉落。

（5）CPIII预埋件埋设完成后，应进行适当的保护，可采用透明胶将整个预埋件封起来，待使用时揭开。

4.1.3、CPⅢ控制点的编号

CPⅢ控制点编号的标注应全线统一采用大小为4cm的正楷字体刻绘，并用白色油漆抹底，绿色油漆填写编号字体。

CPⅢ控制点的编号定义如下：

CPⅢ的点号由七位数组成，从左到右前四位数表示CPⅢ点所在里程的整公里数，第五位是“3”表示是CPⅢ网点，后两位数字表示点的顺序号，点的顺序号为单数表示该点在里程增加方向的左侧，点的顺序号为双数表示该点在里程增加方向的右侧，当里程不足千、百、拾公里时，加“0”填充以保证CPⅢ的点号都是七位数齐全；CPⅢ网测量的自由设站点号也由七位数组成，从左到右第一位为大写英文字母“Z”表示测站，第二、三、四、五位数为CPⅢ点所在里程的整公里数，第六、七位数字表示测站的序号。

当里程不足千、百、拾公里时，加“0”填充以保证CPⅢ的自由设站号都是七位数齐全

举例如下：

点编号

含义

数字代码

在里程内点的位置

0356301

表示线路里程DK356范围内线路前进方向左侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”

0356301

（轨道左侧）奇数

1、3、5、7、9、11等

0356302

表示线路里程DK1356范围内线路前进方向右侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”

0356302

（轨道右侧）偶数

2、4、6、8、10、12等

自由设站点编号按“Z035601，Z035602…”沿线路里程增加方向编号。

“Z”表示设站点，“0356”表示里程，“01”、“02”表示该里程的设站号。

、CPⅢ控制网平面测量

4.2.1、测量方法及精度要求

4.2.1.1、仪器精度要求及主要技术指标

（1）外业数据采集使用带目标自动搜索及照准（ATR）功能并附带野外数据采集软件的全站仪，全站仪的标称精度：

角度测量精确度：

±1"

距离测量精确度：

±1mm+1ppm

我部购买了2台天宝S8全站仪，其中21#、22#梁场各一台，每台仪器配球棱镜14个（普罗米新生产），使用前应根据厂家提供的棱镜检定表对每个棱镜进行复测检验，以确保球棱镜的各向异性差别≤±0.3mm和加常数的一致性。

（2）CPIII平面控制网的主要技术指标

表2CPⅢ控制点的定位精度要求（mm）

控制点

测量方法

相对点位精度

同精度复测较差限差

CPⅢ

边角交会网

4.2.2、CPIII控制网平面测设

（1）CPIII控制网测量方法

CPIII控制网测量使用全站仪自由设站，采用后方交会法进行施测。

首先对所使用的仪器进行观测前的横轴与竖轴校验（输入校差后仪器内部自动进行修正），同时需输入观测时环境温度和气压值，气温读数至±0.5℃，气压读数±5pa。

自由设站的设站距离为120m时，每个自由设站应观测12个CPⅢ点，全站仪前方和后方各6个（3对）CPⅢ点，每次测量应保证每个CPⅢ点被测量3次以上；也可采用设站距离60m，每个自由设站应观测8个CPⅢ点，全站仪前方和后方各4个（2对）CPⅢ点，每次测量应保证每个CPⅢ点被测量4次以上。

CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于70m，观测CPⅢ点目标距离最大不超过180m。

（自由设站如下图示）：

测站（自由站点）

CPIII基标控制点

向CPIII点进行方向、角度和距离测

CPIII精密控制网平面布置及设站示意图

（2）水平方向观测

CPⅢ平面控制网的水平方向观测，应满足下表3的规定。

表3水平方向观测的技术要求

控制网等级

仪器等级

测回数

半测回归零差

同一测回各方向2C互差

同一方向归零后方向值较差

2C误差

CPⅢ

05″

6″

9″

6″

≤±15″

1″

6″

9″

6″

≤±15″

（3）距离观测

CPⅢ平面控制网的距离测量，应采用以下的多测回距离观测法：

盘左和盘右分别对同一个CPⅢ点进行距离测量，把盘左和盘右距离测量的平均值作为一测回的距离测量值；每个CPⅢ点距离测量的测回数应与水平方向相同，各测回测量的距离较差应≤1.0mm。

在全圆方向观测的同时，对CPⅢ点进行距离测量。

（4）CPⅢ网观测要点及注意事项：

1）每次设站均应选择密实稳定的线路中部，最好在在两对CPⅢ点的中间，按图示的位置附近架设仪器，并保证可以顺利地观测预计的目标；

2）仔细整平仪器，并作纵向横向安平自动检校；

3）在仪器的相应菜单中输入测量时的气温、气压、湿度，必须认真仔细据实输入。

如果测量过程中天气条件有较大变化，必须及时更新所输入的气象元素；

4）观测时段选择在阴天无风的天气条件下进行，如果是晴天，则最好选择日落二小时后，日出前进行观测，以保证CPⅢ网的观测数据的可靠性；

5）测量人员操作过程中要严格按照规范要求，避免不必要的人为误差；

6）棱镜常数的设置要正确；

（5）现场记录

采用全站仪自动观测数据采集软件进行外业数据的采集、记录和保存，所有观测数据应进行备份存储。

在现场测量时必须记录各测站的实际情况，它是测量中的重要数据，在进行外业测量时，应按下表记录填写。

自由测站记录表

———线———段第——页共——页

测量单位：

天气：

自由测站编号

仪器高

温度

气压

测量点编号

棱镜高

备注

测量点编号

棱镜高

备注

线路里程方向

说明：

将自由测站编号、CPⅢ轨道标点编号、联测点（CPⅠ/CPⅡ、加密点、辅助点）的标号应在该示意图上标记出来

司镜：

记录：

年月日

4.2.3、与CPⅠ、CPⅡ控制点联测

CPⅢ平面控制网测量前，应确保线路两侧50m范围内CPⅡ控制点的密度达到500m～800m，否则应同精度用GPS测量的方法加密CPⅡ控制点；

1）与CPⅠ、CPⅡ控制点联测，一般情况下应通过3个或以上线路上的自由设站进行联测，见下图2所示。

联测高等级控制点时，应最少观测3个完整测回数据。

测站（自由站点）

CPⅢ控制点

向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）

图2与CPⅠ、CPⅡ控制点联测示意图

2）与CPⅠ、CPⅡ控制点联测较为困难时，应至少通过2个线路上的自由设站进行联测，见下图3所示。

CPI、CPII控制点

测站（自由站点）

CPⅢ控制点

向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）

3与CPⅠ、CPⅡ控制点联测示意图

3）根据现场实际情况，不能直接观测的CPⅡ点,建议用GPS测量按CPⅡ同等级精度加密；加密点可设在简支梁固定端的防撞墙上，考虑到全站仪测设CPIII时的角度和距离，建议设在2对CPIII点之间的简支梁固定端的防撞墙上。

4.2.4、CPⅢ控制网平面数据处理

在自由设站CPⅢ测量中，测量时使用与全站仪能自动记录及计算的专用数据处理软件。

平差软件采用铁一院的后处理精密平差软件，主要通过CPIII特有的网络结构和边角关系计算处理得到CPIII点位的三维坐标。

CPⅢ平面控制网数据处理结果不能满足“表2CPⅢ控制点的定位精度要求”的指标时，应进行返工测量。

表4CPⅢ平面控制网平差计算取位

等级

水平方向观测值（″）

水平距离观测值（mm）

方向改正数（″）

距离改正数（mm）

点位中误差（mm）

点位坐标（mm）

CPⅢ平面网

0.1

0.01

0.1

、CPⅢ控制网高程测量

4.3.1、CPⅢ高程控制网主要技术要求

（1）精密水准测量的精度要求

表1精密水准测量的精度要求（mm）

水准测量

等级

每千米水准测量偶然中误差M△

每千米水准测量全中误差MW

限差

检测已测段高差之差

往返测

不符值

附合路线或

环线闭合差

左右路线

高差不符值

精密水准

≤2.0

≤4.0

注：

表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

（2）精密水准测量的主要技术标准要求

表2精密水准测量的主要技术标准

等级

每千米高差全中误差（mm）

路线长度（km）

水准仪等级

水准尺

观测次数

往返较差

或闭合差

（mm）

与已知点

联测

附合或环线

精密水准

DS1

因瓦

往返

注：

①结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍。

②L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

（3）精密水准观测应符合以下要求

表3精密水准观测主要技术要求

等级

水准尺

类型

水准仪

等级

视距

（m）

前后视距差（m）

测段的前后视距累积差（m）

视线高度（m）

精密水准

因瓦

DS1

≤60

≤2.0

≤4.0

下丝读数

≥0.3

DS05

≤65

注：

①L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

②DS05表示每千米水准测量高差中误差为±0.5mm。

在观测数据存储之前，必须对观测数据作各项限差检验。

检验不合格时，对不合格测段整体重测，至合格为止。

4.3.2、CPⅢ高程控制网的测量设备与方法

（1）测量设备

用于CPⅢ高程控制网测量的水准仪，标称精度应满足每公里水准测量往返测高差中数测量的中误差不低于±1.0mm/km。

水准尺应采用整体因瓦水准标尺，与水准仪配套的尺垫，其重量应不低于3kg。

本段采用的徕卡DNA03电子水准仪及配套的3米因瓦水准标尺。

（2）测量方法

CPⅢ点与CPⅢ点之间的水准路线，采用下图所示的水准路线形式进行。

图CPⅢ点与CPⅢ点之间的水准路线示意图

观测顺序：

奇数测站照准标尺分划顺序为：

A后视标尺；

B前视标尺；

C前视标尺；

D后视标尺。

偶数测站照准标尺分划顺序为：

E前视标尺；

F后视标尺；

G后视标尺；

H前视标尺。

测站数为偶数，一般为6或8个。

由往测转为返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。

4.3.3、CPⅢ控制点高程测量数据处理

CPⅢ控制点高程测量应严密平差，本段采用铁一院的平差软件，平差时计算取位按下表中精密水准测量的规定执行。

精密水准测量计算取位

等级

往（返）测距离总和（km）

往（返）测距离中数（km）

各测站高差（mm）

往（返）测高差总和（mm）

往（返）测高差中数（mm）

高程

（mm）

精密水准

0.01

0.1

0.01

0.1

4.3.4、二等水准引测至高架桥上

本标段43.16km全是高架桥，CPIII高程与原有CPI/CPII联测，如何保证其精度是整个CPIII网高程测量的关键和前提。

在CPI/CPII全线贯通测量后，可采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量法将高程传递至桥面上。

中间设站三角高程测量示意图如下，

计算公式：

HB=HA+V-△h1+△h2-V=HA-△h1+△h2

△h1=S1*tgα1

△h2=S2*tgα2

观测时，棱镜高不变；仪器与棱镜的距离不宜大于100m；前后视距应尽量相等，一般距离差不宜超过5m；垂直角应小于28°；同时观测时准确量取温度、气压值，以便进行边长改正。

本段根据现场实际情况，建议在墩台边上合适位置（离墩台30cm左右）埋设观测墩，放置球形棱镜，桥上在CPIII点上放置球形棱镜。

中间设站三角高程测量的主要技术要求

垂直角测量

距离测量

测回数

两次读数差″

测回间指标差互差″

测回差″

测回数

每测回读数次数

四次读数差mm

测回差mm

≤±5.0

≤±2.0

三角高程距离测量记录表

测回

照准点名

盘左（m）

盘右（m）

观测距离（m）

第一测回

基准点（后视）

第二测回

第三测回

第四测回

平均值（m）

第一测回

CPⅢ

（前视）

第二测回

第三测回

第四测回

平均值（m）

三角高程测量垂直角观测记录表

测回

照准点名

盘左

盘右

垂直角

°′″

第一测回

水准基点（后视）

第二测回

第三测回

第四测回

中数

第一测回

CPⅢ

（前视）

第二测回

第三测回

第四测回

中数

、CPⅢ控制网区段的划分和区段之间的连接

CPⅢ控制网的区段定义为在上一级控制网点约束下进行本次平差计算的CPⅢ网的范围。

CPⅢ控制网（包括平面网和高程网）可分区段分别进行观测和平差计算，区段的长度一般不宜低于4km。

CPⅢ平面网区段的两端必须起止在上一级控制网点（CPⅠ或CPⅡ）上，而且应保证有连续的三个自由设站与上一级控制网点联测。

CPⅢ高程网要满足区段中联测的上一级水准点的数量不得少于3个，而且CPⅢ高程网区段的两端必须起止在上一级水准点上。

CPⅢ网区段与区段之间，至少应该有四对（8个）CPⅢ点作为公共点在相邻的两区段中都要测量；这些点在各自区段中的观测和平差计算，应该满足CPⅢ网的精度要求；除此之外，还要满足各自区段平差后的公共点X、Y、H坐标较差应小于±2mm的要求；在达到上述要求后，前一区段CPⅢ网的平差结果不变，后一区段的CPⅢ网要再次平差，再次平差时除要约束本区段的上一级控制网点外，还要约

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