导线加密测量方案精密控制测量技术设计.docx
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导线加密测量方案精密控制测量技术设计
目录
1.概述1
1.1编制依据1
1.2工作范围及内容1
1.2.1工作范围1
1.2.2工作内容2
2.技术要求2
2.1执行的标准及规范2
2.2坐标与高程系统2
2.2.1平面坐标系统3
2.2.2高程系统3
2.3布网原则与布网方案3
2.4平面控制网布网要求3
2.5高程控制网布网要求5
3.平面控制网测量5
3.1既有资料分析5
3.2平面控制网布设5
3.3控制网选点埋石6
3.3.1选点6
3.3.2埋石7
3.4GPS平面控制网施测8
3.5GPS平面控制网基线解算9
3.6GPS网平差及坐标转换10
4.高程控制网测量11
4.1既有资料分析11
4.2水准点的布设11
4.3水准测量施测12
4.3.1仪器选用12
4.3.2观测技术要求12
4.4外业数据整理与成果计算14
4.4.1外业记录整理14
4.4.2成果计算14
5.控制网维护与复测16
6.要求提交的成果资料17
附录1：
点之记样板18
附录2：
精密控制测量桩点埋石操作程序19
附录3：
精密控制测量GPS网施测要求22
附录4：
GPS基线处理技术要求24
新建铁路西安至宝鸡客运专线
精密控制测量技术设计
1.概述
1.1编制依据
1.1.1国家发展改革委发改基础[2008]3369号《关于新建西安至宝鸡铁路客运专线项目建议书的批复》。
1.1.2铁计【2009】1号文附件4《2009年铁路勘察设计工作计划》。
1.1.3铁道部工程设计鉴定中心于2009年1月14日～17日在西安主持召开的可研审查会会议精神和审查意见（初稿）。
1.1.4铁道部工程设计鉴定中心于2009年6月16日～18日在北京主持召开的初步设计审查会会议精神和审查意见（草稿）。
1.1.5铁道部工程管理中心2007年4月30日《关于加强铁路客运专线精密控制测量工作的通知》。
1.1.6铁道部建设管理司《关于重视和加强时速200公里以上铁路工程测量工作的通知》（建技电[2006]128号）。
1.1.7铁道部《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》（铁建设[2009]20号）
1.2工作范围及内容
1.2.1工作范围
西安（咸阳西）至宝鸡客专正线，线路长度约138.044公里，起点：
郑西客专咸阳西出站端DK500+130.00；终点：
新宝鸡南车站出站端DK638+000，客专正线线路长度138.044km。
1.2.2工作内容
按照《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设〔2006〕189号）的要求，按分级布网、逐级控制的原则，建立西安至宝鸡客运专线平面和高程精密控制网，具体内容为：
（1）基础平面控制网（CPⅠ）布设及测量；
（2）线路控制网（CPⅡ）布设及测量；
（3）基桩控制网（CPⅢ）布设及测量；
（4）高程控制网布设及测量；
本阶段需完成全线的CPI、CPII平面控制网测量及全线高程控制网贯通测量，CPⅢ基桩控制网在线下工程施工完毕、铺设无砟轨道之前建立。
CPI、CPII平面控制网和高程控制网测量由设计院完成，CPⅢ基桩控制网测量由施工单位完成。
精密控制测量时，应按D级网的要求联测国家三角点，并提供CPI、CPII控制点的1980西安坐标系成果供设计使用，以满足用地图设计，确定沿线城市规划、公路、环保、文物、水利等与线路方案相对关系的需要。
2.技术要求
2.1执行的标准及规范
（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）；（以下简称暂规）
（2）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；
（3）《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）；
2.2坐标与高程系统
2.2.1平面坐标系统
平面坐标系统采用2000国家大地坐标系（其基本椭球参数：
长半轴为6378137，扁率298.257222101），与大同至西安、西安至成都客运专线所采用的椭球参数一致。
西宝客运专线设计时速350km/h，全线铺设无砟轨道，按高斯窄带投影的方法建立工程独立坐标系，满足暂规要求的投影变形不大于10mm/km的要求。
具体分带见表2.1
西宝客运专线工程独立坐标系分带表表2.1
编号
中央子午线（°′）
投影面正常高（m）
投影面大地高（m）
分界里程范围
高程异常（m）
长度变形（mm/km）
1
108-27
400
365
DK500～DK560
-35
-4.0～+10.0
2
108-00
490
455
DK560～DK599
-35
-2.0～+9.0
3
107-30
580
545
DK599～DK638
-35
+1.0～+9.0
2.2.2高程系统
高程采用1985国家高程基准。
2.3布网原则与布网方案
平面控制网按分级布网的原则分级布设，第一级为基础平面控制网CPⅠ，第二级为线路控制网CPⅡ。
各级平面控制网的作用为：
（1）CPI主要为勘测设计、施工、运营维护提供坐标基准；
（2）CPⅡ勘测设计和施工提供控制基准。
西宝客运专线全线铺设无砟轨道，CPI、CPII平面控制网分别按B、C级要求进行施测，高程按二等水准测量技术要求施测。
本线隧道只有一个小村隧道，全长920米，不涉及到隧道洞内的CPII测量。
2.4平面控制网布网要求
2.4.1基础平面控制网CPⅠ控制点沿线路走向布设，约小于4km布设一个；线路控制网CPII点沿线路走向布设，采用GPS测量时点间距宜为800m～1000m，采用导线方式测量时，点间距宜为400m～800m。
CPI、CPII平面控制网布网要求见表2.2。
各级平面控制网布网要求表2.2
控制网级别
测量方法
测量等级
点间距
备注
CPI
GPS
B级
3～4km
CPⅡ
GPS
C级
800～1000m
导线
三等
400～800m
2.4.2平面控制网的主要技术指标
（1）GPS测量表2.3
控制网级别
基线边方向中误差
最弱边相对中误差
无砟轨道
无砟轨道
CPI
≤1.3"
1/170000
CPⅡ
≤1.7"
1/100000
（2）导线测量表2.4
控制网级别
附合长度（km）
边长（m）
测距中误差（mm）
测角中误差（"）
相邻点位坐标中误差（mm）
导线全长相对闭合差限差
方位角闭合差限差（"）
对应导线等级
无砟轨道
CPⅡ
≤4
400～800
5
1.8
8
1/55000
三等
导线环（段）的测角中误差应按下式计算：
式中fβ——导线环（段）的角度闭合差（″）；
N——导线环（段）的个数；
n——导线环（段）的角度个数。
2.5高程控制网布网要求
高程控制网沿线路每20公里布设一个深埋水准点，每2公里布设一个普通水准点，全线采用水准测量方法按二等水准测量技术要求施测，主要技术要求见表2.5。
二等水准测量精度要求表2.5
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
6
4
4
--
注：
表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位为km。
3.平面控制网测量
CPI、CPII控制网采用GPS测量，CPI按B级网要求施测，CPII按C级网要求施测。
GPS测量作业应满足表3.1中的基本技术要求。
各级GPS测量作业的基本技术要求表3.1
级别
项目
B
C
D
静
态
测
量
卫星高度角（°）
≥15
≥15
≥15
有效卫星总数
≥5
≥4
≥4
时段中任一卫星有效观测时间（min）
≥30
≥20
≥15
时段长度（min）
≥90
≥60
≥45
观测时段数
2
2
1
数据采样间隔（S）
15
15
15
PDOP或GDOP
≤6
≤8
≤10
3.1既有资料分析
沿线收集的2000国家大地坐标系A、B级GPS点位于西安、武功（周至）、宝鸡，可作为本线平面控制网的起算点。
3.2平面控制网布设
（1）CPⅠ控制点沿线路走向布设，约小于4km布设一个，宜选在距离中线100～500m且不易被破坏的范围内。
（2）CP
控制点沿线路走向布设，距线路中线的距离为50～200m，CPⅡ控制点的间距宜为800m～1000m，最长边不宜大于1000m，短边困难时不宜小于500m。
CPⅡ相邻点间应通视或者与CPⅠ点通视，特别困难时，可在远离线路位置布设方向点，方向点应纳入CPII网的整体观测与平差。
（3）在坐标系分带界附近，宜布设CPⅠ、CP
点，距离中线应在50m～100m范围内。
3.3控制网选点埋石
3.3.1选点
（1）各等级控制点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方。
（2）点位应便于安置GPS接收机。
点位周围视野开阔，便于GPS卫星信号的接收。
（3）点位离大功率无线电发射源（电视台、微波站）的距离不小于200m，离高压输电线距离不宜小于50m。
（4）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，尽量避开大面积水域。
（5）所有CPI、CPII控制点均应在现场填写点位说明，必要时应丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，并按附录1作好点之记，点之记成果用AutoCAD绘制。
CPI及CPII选点及埋石应注意点位的分布，宜在中线两侧布设，避免局部段落桩点全部布设在一侧的情况出现。
3.3.2埋石
A.控制点标志:
采用直径20mm长30mm的不锈钢材料，下部采用普通倒T字型钢筋焊接而成，见图1。
其顶部刻0.5mm深的十字分划丝,上部安置标牌，标牌上注记“西宝客专CPI×××”、“西宝客专CPII×××”。
标头顶应高于标牌1.5cm,以便平面和高程点共用并便于外业测量。
B.基岩埋石：
在基岩裸露或埋深较浅的地区可埋设基岩桩：
选择稳固、未风化的岩石埋桩。
岩石上埋桩时采用钻孔法，用电钻钻进成孔，放入标芯后再采用强力胶填塞钻孔，并用水泥抹平，具体埋设规格如下图1所示（单位：
mm）。
图1控制点标志控制点基岩面埋设图
C.一般情况下埋桩：
控制点标石采用混凝土预制桩，预制桩内加钢筋笼，以防止预制桩在运输及埋设过程断裂。
CPI预制桩顶面尺寸200mm*200mm,底部尺寸为300mm*300mm,高度为950mm，CPII顶面尺寸为150mm*150mm,底部尺寸为200mm*200mm,高度为650mm,埋设规格及标注详见下图2，埋石时标牌字头朝北：
图2CPI控制点标石埋设图CPII控制点标石埋设图
注：
1－盖；2－土面；3－砖；4－素土；5－冻土线；6－贫混凝土
说明：
实地埋设时，挖坑孔径规格应为500mm×500mm，底部最小规格为400mm×400mm，埋设在冻土线下0.5m，本段沿线最大季节冻土深度为0.3米。
埋桩时孔深应深于1.4m，孔底部浇铸素混凝土，然后放置预制混凝土桩后在填入素混凝土和素土，上部建造保护井，加保护盖。
选点与埋石质量是保证精密测量精度的基础，必须对选点及埋石的质量进行严格控制，控制埋石的点位环境及埋石过程要求采用数码相机进行拍照，埋石过程的照片作为埋石质量控制的过程措施必须严格执行，并作为成果上交。
埋石程序详见“附录2：
精密控制测量桩点埋石程序”。
3.4GPS平面控制网施测
CPI、CPII网采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，CPI平面控制网与国家GPSA、B点进行联测构成附合网，CPII与CPI联测构成附合网。
在和郑西客运专线接头处，应将郑西CPI093、CPI094、CPI095、CPI098（如桩丢失损坏，应予以补埋）予以联测，并进行稳定性检验。
（1）采用Trimble或LEICA双频GPS接收机观测，CPI、CPII按表3.1中施测,其中CPI按B级施测，CPII按C级施测。
各等级使用的GPS仪器精度应满足表3.3的要求
GPS测量的精度指标表3.3
级别
B
C
a（mm）
≤5
≤5
b（mm/km）
≤2
≤3
（2）全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格且应在有效检定期内才能投入使用。
所有仪器在观测前统一进行设置，数据采样间隔15秒，设置高度角为15度。
（3）观测前，应做好星历预报，避开不利于观测的时间段。
（4）观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于3mm，并取其平均值作为最后结果。
双时段观测时第二时段必须重新整置对中仪器，重新量取天线高度。
（4）观测过程中按规定填写观测手簿。
对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。
GPS施测的技术要求详见“附录3：
精密控制测量GPS网施测要求”。
3.5GPS平面控制网基线解算
CPI、CPII基线使用LGO6.0随机软件采用广播星历解算基线，起算点采用国家GPSA、B级点的三维成果。
基线解算应作以下检核统计工作：
（1）计算同一时段观测值的资料剔除率应小于10%。
（2）同一条边任意两个时段解算值互差小于2
·
（mm）。
（3）独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：
Wx≤3
·σ
Wy≤3
·σ
Wz≤3
·σ
W≤3
·σ
（4）同步观测环闭合差应满足以下要求：
Wx≤
·σ/5
Wy≤
·σ/5
Wz≤
·σ/5
W=
≤
·σ/5
对不满足各检验指标的时段应进行返工测量。
详见“附录4：
GPS基线处理技术要求”。
3.6GPS网平差及坐标转换
3.6.1CPI、CPII采用COSAGPS等软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，CPI采用国家GPSA、B级点的三维成果进行约束平差，CPII采用CPI的二维成果进行约束平差。
无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（
、
、
）应满足下式：
≤3σ；
≤3σ；
≤3σ
约束平差的基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差应满足下式：
≤2σ；
≤2σ；
≤2σ
平差完毕，按设计的投影分带进行坐标转换，各带间应至少重合两个公共点。
为了便于后续施工应用，减少错误，需明确每带成果应用对应的里程范围。
4.高程控制网测量
高程控制测量全线按二等水准测量技术要求施测。
起点与郑西客专衔接处联测郑西水准点不少于2个，并处理好衔接关系。
4.1既有资料分析
沿线收集有I等永汉等国家水准线路的复测前、后成果及我院施测的既有郑西二等水准点，沿线的国家水准点和我院施测的郑西二等水准点在水准测量时均予以联测，供成果分析、平差使用。
4.2水准点的布设
为了确保本线高程基准的长期的稳定，计划每隔20公里左右埋设深埋水准点7个，深埋水准点根据沿线地层情况，埋设至基岩或持力层。
每2km左右设置一个。
重点工程（大桥、长隧及特殊路基结构）地段应根据实际情况增设。
水准点应便于后续勘测及施工使用，可尽量与CPI、CPII共点，不能共点时可单独埋设。
普通水准点的预制桩顶面尺寸为150mm*150mm,底面尺寸为200mm*200mm，高度为950mm,埋设示意图见图4.2。
水准点和CPII共桩时，CPII的预制桩尺寸及埋设要求须按水准点的预制桩尺寸及埋设要求执行。
注：
1－盖；2－砖；3－素土；4－贫混凝土；5－冻土线
图4.2水准点标石埋设图（单位：
mm）
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，水准点现场按附录1的规定做好点之记。
4.3水准测量施测
4.3.1仪器选用
本次测量拟采用LeicaDNA03等电子水准仪，仪器类型为DS05。
水准尺为配套铟瓦水准标尺。
采用重量5kg的尺垫。
测量前对水准仪进行检定，检定合格后方可用于测量工作,并在作业期间每天开测前进行i角测定，若开测为未结束测段，则在新测段开始前进行测定。
。
4.3.2观测技术要求
4.3.2.1基本要求
a．水准测量采用往返观测，同一路线的往返测，采用同一类型的仪器和尺垫，沿同一道路进行。
b．同一测段往返观测应分别在上午和下午进行，在日间气温变化不大的阴天和观测条件较好时，若干里程的往返测可同在上午或下午进行，但这种里程的总站数不应超过该区段总站数的30％。
c.水准测量应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行，在日出后与日落前30分钟内、标尺分划线的影像跳动而难于照准时、气温突变时等不应进行观测。
d.每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数。
由往测转向返测时，两支标尺须互换位置，并应重新整置仪器；
e．在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧；
f.观测间歇时，最好在水准点上结束。
否则应设置2个固定点，作为间歇点。
间歇后，应对间歇点进行检测，符合限差要求即可由此起测。
4.3.2.2观测顺序和方法
往、返测奇数测站读数顺序为后—前—前—后，即：
a．后视标尺；
b．前视标尺；
c．前视标尺；
d．后视标尺。
往测偶数测站读数顺序为前—后—后—前，即：
a．前视标尺；
b．后视标尺；
c．后视标尺；
d．前视标尺；
4.3.2.3观测限差
视线长度:
≥3m且≤50m
前后视距差:
≤1.5m
前后视距累积差:
≤6.0m
视线高度规定为：
≤2.80m且≥0.55m
两次读数之差≤0.4mm
两次高差之差≤0.6mm
检测间歇点高差之差≤1.0mm
4.4外业数据整理与成果计算
4.4.1外业记录整理
a.外业计算取位按表4.1执行。
外业计算取位表表4.1
计算项目
取位
计算项目
取位
往（返）测距离总和
0.01km
往（返）测高差总和
0.01mm
测段距离中数
0.1km
测段高差中数
0.1mm
各测站高差
0.01mm
水准点高程
0.1mm
b.外业记录原始数据及时存档并用外接存贮设备进行备份。
c.外业记录数据要及时处理，并对观测数据进行检查确认。
d.每测段水准测量结束，应进行往返测高差不符值计算，往返测高差较差应≤4
（K为测段长度，以公里计）。
以往返测高差平均值作为高差观测成果。
4.4.2成果计算
4.4.2.1水准测量外业计算的项目
a.外业手簿的计算；
b.外业高差和概略高程表的编算；
c.每公里水准测量偶然中误差M△的计算：
水准测量结束后，用各段高差往返测较差计算出每公里水准测量高差中数的偶然中误差
，
的值应小于±1mm，
按下式计算：
Δ——测段往返测高差较差，mm
R——测段长度，km
d.附合路线环线闭合差的计算；
e.每公里水准测量全中误差的计算：
当构成水准网的水准环超过20个时，按环线闭合差W计算每公里水准测量的全中误差
每公里水准测量的全中误差
按下式计算：
式中：
W－经过各种改正后的水准环闭合差，mm；
F-水准环线周长，km;
N-水准环数。
4.4.2.2外业高差和概略高程表的编算
由两人各自独立编算一份，并核对无误，计算水准点概略高程时，所用高差加入正常水准面不平行等的改正。
4.4.2.3成果的重测与取舍
测段往返测高差不符值超限，应先就可靠程度较小的往测或返测进行整测段重测，并按下列原则取舍。
a.若重测的高差与同方向原测高差的不符值超过往返测高差不符值的限差，但与另一单程高差的不符值不超出限差，则取用重测结果；
b.若同方向两高差的不符值未超出限差，且其中数与另一单程高差的不符值也不超出限差，则取同方向中数作为该单程的高差。
c.若a款中的重测高差（或b款中两同方向高差中数）与另一单程的高差不符值超出限差，须重测另一单程。
d.若超限测段经过两次或多次重测后，出现同向观测结果靠近而异向观测结果间不符值超限的分群现象时，如果同方向高差不符值小于限
差之半，则取原测的往返高差中数作往测结果，则取重测的往返高差中数作返测结果。
区段、路线往返测高差不符值超限时，应就往返测高差不符值与区段（路线）不符值同符号中较大的测段进行重测，若重测后仍超出限差，则须重测其他测段。
附合路线和环线闭合差超限时，应就路线上可靠性较小（往返测高差不符值较大或观测条件较差）的某些测段进行重测，如果重测后仍超出限差，则须重测其他测段。
每公里水准测量的偶然中误差、全中误差超限时，应分析原因，重测有关测段或路线。
4.4.2.4成果计算
进行全线附合路线闭合差检核后，全线二等水准测量要求整体平差。
5.控制网维护与复测
控制网的建设是一项系统性、持续性强的工作，需要在施工期间进行定期维护、复测。
复测时采用的方法、使用的仪器和精度应按建网时相应等级的规定进行。
（1）维护周期
CPI、CPII及水准控制网在工程建设期间均应进行复测。
其中各等级控制网在设计单位向施工单位交桩后，施工单位应进行复测；在进行CPIII测设前，应复测一次；工程静态验收前，应复测一次。
（2）不定期复测
特殊地区、地面沉降地区或施工期间出现异常的地段，适当增加复测次数。
同时由于点位均在施工沿线，必须考虑丢桩、桩位移动等情况，根据具体情况进行不定期复测。
6.要求提交的成果资料
（1）CPI、CPIIGPS控制网原始观测数据及工程项目；
（2）CPI、CPII控制点成果表；
（3）CPI、CPII控制点点之记；
（4）CPI、CPII控制网同步环、异步环、重复基线检验报告；
（5）CPI、CPII控制网平差报告
（6）水准观测原始数据
（7）水准成果计算表；
（8）水准点高程成果；
（9）水准点点之记；
（10）高程控制网平差报告；
（11）技术总结报告；
（12）CPI、CPII控制点1980西安坐标系成果表（仅提供线运处）；
（13）上述文件内容的磁盘文件。
附录1：
点之记样板
附录2：
精密控制测量桩点埋石操作程序
1.技术交底
按参与埋设点的小组为单位，由负责人讲解技术要求及操作步骤，确保参与人员尤其是每小组配备的技术负责人员掌握要求，熟悉操作程序，确保工作顺利无误。
技术交底同时强调安全注意事项，现场工作负责人还要对所雇佣人员讲解安全注意事项及要求。
2.人员及材料准备
以埋设小组为单位，每组有一人做技术负责人，负责确认埋设位置及埋设质量控制，确认通视情况，负责组织人力将标石及混凝土材料运送到点位并完成埋设（一般每组3-4人），每组准备如下材料：
（1）本“操作程序”一份、标有选点位置的地图一份（也可根据电子布点图读取坐标表进行现场布点选点）；望远镜一个、对讲机一对、手持GPS一个、数码相机一台、2-3m卷尺一个、点之记表格清单；
（2）全站仪一套（备用，用以进行困难条件下选点，检查确认埋设点对的通视情况）；
（3）运输标石及混凝土材料的运输车，需现场调制混凝土的水泥、沙石，用于砌保护井的砖块
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