隧道内CPII及CPIII精密工程控制测量网技术方案最终.docx
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隧道内CPII及CPIII精密工程控制测量网技术方案最终
衡茶吉铁路鹅岭隧道CPⅢ建网精密测量
技术方案
编写：
张鑫
复核：
申健
审核：
中铁隧道勘测设计院有限公司
2012年4月
1项目概况
线路自衡阳市京广铁路茶山坳车站引出，往东经安仁、茶陵、经炎陵、宁冈进入江西境内设宁冈站距宁冈县城约2km，然后经新城，穿鹅岭隧道，至井冈山市接入井冈山铁路井冈山市站。
本次控制网测量进行鹅岭隧道内CPII及CPIII平面与高程控制网建网测量。
2测量范围及主要工作内容
2.1测量范围
新建线路全长216.5km（其中湖南境内约167km，江西境内约49.5km），利用已建成的井冈山铁路（长80.6km）至吉安南站与京九铁路接轨，线路全长297.1km，桥长35km，隧道长40km，桥隧共长75km，桥隧比36.4%。
茶陵至文竹联络线长约52km，共有大中桥16座长9.2km，隧道5座长4.4km，桥隧共长13.6km，桥隧比26.2%。
本项目测量范围：
起讫里程：
DK6+625～DK17+070,鹅岭隧道正线全长10.44km。
2.2工作内容
1、既有控制网（CPI）复测；
2、CPⅡ控制网加密；
3、二等水准网加密；
4、CPⅢ点对布设；
5、CPⅢ平面、高程控制网建网测量。
3执行的标准及规范
1、《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
2、《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）；
3、《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）；
4、《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；
5、《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）；
6、《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPⅢ）测量管理办法》（铁建设[2008]80号）
7、《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》（建设[2009]20号）
8、铁道部其他相关规定
4CPI平面测量
4.1隧道内控制网复测
1、对隧道范围内既有施工控制网（CPI）进行复测:
把隧道范围内既有施工控制网当做CPI,通过平差计算后,分析其成果精度是否满足规范要求，以及其点位是否满足CPⅡ联测要求，如复测结果不能满足以上要求，就需要重新布设CPI点或者加密CPI点。
2、新网布控：
如需要重新布控CPI，则在隧道进出口每侧各布置4个CPI点。
控制点宜设在距离线路中心50～1000m的范围内不易被施工破坏、稳定可靠、便于测量的地方，点位布设宜兼顾桥梁、隧道及其他大型构筑物布设施工控制网的要求。
点位之间应相互通视，特别困难时，在远离线路位置布设方向点，方向点应纳入CPI网的整体观测与平差。
3、重新设立或者加密的CPI点要纳入既有施工控制网进行联测，通过整体平差计算后，方可作为CPⅡ控制网的建网依据。
4.2CPI平面控制点的选点埋石
4.2.1选点
①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得小于50m（10KV的高压线可放宽到10米，不要在高压正下方即可）。
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高程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，并作好点之记，点之记成果用AutoCAD绘制。
4.2.2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。
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，保证标心稳固，具体埋设规格如下图所示（单位：
mm）。
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，全线所有预埋桩采用同一尺寸，桩顶面尺寸250mm*250mm,底部尺寸300mm*300mm,为高度为750mm，CPI平面和高程控制桩需要做护井和盖板（盖板尺寸为450mm*450mm*80mm），最终埋设的纵断面如下图所示。
二等水准点/二等GPS平面控制点点标石埋设图（单位：
mm）
注：
1－盖；2－土面；3－砖；4－素土；5－冻土线；6－贫混凝土
为保证桩橛的长期稳定，桩橛在应埋设在冻土线下0.3m，根据所在地区不同，挖坑深度也不同。
埋桩时坑底部应浇筑铺垫混凝土到一定高度后，放置预制混凝土桩后在填入贫混凝土到指定高度后填埋素土，上部建造保护井，加保护盖。
埋设过程中应对挖坑宽度及深度、底部铺垫混凝土、护桩贫混凝土高度、保护井砌设、盖板后环境照等关键点进行照相，作为质量检查的重要依据留存。
选点与埋石质量是保证测量精度的基础，必须对选点及埋石的质量进行严格控制，埋石的点位环境及埋石过程要求采用数码相机进行拍照。
CAD格式的点之记和埋桩过程照片作为正式成果上交，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。
4.3CPI控制网的观测
4.3.1仪器选用
CPI控制网点观测采用标称精度为5mm+1ppm的双频GPS接收机。
安置天线采用三脚架和对中精度小于1mm的光学对中器。
观测作业开始前应对所有GPS接收机和光学对中器进行检验校正，并提供所有使用仪器的有效鉴定证书。
4.3.2观测技术要求
观测前，做好星历预报并精心进行时段设计，避开少于4颗卫星的时间窗口，选择最佳时段，各级GPS测量的观测技术要求如下：
CPI点GPS测量作业的基本技术要求
级别
项目
CPI
静
态
测
量
卫星高度角（°）
≥15
有效卫星总数
≥4
时段长度（min）
≥90
观测时段数
2
数据采样间隔（S）
15
PDOP或GDOP
≤6
接收机类型
双频
4.3.3作业要求：
观测前，对参与观测的GPS接收机配置参数，所有接收机配置的参数要相同。
作业时天线严格整平对中，对中误差小于1mm；每个时段观测前、测中、测后各量取天线高一次，较差值小于2mm，取均值作为最后成果。
接收机开始记录数据后，要及时将测站名、测站号、时段号、天线高等信息输入接收设备。
在测量过程中，作业员要使用专用功能键和选择菜单查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果、存储器和电池余量等，并作必要记录。
同时要注意仪器的警告信息，及时处理各种特殊情况。
双时段观测时，时段间GPS接收机应重新整置对中。
4.4CPI数据处理
4.4.1CPI基线向量解算及质量检核
A.计算同一时段观测值的资料剔除率应小于10%，并进行重复基线和环差的检验工作。
B.同一条边任意两个时段解算值互差小于2
σ（mm）。
C.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
对不满足各检验指标的时段应进行数据分析，必要时进行返工测量。
4.4.2CPI网平差与坐标成果计算
网平差采用武汉大学研制的COSAGPS6.0软件进行。
A.在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（
、
、
）应满足：
≤3σ；
≤3σ；
≤3σ
B．采用CP0三维成果进行约束平差，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：
≤2σ；
≤2σ；
≤2σ
C．CPI控制网应达到以下精度要求：
GPS测量的精度指标
控制网
基线边方向中误差
最弱边相对中误差
CPI
≤1.3″
1/180000
D.平差完毕，按设计的投影分带进行坐标转换。
5隧道内CPⅡ测量
5.1隧道内CPⅡ导线测量
洞内CPⅡ测量采用导线网法，导线测量等级均为隧道二等。
5.1.1控制点布设及埋桩
5.1.1.1布点
洞内CPⅡ点沿线路走向布设，前后相邻点间距300～600m。
本项目无砟轨道段CPⅡ导线布设成导线网，在CPⅡ点对侧布设辅助点，辅助点与CPⅡ点里程差尽量小。
导线点宜充分利用洞内施工平面控制桩，单独布点时应布设在施工干扰小、安全稳固、方便设站、便于保存的地方，点间视线应距洞内设施0.2m以上。
5.1.1.2埋石
控制点埋设于水工电缆槽墙顶部，测量标志及埋设规格详见附录1。
控制点稳固后方可进行测量工作。
5.1.2测量方法及技术要求
5.1.2.1测量仪器设备
所用仪器应在观测前检验合格，并保证观测时仪器在有效检定期。
本次洞内CPⅡ导线测量采用TCA2003。
TCA2003标称精度为方向测量中误差0.5″,距离测量中误差1mm+1ppm。
进行导线边长观测时，温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5hPa。
5.1.2.2测量方法
洞内CPⅡ测量采用导线网网测量方法，如下表所示。
洞内CPⅡ导线测量方法
附合长度（km）
导线等级
备注
L＞7
隧道二等
导线网
注：
导线网独立闭合环的边数以4～6条边为宜。
洞内导线测量应起闭合于洞外CPI控制点，导线两端均应进行已知方位边观测。
5.1.2.3技术要求如下表所示
1）导线测量总体技术要求。
2）
导线测量的技术要求
等级
测角中误差（″）
测距中误差（mm）
方位角闭合差（″）
导线全长相对闭合差
测回数
0.5″级仪器
1″级仪器
隧道二等
1.3
3
±2.6
1/100000
6
9
注：
1、表中n为测站数。
2、相邻点位坐标中误差小于5mm。
3）水平角方向观测技术要求如下表所示
水平角方向观测法的技术要求
仪器等级
半测回归零差（″）
一测回内2c互差（″）
同方向测回间2c互差（″）
同一方向值各测回互差（″）
0.5″级仪器
4
8
8
4
注：
1、当观测方向的垂直角超过±3°的范围时，该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较，其值应满足表中一测回内2C互差的限值。
2、下半测回归零差超限时，应立即重测该测回。
4）边长观测技术要求
在方向观测时进行边长观测，边长观测次数与方向观测次数一致。
距离较差限差如下表所示。
边长测量技术要求
等级
正倒镜距离较差
测回间距离较差
往返测平距较差
备注
隧道二等
≤2mm
≤3mm
≤2mD
注：
mD为仪器测距中误差。
5.1.3导线测量数据处理
外业观测完成后应及时整理观测手簿及电子数据。
导线测量平差计算前应进行各项检验，各项指标检验合格后方可进行网平差计算。
本项目导线网数据处理应采用经过权威部门鉴定的软件，网平差计算中数字取位要求如下表所示。
内业计算中数字取位要求
等级
观测方向值及各项改正数（″）
边长观测值及各项改正数（m）
边长与坐标（m）
方位角（″）
隧道二等
0.01
0.0001
0.0001
0.01
在观测数据满足各项技术指标要求后，采用严密平差法平差，并应提供单位权中误差、测角中误差、点位中误差、边长相对中误差、点位误差椭圆参数和相对点位误差椭圆参数等精度评定数据。
5.2隧道内高程控制网测量
5.2.1控制点布设及埋桩
高程控制点沿线路走向布设，不大于2km线路里程范围内应至少布设一个高程控制点。
条件许可时，可以与CPⅡ导线点共用。
具体埋设规格及方法与CPⅡ导线点一致，见附录1。
5.2.2测量方法及技术要求
水准测量按照二等水准施测，具体施测方法参见《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）。
洞内高程控制网施测应全部符合到洞外精密高程控制点上，不允许支水准路线。
5.2.3高程控制网数据处理
外业观测完成后应及时整理观测手簿及电子数据。
高程控制网平差计算前应进行各项检验，各项指标检验合格后方可进行网平差计算。
洞内高程控制网应进行严密平差。
6隧道内CPIII精密控制网测量
6.1CPⅢ控制网布设技术要求
CPⅢ控制网布设的技术要求如下表所示。
CPⅢ控制网布网要求
控制网级别
测量方法
纵向网点间距
备注
CPⅢ
自由测站边角交会
50～70米一对
横向点间距10～20m
隧道段CPⅢ点成对布设在电缆槽顶面以上30cm的边墙内衬上。
隧道段相邻两对CPⅢ点纵向距离约60m，如遇避车洞可做适当调整。
隧道段CPⅢ点布设具体位置如下图所示。
图5-8隧道段CPⅢ点的布设
6.2CPⅢ控制网点的埋设
6.2.1CPⅢ控制点的标志类型
CPⅢ控制点标志采用中铁四院精加工元器件，用不易生锈及腐蚀的不锈钢材料制作，全线应统一CPⅢ控制点标志。
CPⅢ控制点标志重复安置精度和互换安装度X、Y、Z三方向应分别小于0.3mm。
CPⅢ控制网建网测量标志主要包括预埋件、棱镜杆、高程杆和棱镜，其相应说明如下所述。
（1）预埋件
CPⅢ控制网在建网测量前首先需要按照相应规范埋设如下图（右）所示的预埋件，用于连接棱镜杆或高程杆，进行后续平面或高程测量工作；图（左）为预埋件保护盖，用于保持预埋件内部清洁。
保护盖（左）与预埋件（右）
（2）棱镜杆
CPⅢ平面控制网测量时，与Leica精密棱镜、型号为“GPR121”配套使用的棱镜杆，如下图6-1所示；与德国Sinning公司棱镜配套使用的棱镜杆，如下图6-2所示。
6-1LeicaGPR121棱镜配套使用的棱镜杆
6-2Sinning公司棱镜配套使用的棱镜杆
（3）高程杆
CPⅢ高程控制网测量时使用的高程杆，如下图6-3所示。
图6-3高程杆
（4）棱镜
由于CPⅢ控制网测量要求精度较高，全线尽量统一采用Leica精密棱镜，型号为“GPR121”，如图6-4所示；
图6-4LeicaGPR121型精密棱镜
6.2.2CPⅢ控制点标志的埋设
CPⅢ控制点应设置在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方，并应防冻、防沉降、防震动和抗移动。
CPⅢ控制点标志横向埋设时，在选定点位处水平或略为上倾钻孔；竖向埋设时，在选定点位处竖直钻孔。
之后插入标志预埋件，并用化学凝固剂固定。
CPⅢ控制点编号全线统一采用大小为4cm的正楷字体标绘于点位下部，用白色油漆抹底，红色油漆填写编号。
6.2.3CPⅢ控制点编号规则
CPⅢ控制点按照公里数递增进行编号，其编号反映里程数。
所有线路里程增加方向轨道左侧编号为奇数，里程增加方向轨道右侧编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复。
CPⅢ编号统一为六位数，具体规则为：
×××（里程整公里数）+3（表示CPⅢ）+××（该公里段序号）。
例如256301，其中“256”代表里程数，“3”代表CPⅢ，“01”代表1号点。
具体编号说明如下表所示。
CPⅢ编号示例说明表
点编号
含义
数字代码
在里程内点的位置
256301
表示线路里程DK256范围内线路前进方向左侧的第1个CPⅢ点，点名为1号，“3”代表“CPⅢ”
256301
（轨道左侧）奇数
1、3、5、7、9、11等
256302
表示线路里程DK256范围内线路前进方向右侧的第1个CPⅢ点，点名为2号，“3”代表“CPⅢ”
256302
（轨道右侧）偶数
2、4、6、8、10、12等
6.3CPⅢ平面控制网测量
6.3.1平面定位精度
CPⅢ平面控制网测量控制点的定位精度要求如下表所示。
控制点的定位精度要求
控制点
测量方法
可重复性测量精度
相对点位精度
CPⅢ
自由测站边角交会测量
±1.5mm
1mm
注：
1、可重复性测量精度：
控制点两次测量，其X、Y方向坐标差的中误差。
2、相对点位精度：
相邻两点间相对点位误差椭圆长短轴平方和的开根号值。
6.3.2采用的仪器设备和自动观测软件
（1）全站仪标称精度必须满足如下要求
水平方向测量精度：
≤±1″
距离测量精度：
≤±1mm+2ppm
（2）全站仪应带目标自动搜索及照准（ATR）功能，TCA2003，每台仪器应配12～13个棱镜，全线应该采用Leica的精密棱镜。
（3）CPⅢ平面控制网的外业观测，应该采用智能型全站仪在自动观测软件的控制下进行自动观测。
CPⅢ平面控制网的自动观测软件应全线统一，而且自动观测软件应该通过铁道部有关部门的评审。
6.3.3作业方法
（1）CPⅢ平面控制网应在线下工程竣工且沉降和变形评估通过后施测。
施测前应对全线的CPⅠ、CPⅡ控制网进行复测和加密，施测时联测测区内所有复测合格的CPⅠ、CPⅡ点作为平差起算点。
（2）CPⅢ平面控制网采用自由测站边角交会的方法测量，每个自由测站观测12个CPⅢ点。
自由测站间距一般约为120m，观测CPⅢ点的最远距离不大于180m。
每个CPⅢ点至少应保证有三个自由测站上的方向和距离观测量，具体测量方法如图6-5所示。
自由测站编号统一为六位，沿线路里程增加方向编号。
具体规则为：
Z+×××（里程整公里数）+××（该公里段序号）。
图6-5CPⅢ平面控制网观测网形示意图
（3）受施工影响通视条件困难时，CPⅢ平面控制网的外业观测可采用图6-7所示的网形进行。
此时自由测站间距约为60m，每个测站应该观测8个CPⅢ点，每个CPⅢ点至少应保证有四个方向和四个距离的交会。
图6-7测站间距为60m的CPⅢ平面网网形示意图
（4）CPⅢ平面控制网水平方向采用多测回全圆方向观测法进行观测。
当观测方向较多时，可以采用分组全圆方向观测法。
全圆方向观测应满足下表的规定。
水平方向观测技术要求
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值
CPⅢ
05″
2
6″
9″
6″
15″
1″
3
6″
9″
6″
15″
（5）CPⅢ平面控制网距离测量采用多测回距离观测法，盘左和盘右分别对同一个CPⅢ点进行测量。
距离观测应满足下表的规定。
每个测站的CPⅢ距离测量，应该实时地在全站仪中输入温度和气压进行气象改正。
距离观测技术要求
控制网等级
仪器等级
测回数
盘左盘右较差
测回间测距较差
CPⅢ
1mm+1ppm
2
1mm
1mm
1mm+2ppm
3
1mm
1mm
（6）平面控制网测量可以根据需要分区段测量，区段长度不宜小于4km。
区段间应重复观测不少于6对CPⅢ点,作为重叠观测区域进行区段衔接。
（7）CPⅢ平面控制网测量应在气象条件相对比较稳定的天气（温差变化较小，湿度较小）下进行，尽量选择无风的阴天或夜晚无风的时段施测。
应完全避开日出、日落、日中天的前后1个小时的时段观测；夜间观测应注意避开强光源对观测的影响。
6.3.4与CPⅠ、CPⅡ控制点的联测
（1）CPⅢ控制网应每隔600m左右（500～700m）联测一个CPⅠ或CPⅡ控制点。
与上一级CPⅠ、CPⅡ控制点联测时，应至少通过两个或两个以上自由测站进行联测，如图6-8所示。
联测CPⅠ、CPⅡ控制点时观测视距不应大于300m。
图6-8与CPⅠ、CPⅡ控制点联测示意图
（2）若从自由测站上到CPⅠ或CPⅡ不能直接观测，可通过加密的自由测站JM001和JM002,使CPⅢ网点和CPⅡ点间接发生关系，加密的自由测站点JM001和JM002在地面上可以没有任何测量标志，此时联测示意图如图6-9所示。
加密的自由测站应尽可能多的观测控制网中的CPⅢ网点，至少应联测三个以上的CPⅢ网点，观测视距不应大于300m。
图6-9与CPⅠ、CPⅡ控制点通过自由测站的间接联测示意图
（3）联测CPⅠ、CPⅡ控制点时也可采取如图6-10所示的测量网形，即在CPⅠ或者CPⅡ点上设站，尽可能多地观测控制网中的CPⅢ点，至少应联测三个以上的CPⅢ网点，观测视距不应大于300m。
图6-10CPⅠ或者CPⅡ点上设站联测的CPⅢ测量网形示意图
6.3.4现场记录
每次测量开始应填写自由测站记录表，记录每个测站的温度、气压以及测量点等。
自由测站记录格式如下表所示。
CPⅢ平面控制测量自由测站测量记录表
线段第页共页
测量单位：
天气：
测量日期：
年月日
自由测站编号
温度
气压
CPⅢ点编号
备注
CPⅢ点编号
备注
自由测站、CPⅢ点编号示意图
说明：
将自由测站编号、CPⅢ点编号在以上示意图上标记出来
司镜：
记录：
测量时间：
时分
6.3.5内业数据处理
（1）数据检查
外业观测前，应将上表中各项技术指标输入CPⅢ数据采集程序，并检查全站仪中气象参数、棱镜常数等设置是否正确，然后方可进行数据采集，若测站观测数据超限，则应立即现场重测；搬站前，检查表格中是否已正确填写。
（2）数据计算与平差
①CPⅢ平面控制网数据计算和平差处理，应采用铁道部主管部门评审合格的软件，而且全线CPⅢ平面网平差计算的软件应统一，同时数据处理软件应与全站仪数据采集接口兼容。
②CPⅢ平面控制网采用独立自由网平差，并根据复测结论采用复测合格的CPⅠ、CPⅡ点成果进行固定约束平差；
③CPⅢ平面控制网平差时,按下表的规定对各项技术指标进行统计分析，检核控制网的平差精度。
平差结果不能满足规范要求的精度指标时，应进行返工测量。
CPⅢ平面控制网平差计算技术指标
控制网
方向观测值改正数
距离观测值改正数
方向观测中误差
距离观测中误差
约束平差点位中误差
相邻点相对点位中误差
CPⅢ平面网
≤±3.0″
≤±2mm
±1.8″
±1mm
±2mm
±1mm
④分段平差时，前后区段独立平差重合点坐标差值应≤±3mm。
满足该条件后，后一区段CPⅢ网平差，应采用后一区段的CPⅠ、CPⅡ控制点及前一区段重叠的CPⅢ点进行固定约束平差。
⑤坐标换带处CPⅢ控制网计算时,应分别采用相邻两个投影带的CPⅠ、CPⅡ坐标进行约束平差，并分别提交相邻投影带两套CPⅢ平面网的坐标成果。
提供两套坐标的CPⅢ重合段长度,应不小于800m。
⑥CPⅢ平面控制网的平差计算取位，应按下表中的规定执行。
CPⅢ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
0.1
0.01
0.01
0.01
0.1
（3）成果资料整理
测量成果的整理应正确完整，能够满足成果提交、评估验收和存档的要求。
6.4CPⅢ高程控制网测量
6.4.1主要技术要求
（1）CPⅢ控制网高程精度指标
CPⅢ控制点高程限差要求如下表所示。
CPⅢ控制点高程限差要求
控制点类型
可重复性测量精度
相邻点高差
相对点位精度
水
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