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高铁论文

一、客运专线测量控制网概述

1、客运专线铁路精密工程测量

客运专线铁路精密工程测量是相对于传统的铁路工程测量而言，为了保证客运专线铁路非常高的平顺性，轨道测量精度要达到毫米级。

其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。

我们把适合于客运专线铁路工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量。

由于客运专线铁路速度高（200km/h～350km/h），为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，要求客运专线铁路必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围以内。

从表中对比可知，为了适应客运专线铁路高速行车对平顺性、舒适性的要求，客运专线铁路轨道必须具有较高的平顺度标准，对于时速200km/h以上无碴和有碴铁路轨道平顺度均制定了较高的精度标准。

对于无碴轨道，轨道施工完成后基本不再具备调整的可能性，由于施工误差、线路运营以及线下基础沉降所引起的轨道变形只能依靠扣件进行微量的调整。

客运专线扣件技术条件中规定扣件的轨距调整量为±10mm，高低调整量－4、＋26mm，因此用于施工误差的调整量非常小，这就要求对施工精度有着较有碴轨道更严格的要求。

要实现客运专线铁路的轨道的高平顺性，除了对线下工程和轨道工程的设计施工等有特殊的要求外，必须建立一套与之相适应的精密工程测量体系。

纵观世界各国铁路客运专线铁路建设，都建立有一个满足施工、运营维护的需要的精密测量控制网。

精密工程测量体系应包括勘测、施工、运营维护测量控制网。

二、传统的铁路工程测量方法及其不足之处

由于过去我国铁路建设的速度目标值较低，对轨道平顺性的要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适应于勘测、施工、运营维护的完整的控制测量系统。

各级控制网测量的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网的精度要求，其测量作业模式和流程如下：

1）初测：

平面控制测量---初测导线：

坐标系统：

1954北京坐标系；测角中误差12.5″（25″

），导线全长相对闭合差：

光电测距1/6000，钢尺丈量1/2000。

高程控制测量---初测水准：

高程系统：

1956年黄海高程/1985国家高程基准，测量精度：

五等水准（30

）。

2）定测：

以初测导线和初测水准点为基准，按初测导线的精度要求放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。

3）线下工程施工测量以定测放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。

作为线下工程施工测量的基准。

4）铺轨测量

  直线用经纬仪穿线法测量；曲线用弦线矢距法或偏角法进行铺轨控制。

平面坐标系投影差大，采用1954年北京坐标系3°带投影，投影带边缘边长投影变形值最大可达340㎜/km，不利于采用采用GPS、全站仪等新技术采用坐标法定位发法进行勘测和施工放线。

没有采用逐级控制的方法建立完整的平面高程控制网，线路施工控制仅靠定测放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）进行控制，线路测量可重复性较差，当出现中线控制桩连续丢失后，就很难进行恢复。

测量精度低，由于导线方位角测量精度要求较低（25″

），施工单位复测时，经常出现曲线偏角超限问题，施工单位只有以改变曲线要素的方法来进行施工。

在普通速度条件下，不会影响行车安全和舒适度，但在高速行车条件下，就有可能影响行车安全和舒适度。

轨道的铺设不是以控制网为基准按照设计的坐标定位，而是按照线下工程的施工现状采用相对定位进行铺设，这种铺轨方法由于测量误差的积累，往往造成轨道的几何参数与设计参数相差甚远。

根据有关报道在浙赣线提速改造中已出现类似问题。

（如浙赣线出现的圆曲线半径与设计半径相差几百米，大半径长曲线变成了很多不同半径圆曲线的组合，缓和曲线、夹直线长度不够，曲线五大桩位置与设计位置相差太大，纵断面整坡变成了很多碎坡等）。

综上所述，过去的铁路测量规范及体系已不能适应中国铁路现代化建设的要求，必须建立一套适合中国铁路客运专线建设的工程测量体系。

下面举例说明“三网合一”的重要性

在武广客专建设中，由于原勘测控制网的精度和边长投影变形值不能满足无碴轨道施工测量的要求，后来按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的要求建立了CPⅠ、CPⅡ平面控制网和二等水准高程应急网。

采用了利用新旧网相结合使用的办法，即对满足精度的旧控制网仍用其施工；对不满足精度要求的旧控制网则采用CPⅠ、CPⅡ平面施工控制网与施工切线联测，分别更改每个曲线的设计进行施工，待线下工程竣工后再统一贯通测量进行铺轨设计的方法。

由于工程已开工，新旧两套坐标在精度和尺度上都存在较大的差异，只能通过单个曲线的坐标转换来启用新网，给设计施工都造成了极大的困难。

在京津城际铁路建设中，由于线下工程施工高程精度与轨道施工高程控制网精度不一致，造成了部分墩台顶部施工报废重新施工的情况。

遂渝线无碴轨道试验段线路长12.5km，最小曲线半径为1600m，勘测设计阶段采用《新建铁路工程测量规范》要求的测量精度施测，即平面坐标系采用1954年北京坐标系3°带投影，边长投影变形值满足达210mm/km，导线测量按《新建铁路工程测量规范》初测导线要求1/6000的测量精度施测，施工时，除全长5km的龙凤隧道按C级GPS测量建立施工控制网外，其余地段采用勘测阶段施测的导线及水准点进行施工测量。

铁道部决定在该段进行铺设无碴轨道试验时，线下工程已基本完成，为了保证无碴轨道的铺设安装，在该段线路上采用B级GPS和二等水准进行平面高程控制测量，平面坐标采用工程独立坐标，边长投影变形值满足≤3mm/km，施工单位在无碴轨道施工时，采用新建的B级GPS和二等水准点进行施工。

由于勘测阶段平面控制网精度与无碴轨道平面控制网精度和投影尺度不一致，致使按无碴轨道高精度平面控制网测量的线路中线与线下工程中线横向平面位置相差达到50cm。

为了不废弃既有工程，施工单位不得不反复调整线路平面设计，最终将曲线偏角变更了17秒，将线路横向平面位置误差调到路基段进行消化，使路基段的线路横向平面位置误差消化量最大达到70～80cm，这样才满足了无碴轨道试验段的铺设条件。

由此可见，线下工程施工平面控制网精度与无碴轨道施工平面控制网精度相差太大，会给无碴轨道施工增加很多困难，遂渝线无碴轨道试验段的速度目标值为200km/h，而且线路只有12.5km，有大量的路基段可以消化误差，调整起来比较容易。

当速度目标值为250km/h～350km/h时，线路均为桥隧相连，没有路基段消化误差，误差调整工作更困难。

当误差调整消化不了时，就会造成局部工程报废。

客运专线铁路轨道必须具有非常精确的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围以内，测量控制网的精度在满足线下工程施工控制测量要求的同时必须满足轨道铺设的精度要求，使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。

轨道的外部几何尺寸体现出轨道在空间中的位置和标高，根据轨道的功能和与周围相邻建筑物的关系来确定，由其空间坐标进行定位。

轨道的外部几何尺寸的测量也可称之为轨道的绝对定位。

轨道的绝对定位通过由各级平面高程控制网组成的测量系统来实现，从而保证轨道与线下工程路基、桥梁、隧道、站台的空间位置坐标、高程相匹配协调。

由此可见，必须按分级控制的原则建立铁路测量控制网。

客运专线铁路工程测量平面控制网第一级为基础平面控制网（CPⅠ），第二级为线路控制网（CPⅡ），第三级为基桩控制网（CPⅢ）。

各级平面控制网的作用和精度要求为：

（1）CPⅠ主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准，采用GPSB级（无碴）/GPSC级（有碴）网精度要求施测；

（2）CPⅡ主要为勘测和施工提供控制基准，采用GPSC级（无碴）/GPSD级（有碴）级网精度要求施测或采用四等导线精度要求施测（3）CPⅢ主要为铺设无碴轨道和运营维护提供控制基准，采用五等导线精度要求施测或后方交会网的方法施测；

客运专线铁路工程测量精度要求高，施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。

由于地球面是个椭球曲面，地面上的测量数据需投影到施工平面上，曲面上的几何图形在投影到平面时，不可避免会产生变形。

采用国家3°带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到340mm/km，这对无碴轨道的施工是很不利的，它远远大于目前普遍使用的全站仪的测距精度（1~10mm/km），对工程施工的影响呈系统性。

从理论上来说，边长投影变形值越小越有利。

因此规定客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网采用工程独立坐标系，把边长投影变形值控制在10mm/km，以满足无碴轨道施工测量的要求。

    现行的《新建铁路工程测量规范》、《既有铁路工程测量规范》有碴轨道铁路测量规范各级控制网测量的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制的要求而制定，没有考虑轨道施工对测量控制网的精度要求，轨道的铺设是按照线下工程的施工现状，采用相对定位的方法进行铺设。

即轨道的铺设是按照20m弦长的外矢距来控制轨道的平顺性，没有采用坐标对轨道进行绝对定位，相对定位的方法能很好的解决轨道的短波不平顺性，而对于轨道的长波不平顺性无法解决。

对于客运专线铁路，曲线的半径大，弯道长，如果仅采相对定位的方法进行铺轨控制，而不采用坐标进行绝对控制，轨道的线型根本不能满足设计要求。

现用一个弯道为例作一简要说明：

    我们知道，曲线外矢距F=C²/8R  式中C为弦长，R为半径。

现有一半径为2800m（时速200～250公里有碴轨道铁路的最小曲线半径）的弯道，铺轨时若按10m弦长3mm的轨向偏差（即用20m弦长的外矢距偏差）的轨向偏差来控制曲线，则：

当轨向偏差为0时，R=2800m；当轨向偏差为+3mm时，R=2397m；当轨向偏差为-3mm时，R=3365m。

这一问题在浙赣线提速改造建设中已暴露出来，即一个大弯道由几个不同半径的曲线组成，且半径相差几百米。

由此可见，只采用10m弦长3mm（有碴）/10m弦长2mm（无碴）的轨向偏差来控制轨道的平顺性是不严密的，因此必须采用相对控制与坐标绝对控制相结合的方法来进行轨道铺轨控制。

客运专线无碴轨道铁路首级高程控制网应按二等水准测量精度要求施测。

铺轨高程控制测量按精密水准测量（每公里高差测量中误差2mm）要求施测。

四、客运专线无碴轨道铁路工程测量技术要求

高程控制测量精度

1、勘测高程控制网应优先采用二等水准测量，困难时可采用四等水准测量。

2、分两阶段实施水准测量时，线下工程施工完成后，全线按二等水准测量要求建立水准基点控制网，应允许对线路纵断面进行调整，即利用贯通的二等水准对线下工程高程进行测量，然后重新设计纵断面。

3、当线下工程为桥隧相连时，线路纵断面调整余地较小，此时应在工程施工前按二等水准测量要求建立水准基点控制网。

五、武广客运专线桥梁控制测量

1、简介

我单位施工的项目有西瓜地特大桥、乐城街大桥、昌山特大桥，还有三座框架式涵洞武广客运专线桥梁所占比例较大，线下土建段5标的高墩都集中在西瓜地特大桥中，最高墩身达32.5m。

该桥中心里程为DK1941+392.61，桥址处于广东省乐昌市山间盆地的边缘地带，地形起伏明显。

全桥99跨，桥梁全长3227.38m。

    该桥CPII控制点有4个，间距在800m~1000m范围，符合CPII布点要求，水准点有3个，间距在1公里左右范围，符合二等水准布点要求。

昌山特大桥和新乐昌站位于两个山头之间，昌山特大桥位于新乐昌站范围，连接乐城街隧道和昌山隧道，其分跨类型为5-32m（预应力简支箱梁）+5×32m（变截面预应力连续箱梁）+1-32m（预应力简支箱梁）+6×32m（预应力连续箱梁）+9-32m（预应力简支箱梁），全桥梁部施工采用为现浇法施工。

桥中心里程为DK1944+691.22,桥梁全长为863.79m。

5#～17#位于道岔区。

其中预应力简支箱梁梁长为32.6m，梁宽为13.4m，梁高为3.05m。

  该桥CPII控制点有3个，间距在800m~1000m范围，符合CPII布点要求，水准点有2个，间距在1公里左右范围，符合二等水准布点要求。

我单位在武广客运专线共投入测量仪器4台，使用状况良好。

拓普康602全站仪（用于控制测量和施工测量）

拓普康311全站仪（用于施工测量）

蔡司DINI12电子水准仪（用于二等水准测量和沉降变形观测）

宾得自动安平水准仪（用于施工测量）

。

2.2测量方法

平面控制网测量：

角度测量采用全圆法六个测回测量，边长采用对向4个测回测量。

观测中认真做好测量记录。

高程控制测量：

采用二等水准测量的方法测量，按照“后—前—前—后”和“前—后—后—前”的顺序进行往返测量。

观测中认真做好测量记录。

2.3对观测中的误差采分析

   根据对外业测量数据的误差分析，观测值中的误差主要有下列三方面的原因：

   1、观测者

   由于观测者的感觉器官的鉴别能力的局限性，在仪器安置、照准、读数等工作中都会产生误差，同时观测者的技术水平及工作态度也会对观测结果产生影响。

2、测量仪器  

   测量仪器都具有一定的精密度，所以使观测结果的精度受到限制，另外仪器本身的缺陷，也会使观测结果产生误差。

3、外界的观测条件

在野外观测过程中，外界条件的因素，如天气的而变化，地形的起伏、周围建筑物的状况，以及光线的强弱、照射的角度大小等，会使视线弯曲，产生折光现象，都会使观测结果产生误差。

2.4对观测中的误差采取相应有效的措施

根据以上分析，我们在外业测量过程中采取了一系列措施，尽量满足等精度观测。

保证观测成果的精度，满足规范要求。

   1.建立专门的控制测量领导小组和观测小组，并明确各自职责，分工负责，各施其责。

加强客运专线控制测量技术标准和操作技能培训。

2.使用的测量仪器满足测量等级的需要。

仪器经过鉴定合格后方可使用，在运输过程中，全站仪和电子水准仪不准直接放置在车上，必须专人抱着或背着，条码因瓦标尺必须放在盒内。

保证仪器和因瓦标尺的正常使用。

3.实行的等精度观测即在相同的条件下观测，但是在实际工作中很难保证等精度观测。

在测量过程中实行“人员、仪器、测量方式”三固定。

在水准测量中采用同一线路进行，往测时在地面上做标记，以便返测时使用。

4.严格按照四等导线测量和二等水准测量的要求进行。

测量记录采用答应制，避免读数读错或记录记错。

5.观测过程中，受到外界条件的因素很多，在作业过程中，应注意尽量予以避免，例如，给仪器打伞遮阳，置镜是三角架固定牢固，观测过程中人员不要随意走动等等。

2.5观测数据进行整理汇总

对外业测量数据进行整理汇总，平面控制测量原始资料将角度、距离及控制网示意图整理出，以进行严密平差。

高程控制测量原始资料将已知水准点资料、每段水准线路的高差及距离整理出，以进行严密平差。

2.6内业平差计算

我们采用平差计算的软件是清华三维测量控制网平差系Nasew3.0。

界面如图所示。

Nasew3.0具有如下特点：

1.适用于任意形式任意规模的平面和高程控制网的概算、平差和设计。

2.自动求解控制网各种线路闭合差，提供了多种粗差定位和自动剔除功能。

具有多种平差方法可选。

3.在输入过程中，自动计算坐标、高程、差值等，并辅以网图动态显示。

观测输入可选标准格式和多种常用网格式，可选具有内联的文本编辑方式。

4.提供了与打印机和纸张自适应的网图打印，成果打印，格式和有效位数等可控易控，并具有打印前的预览功能。

2.6定期复测控制网

平面高程控制网每隔4个月复测一次，复测结果满足规定要求的，提出书面报告由监理批准后方可使用复测数据。

注意：

在线下平面高程控制网测量或定期复测工作中，平面控制测量平差要将相邻单位的两个控制点参与平差，高程控制测量平差要将相邻单位的一个水准点参与平差，以进行复核。

客运专线桥梁沉降变形观测的内容：

墩台基础沉降变形观测

预应力混凝土梁的徐变变形观测

2、观测精度等级

武广客运专线变形测量等级“三等”要求设计。

因此工作基点网按二等水准测量要求施测（《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》、《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》），主要技术要求为：

  每站高差中误差0.3mm

        往返较差、符合或环线闭合差≤0.6     mm（n为测站数）

        监测已测高差较差≤0.8     mm（n为测站数）

   按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》、《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》中的要求采用国家一等精密水准测量施测，主要技术要求为：

        高程中误差≤±1.0mm

        相邻点高差中误差≤±0.5mm

        往返较差、符合或环线闭合差≤0.6    mm（n为测站数）

3、沉降变形观测频次

如表中所示。

   需要说明的一点是，在沉降变形观测中，沉降量的计算是本次测量的标高和上次的标高之差，在观测点位置移动后，测量的标高发生很大的改变，此时需要在本次沉降量的单元格中填写为0，这样才能保证评估的正确性。

另外就是特别注意初始值的观测精度，一般初始值我们观测三次取最近的结果为初始值。

因为初始值的精度直接影响到沉降变形观测数据的可靠性。

4、观测仪器的选择

由于沉降变形测量要求精度高，所以必须采用高精度的测量仪器。

工作基点和沉降观测点观测所使用的仪器是德国蔡司DINI12电子水准仪，其望远镜放大率为32倍，圆气泡灵敏度10//2mm。

水准标尺为伪机条码尺，电子水准仪自动识别并存储数据，最小读数为0.01mm。

采用两个2.5kg的尺垫作为转点尺承，仪器和标尺均送检定单位进行检验，观测前均按规范进行常规的检查。

5、工作基点及观测点的建立

工作基点选点与埋点

   工作基点设在沉降影响范围以外便于长期保存的稳定位置，沿线路方向200m左右进行设置。

并满足了结构物观测的需要。

为了保证工作基点的稳固性，严格按照规范要求进行设置，设置方法如图所示。

观测点的设置

   对于岩石地基、嵌岩桩基础的桥梁可选择典型墩台，例如：

特殊桥跨、高墩、基岩不均匀及桩位出现岩溶与摩擦桩相邻嵌岩桩，数量不少于墩台点数的30%。

对于摩擦桩、非岩石地基的桥墩台应逐墩台布设测点。

梁体徐变观测点的设置，对于工厂化预制的梁，在原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的预应力混凝土梁可每30孔选择1孔进行观测，对于现浇预应力箱梁，同一种施工方法，施工前1~3孔梁进行重点观测，根据观测结果调整梁的反拱值，其他孔位梁选择典型梁进行观测，且不少于30%。

墩台基础施工完成在承台四角侧设置观测点，若基础需要回填或地势低洼且有水，可以将观测桩点转移布设在墩台身上，并在墩身横向对称布设2个点，一般距地面0.5m~1.0m比较合适。

预应力混凝土梁徐变上拱观测点设置在梁端和跨中位置，距防撞墙约0.2m，在桥面防水层、保护层施工后，在铺设无砟轨道前移至铺装层顶面，作为永久性测点，继续观测。

如图所示。

西瓜地特大桥根据实际情况选择32个墩台和5跨梁体进行沉降变形观测。

乐城街大桥根据实际情况选择5个墩台和1跨梁体进行观测。

昌山特大桥由于属于特殊梁跨梁体徐变全部观测，选择10个墩台进行沉降观测。

桥台是必须观测的，因为要进行过渡段评估时使用。

6、观测方法的选择

根据各等级水准观测主要技术要求，观测采用中丝读数法，按要求对每一路线进行往返观测，视线高度及测站的观测限差均按规范进行。

工作基点采用二等水准测量，观测点的测量采用国家一等精密水准测量。

具体要求见表中的规定。

在工作基点测量中由于线路较长，每天只能分段测量，为了避免外界温度的影响，在每天同一时段进行观测，提高测量精度。

7、观测数据的处理

      相邻工作基点高差中误差1.0mm

观测数据计算采用清华三维测量控制网平差系统Nasew3.0。

进行严密平差。

我们对西瓜地特大桥水准基点网及55#墩（07年5月24日至07年10月6日）的观测数据进行了严密平差。

外业数据采集后，计算合格后进行严密平差计算，在满足精度的情况下，可以认为数据可靠。

处理结果如表中所示，可以看出我们的测量方法是能够满足要求的。

8、沉降变形评估参考文件

8-1、行业规范及标准

（1）《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（下称《评估技术指南》），铁建设[2006]158号，铁道部，中国，2006

（2）《客运专线无蹅轨道铁路设计指南》，铁建设函[2005]754号，铁道部，中国，2005

   （3）《新建时速度300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下），铁建设[2007]47号，铁道部，中国，2007

   （4）《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》，铁建设[2006]189号，铁道部，中国，2006

8-2、 武广公司文件

（1）《武广客运专线沉降变形观测系统实施细则》，武广工[2007]119号，2007年9月

（2）《武广铁路客运专线沉降变形观测分析评估实施方案》，武广工[2007]218号，2007年11月

    （3）《武广铁路客运专线沉降观测数据录入与管理细则》，武广工[2007]272号，2007年12月

9、提供评估报告的资料