高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ精密測(cè)量若干問(wèn)題探討

周東衛(wèi)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

1 概述

軌道控制網(wǎng)CPⅢ是無(wú)砟軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的控制基準(zhǔn)，CPⅢ網(wǎng)在線上工程無(wú)砟軌道施工之前建立，在工程施工中為軌道板鋪設(shè)施工和軌道精調(diào)提供測(cè)量依據(jù)，確保軌道的平順性滿足客運(yùn)專線的標(biāo)準(zhǔn)，在工程竣工后移交給運(yùn)營(yíng)單位用于運(yùn)營(yíng)期間軌道維護(hù)測(cè)量。CPⅢ網(wǎng)具有測(cè)量精度高、點(diǎn)位分布密集、外業(yè)觀測(cè)工作量大、使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前，我國(guó)客運(yùn)專線無(wú)砟軌道CPⅢ網(wǎng)控制測(cè)量方法采用從德國(guó)引進(jìn)的方法，國(guó)內(nèi)鐵路施工技術(shù)人員有必要在消化、吸收國(guó)外CPⅢ測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步探討，形成符合我國(guó)無(wú)砟軌道施工實(shí)際需求的作業(yè)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)客運(yùn)專線無(wú)砟軌道施工測(cè)量的要求。

2 CPⅢ外業(yè)測(cè)量若干問(wèn)題探討

2.1 三維測(cè)量點(diǎn)位置的定義

CPⅢ網(wǎng)是平面位置和高程位置共點(diǎn)的三維控制網(wǎng)。目前，CPⅢ三維網(wǎng)平面和高程是分開(kāi)測(cè)量后合并形成共點(diǎn)的三維網(wǎng)，但其使用時(shí)卻是平面和高程同時(shí)使用。因此，CPⅢ控制點(diǎn)的三維精密測(cè)量標(biāo)志的平面和高程位置應(yīng)進(jìn)行明確的定義，以便于施工測(cè)量過(guò)程中將其統(tǒng)一歸算到棱鏡中心，從而滿足不同區(qū)段CPⅢ網(wǎng)之間進(jìn)行搭接測(cè)量和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)測(cè)量的需要。

CPⅢ測(cè)量標(biāo)志通常由永久性的預(yù)埋件、平面和高程強(qiáng)制對(duì)中測(cè)量桿以及精密棱鏡組成，其中，測(cè)量棱鏡應(yīng)有相應(yīng)的資質(zhì)認(rèn)證，強(qiáng)制對(duì)中支架應(yīng)采用抗腐蝕、耐磨的材料制成，且需易于保護(hù)。采用不同的測(cè)量標(biāo)志進(jìn)行測(cè)量時(shí)，CPⅢ控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程點(diǎn)定義的位置并不相同，考慮到施工測(cè)量需要采用CPⅢ棱鏡中心三維坐標(biāo)，測(cè)量標(biāo)志的棱鏡中心高程需要通過(guò)高程定義點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，后續(xù)施工測(cè)量過(guò)程中務(wù)必要注意這一點(diǎn)。圖1和圖2分別為德國(guó)CPⅢ測(cè)量標(biāo)志和中鐵一院測(cè)量標(biāo)志桿及其測(cè)量點(diǎn)位置的定義示意。

由圖1可以看出，德國(guó)測(cè)量標(biāo)志的平面位置定義為標(biāo)識(shí)螺栓的前邊緣中心，高程位置定義為標(biāo)識(shí)螺栓前端的上邊緣，高程點(diǎn)與棱鏡中心存在0.1 m的偏差常數(shù)。由圖2可知，中鐵一院測(cè)量標(biāo)志的平面位置定義為平面測(cè)量桿前邊緣的中心，高程位置定義為高程測(cè)量桿球形突起的上邊緣，高程點(diǎn)與棱鏡中心存在一個(gè)球半徑0.01 m的偏差常數(shù)。

圖1 德國(guó)測(cè)量標(biāo)志組件及其測(cè)量點(diǎn)的定義(單位:mm)

圖2 中鐵一院測(cè)量標(biāo)志桿及其測(cè)量點(diǎn)的定義

2.2 特殊情況下與高級(jí)控制點(diǎn)的聯(lián)測(cè)方法

CPⅢ軌道控制網(wǎng)一般沿線路左右兩側(cè)成對(duì)設(shè)置，點(diǎn)對(duì)間距約60～70 m，兩點(diǎn)橫向距離15 m，要求相鄰點(diǎn)平面相對(duì)精度優(yōu)于1 mm，同精度復(fù)測(cè)較差優(yōu)于3 mm。

其施測(cè)方法采用全站儀自由測(cè)站的測(cè)量模式，對(duì)測(cè)站前后各3對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行2～3測(cè)回測(cè)量，同時(shí)每隔400～800 m聯(lián)測(cè)一次CPⅠ/CPⅡ高級(jí)控制點(diǎn)，以控制誤差累積并將CPⅢ納入到線路坐標(biāo)系中。對(duì)于相鄰測(cè)站，將重復(fù)觀測(cè)4對(duì)CPⅢ點(diǎn)，以保證每個(gè)CPⅢ點(diǎn)都能被至少三組不相關(guān)的觀測(cè)量所確定，從而使相鄰CPⅢ控制點(diǎn)之間達(dá)到極高的相對(duì)精度，滿足無(wú)砟軌道鋪設(shè)高平順性的要求。

在CPⅢ平面觀測(cè)中，一般采用120 m設(shè)站的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)網(wǎng)形，全站儀置鏡于自由測(cè)站點(diǎn)，在觀測(cè)CPⅢ軌道控制點(diǎn)的同時(shí)，可以直接聯(lián)測(cè)到CPⅠ/CPⅡ高級(jí)控制點(diǎn)。目前，為了聯(lián)測(cè)高級(jí)控制點(diǎn)的方便，橋梁段的CPⅠ/CPⅡ均要求統(tǒng)一加密到橋梁防撞墻頂面的穩(wěn)固位置。路基段的CPⅠ/CPⅡ一般位于地面上，自由測(cè)站點(diǎn)位于路基中間。受外界通視條件的限制，有時(shí)很難在連續(xù)的3個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)到CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)，這時(shí)，可以考慮采用由測(cè)站間距120 m轉(zhuǎn)測(cè)站間距60 m的觀測(cè)網(wǎng)形，如圖3所示。如果遇到高路基地段，自由測(cè)站點(diǎn)位于路基中間，一般無(wú)法觀測(cè)到CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)，這時(shí)可以考慮在CPⅠ/CPⅡ置鏡觀測(cè)CPⅢ的聯(lián)測(cè)方法，如圖4左所示。當(dāng)CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)離線路較遠(yuǎn)，可以在線路外合適位置設(shè)置輔助點(diǎn)，在輔助點(diǎn)上架設(shè)儀器，觀測(cè)臨近的CPⅢ點(diǎn)和CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)，如圖4右所示。

圖3 CPⅠ/CPⅡ被障礙物遮擋時(shí)測(cè)站間距由120 m轉(zhuǎn)為60 m的觀測(cè)網(wǎng)形(單位:m)

圖4 在CPⅠ/CPⅡ置鏡觀測(cè)CPⅢ(左)與在輔助點(diǎn)自由測(cè)站觀測(cè)置鏡CPⅠ/CPⅡ(右)的觀測(cè)網(wǎng)

2.3 外業(yè)觀測(cè)的注意事項(xiàng)

無(wú)砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)作為后續(xù)軌道板安裝和軌道精調(diào)測(cè)量的控制基準(zhǔn)，要求相鄰點(diǎn)平面相對(duì)精度必須優(yōu)于1 mm，同精度復(fù)測(cè)較差優(yōu)于3 mm。根據(jù)筆者參與國(guó)內(nèi)多條客運(yùn)專線CPⅢ網(wǎng)測(cè)量工作的實(shí)踐，要達(dá)到如此的高精度，不僅需要有一整套成熟合理的數(shù)據(jù)處理方法來(lái)保證計(jì)算成果的正確可靠，精度評(píng)定的合理，而且還需保證外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)采集的高精度和高可靠性，干凈、高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)精度是關(guān)系到計(jì)算成果能否滿足無(wú)砟軌道施工精度要求的重要前提。為此，筆者圍繞如何提高平面數(shù)據(jù)采集的精度和可靠性，總結(jié)出了如下的操作流程與注意事項(xiàng)。

(1)作業(yè)人員應(yīng)對(duì)儀器與CPⅢ測(cè)量軟件各部件的性能、作用，及操作程序、方法、技術(shù)要求等全面了解后，方能獨(dú)立作業(yè)。

(2)平面觀測(cè)宜安排在夜間或陰天進(jìn)行。夜間觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意視線方向不能有強(qiáng)光直射，且測(cè)站附近不能有震動(dòng)干擾。

(3)測(cè)量前，應(yīng)預(yù)先將儀器、氣壓表、溫度計(jì)打開(kāi)，使與外界相適應(yīng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后再觀測(cè)。讀取氣象元素時(shí)，氣壓表應(yīng)置平，溫度計(jì)須懸掛在離地面約1.5 m左右或與儀器近似同高，不受陽(yáng)光直射、受輻射影響小和通風(fēng)良好的地方。每一測(cè)站應(yīng)對(duì)測(cè)量的距離進(jìn)行氣象改正。溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa。

(4)進(jìn)行CPⅢ觀測(cè)前首先要配置全站儀，對(duì)全站儀進(jìn)行自動(dòng)檢校，開(kāi)啟自動(dòng)照準(zhǔn)功能、精測(cè)距模式、補(bǔ)償器，正確設(shè)置棱鏡常數(shù)和氣象參數(shù);按照規(guī)范要求設(shè)置觀測(cè)限差;進(jìn)行測(cè)站設(shè)置后開(kāi)始學(xué)習(xí)測(cè)量，學(xué)習(xí)測(cè)量過(guò)程中應(yīng)正確輸入各CPⅢ點(diǎn)號(hào);學(xué)習(xí)完畢后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行第一測(cè)回測(cè)量時(shí)，觀測(cè)人員需對(duì)各CPⅢ點(diǎn)測(cè)量是否正確進(jìn)行確認(rèn)，檢查各點(diǎn)號(hào)輸入的正確性。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，對(duì)不合格的觀測(cè)值重新測(cè)量，直至合格為止。若長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量不合格，需檢查溫度、氣壓是否發(fā)生變化，若已發(fā)生變化，需輸入當(dāng)前的氣象參數(shù)，并將整個(gè)測(cè)站返工重測(cè)。

(5)置于CPⅢ控制點(diǎn)上的棱鏡桿與預(yù)埋件應(yīng)完全套合連接，并應(yīng)確保棱鏡在棱鏡桿上安裝到位后正對(duì)全站儀。觀測(cè)人員須待棱鏡正確安置后方可進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)正確輸入對(duì)應(yīng)棱鏡的棱鏡常數(shù)。

(6)測(cè)量開(kāi)始后，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真填寫(xiě)CPⅢ平面網(wǎng)自由測(cè)站的外業(yè)測(cè)量記錄，不允許事后補(bǔ)填。外業(yè)記錄內(nèi)容包括:天氣狀況、溫度、濕度、氣壓、CPⅢ點(diǎn)號(hào)與觀測(cè)順序、示意圖上的CPⅢ點(diǎn)的相互關(guān)系以及點(diǎn)號(hào)輸錯(cuò)問(wèn)題與其他異常情況。

(7)觀測(cè)時(shí)盡量避免施工干擾。棱鏡內(nèi)不能有任何遮擋，務(wù)必保證所有目標(biāo)點(diǎn)都能通視，并且附近沒(méi)有反光馬甲或其他類(lèi)似的反光表面。

(8)定時(shí)對(duì)儀器的工作狀況進(jìn)行檢查，避免觀測(cè)出現(xiàn)系統(tǒng)誤差。

CPⅢ控制網(wǎng)高程按精密水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)要求進(jìn)行單程測(cè)量，且水準(zhǔn)觀測(cè)應(yīng)在標(biāo)尺分劃成像清晰而穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。如在觀測(cè)過(guò)程中遇到標(biāo)尺分劃線的影像跳動(dòng)劇烈、氣溫突變或風(fēng)力過(guò)大而使標(biāo)尺與儀器不能穩(wěn)定時(shí)，則不應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)前首先要按規(guī)范要求對(duì)儀器參數(shù)和測(cè)站限差參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置。在觀測(cè)過(guò)程中還應(yīng)注意如下事項(xiàng):

①觀測(cè)前30 min，應(yīng)將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致;設(shè)站時(shí)，應(yīng)用測(cè)傘遮蔽陽(yáng)光;遷站時(shí)，應(yīng)罩以儀器罩。使用數(shù)字水準(zhǔn)儀前，還應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱不少于20次單次測(cè)量。

②自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的圓水準(zhǔn)器應(yīng)嚴(yán)格置平。

③在連續(xù)各測(cè)站上安置水準(zhǔn)儀的三角架時(shí)，應(yīng)使其中兩腳與水準(zhǔn)路線的方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。

④每一測(cè)段的往測(cè)與返測(cè)，其測(cè)站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。由往測(cè)轉(zhuǎn)為返測(cè)時(shí)，兩支標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并應(yīng)重新整置儀器。

⑤對(duì)于數(shù)字水準(zhǔn)儀，應(yīng)避免望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)著太陽(yáng);盡量避免視線被遮擋，遮擋不要超過(guò)標(biāo)尺在望遠(yuǎn)鏡中截長(zhǎng)的20%;儀器只能在廠方規(guī)定的溫度范圍內(nèi)工作;確信震動(dòng)源造成的震動(dòng)消失后，才能啟動(dòng)測(cè)量鍵。

⑥觀測(cè)間歇時(shí)，最好在水準(zhǔn)點(diǎn)上結(jié)束。否則，應(yīng)在最后一站選擇兩個(gè)堅(jiān)穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置標(biāo)尺的固定點(diǎn)，作為間歇點(diǎn)。

⑦測(cè)站觀測(cè)誤差超限，在本站發(fā)現(xiàn)后可立即重測(cè)，若遷站后才檢查發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)從水準(zhǔn)點(diǎn)或間歇點(diǎn)(應(yīng)檢測(cè)符合限差)起始，重新觀測(cè)。

⑧間歇后應(yīng)對(duì)間歇點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，比較任意兩尺承點(diǎn)間歇前后所測(cè)高差，若符合限差要求，即可由此起測(cè);若超過(guò)限差，可變動(dòng)儀器高再檢測(cè)一次，如仍超限，則應(yīng)從前一水準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)。

3 CPⅢ數(shù)據(jù)處理方法探討

CPⅢ網(wǎng)具有路線長(zhǎng)、控制點(diǎn)多、施測(cè)方法與國(guó)內(nèi)測(cè)量方法顯著不同以及控制點(diǎn)間的內(nèi)符合精度要求高等特點(diǎn)，故傳統(tǒng)控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件已無(wú)法處理。為了該類(lèi)工程的順利實(shí)施，國(guó)內(nèi)各設(shè)計(jì)院均開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，用于該類(lèi)工程以及同類(lèi)精密工程測(cè)量的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)具有各種比較成熟的數(shù)據(jù)處理算法，得到的成果穩(wěn)定、可靠，能夠客觀、合理地評(píng)定各項(xiàng)精度。

(1)CPⅢ測(cè)站數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查:以測(cè)站為單位按照規(guī)范規(guī)定的精度指標(biāo)檢核外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)CPⅢ網(wǎng)橫向和縱向閉合差的計(jì)算與檢核:橫向閉合差由CPⅢ網(wǎng)中任意兩個(gè)相鄰的自由測(cè)站點(diǎn)和任意一對(duì)CPⅢ點(diǎn)形成;縱向閉合差由CPⅢ網(wǎng)中任意兩個(gè)相鄰的自由測(cè)站點(diǎn)和被這兩個(gè)測(cè)站重疊觀測(cè)沿線路方向相鄰的兩個(gè)CPⅢ點(diǎn)形成。對(duì)CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行橫向和縱向閉合差的檢核可發(fā)現(xiàn)相鄰測(cè)站的幾何圖形不符值，檢核觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

(3)CPⅢ網(wǎng)分區(qū)無(wú)定向概略坐標(biāo)計(jì)算:針對(duì)CPⅢ網(wǎng)規(guī)模較大、采用邊角聯(lián)合后方交會(huì)的方法進(jìn)行施測(cè)的特點(diǎn)，采用該法可極大地提高概略坐標(biāo)計(jì)算的正確性和精度。

(4)粗差探測(cè)與剔除:CPⅢ網(wǎng)數(shù)據(jù)采集量大，在大量的野外數(shù)據(jù)觀測(cè)中難免出現(xiàn)粗差，粗差的存在會(huì)對(duì)最小二乘平差參數(shù)估計(jì)帶來(lái)嚴(yán)重的影響和扭曲，因此，粗差的探測(cè)與剔除是CPⅢ網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中必不可少的環(huán)節(jié)。

(5)方差分量估計(jì):采用Helmert方差分量估計(jì)合理地確定邊、角觀測(cè)值的權(quán)比，確定外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)隨機(jī)模型。

(6)經(jīng)典平差、自由網(wǎng)平差與擬穩(wěn)平差:經(jīng)典平差用于CPⅢ網(wǎng)點(diǎn)施工坐標(biāo)的求解與客觀評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)的精度指標(biāo);自由網(wǎng)平差可用于客觀評(píng)定觀測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)符合精度;擬穩(wěn)平差可用于選擇兼容的起算點(diǎn)。

(7)測(cè)量成果歸算改正:由于CPⅠ/CPⅡ坐標(biāo)和CPⅢ觀測(cè)值不在一個(gè)系統(tǒng)，需要對(duì)CPⅢ網(wǎng)測(cè)距邊長(zhǎng)進(jìn)行兩化改正，一是將空間距離歸算到高斯投影面上的弦長(zhǎng)改正;二是在距離中央子午線不同處，投影變形不同，對(duì)弦長(zhǎng)根據(jù)其距離中央子午線的概略位置進(jìn)行長(zhǎng)度改正，將投影面上的弦長(zhǎng)值改化為高斯平面距離。

筆者結(jié)合多年CPⅢ數(shù)據(jù)處理的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了一套無(wú)砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)精密測(cè)量的數(shù)據(jù)處理流程，并針對(duì)該類(lèi)工程開(kāi)發(fā)了“中鐵一院CPⅢ精密控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”軟件:首先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查與可靠性檢核，然后采用秩虧自由網(wǎng)平差檢核測(cè)量系統(tǒng)的內(nèi)符合精度;自由網(wǎng)平差通過(guò)后，采用擬穩(wěn)平差選擇兼容的起算點(diǎn)，最后引入外部基準(zhǔn)進(jìn)行約束平差處理;在平差過(guò)程中進(jìn)行粗差的探測(cè)與剔除，再用Helmert方差分量估計(jì)方法合理地確定邊、角的權(quán)比關(guān)系;考慮到CPⅢ邊長(zhǎng)觀測(cè)值與CPⅠ/CPⅡ坐標(biāo)系統(tǒng)存在尺度不一致的問(wèn)題，計(jì)算過(guò)程中需要對(duì)測(cè)距邊長(zhǎng)進(jìn)行兩化改正。

4 兩化改正及其對(duì)后續(xù)施工測(cè)量的影響

CPⅢ網(wǎng)需要納入到無(wú)砟軌道線路坐標(biāo)系中，聯(lián)測(cè)的CPⅠ/CPⅡ線路控制點(diǎn)是投影到抵償高程面上的高斯平面坐標(biāo);而CPⅢ網(wǎng)測(cè)距邊長(zhǎng)是測(cè)站中心高程面上的距離，是連接地面兩點(diǎn)間的直線斜距，而并非是高斯平面上的距離。這樣CPⅠ/CPⅡ控制點(diǎn)坐標(biāo)(或由坐標(biāo)反算出的距離)與CPⅢ觀測(cè)值就不在一個(gè)系統(tǒng)，也即產(chǎn)生尺度不一致的問(wèn)題。因此，需要對(duì)CPⅢ網(wǎng)測(cè)距邊長(zhǎng)進(jìn)行兩化改正，一是將空間距離歸算到高斯投影面上的弦長(zhǎng)改正;二是在距離中央子午線不同處，投影變形不同，對(duì)弦長(zhǎng)根據(jù)其距離中央子午線的概略位置進(jìn)行長(zhǎng)度改正，將投影面上的弦長(zhǎng)值改化為高斯平面距離。

對(duì)CPⅢ網(wǎng)測(cè)距邊長(zhǎng)進(jìn)行兩化改正可消除實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)與相應(yīng)高斯平面邊長(zhǎng)尺度不一致產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差對(duì)平差結(jié)果的影響。對(duì)于處于投影帶邊緣或?qū)崪y(cè)高程面與設(shè)計(jì)抵償高程面差異較大的情況，必須在平差前進(jìn)行兩化改正，否則不僅不能滿足施工測(cè)量的精度要求，而且CPⅢ網(wǎng)相鄰區(qū)段之間也無(wú)法實(shí)現(xiàn)正確的銜接與過(guò)渡。圖5和圖6分別是國(guó)內(nèi)某客運(yùn)專線一段CPⅢ網(wǎng)未兩化改正與兩化改正后進(jìn)行平差計(jì)算的距離觀測(cè)值殘差和相鄰點(diǎn)相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)。從圖5可以看出，未進(jìn)行兩化改正進(jìn)行平差后的邊長(zhǎng)觀測(cè)值殘差90%以上均為正值，殘差呈非中心化正態(tài)分布，兩化改正后的殘差基本呈中心化正態(tài)分布，兩者具有系統(tǒng)性差異。另外，從圖6還可以看出，未進(jìn)行兩化改正進(jìn)行平差的CPⅢ網(wǎng)相鄰點(diǎn)相對(duì)精度均明顯偏大，甚至不滿足優(yōu)于1 mm的要求，兩化改正后進(jìn)行平差的相鄰點(diǎn)相對(duì)精度消除了系統(tǒng)誤差的影響，較好地滿足了精度要求。

圖5 未兩化改正和兩化改正后進(jìn)行平差計(jì)算的距離觀測(cè)值殘差

圖6 未兩化改正和兩化改正后進(jìn)行平差計(jì)算的CPⅢ網(wǎng)相鄰點(diǎn)相對(duì)精度

下面來(lái)探討CPⅢ邊長(zhǎng)觀測(cè)值改化后對(duì)后續(xù)施工測(cè)量的影響。由于軌道的平順性主要體現(xiàn)在橫向誤差的大小，橫向誤差由角度觀測(cè)值來(lái)控制。高斯投影是等角投影，對(duì)施工放樣、軌道板施工測(cè)量與鋼軌精調(diào)作業(yè)等施工測(cè)量的方向觀測(cè)值沒(méi)有影響。施工測(cè)量過(guò)程中自由設(shè)站邊長(zhǎng)觀測(cè)值一般均較短(100 m左右)，因此，投影變形在縱向的尺度變形誤差并不顯著，而且也不會(huì)產(chǎn)生累積。CPⅢ在無(wú)砟軌道施工過(guò)程中的應(yīng)用方法如圖7所示。

圖7 CPⅢ在無(wú)砟軌道施工過(guò)程中的應(yīng)用

5 大跨連續(xù)梁?jiǎn)栴}

我國(guó)高速鐵路建設(shè)大量采用橋梁形式，橋梁形式在一般地段均采用24.6 m或32.6 m的簡(jiǎn)支梁，而在跨越江河或障礙物時(shí)，為了增大跨度往往布設(shè)成各式大跨連續(xù)梁，連續(xù)梁橋一般一跨只有一個(gè)固定支座端，其余位置均為活動(dòng)支座端，CPⅢ點(diǎn)位布設(shè)于連續(xù)梁活動(dòng)端上會(huì)因?yàn)榱后w受熱脹冷縮的影響而隨梁體一起伸縮變形，從而導(dǎo)致CPⅢ點(diǎn)位發(fā)生變動(dòng)。

國(guó)內(nèi)某客運(yùn)專線一跨長(zhǎng)度為400 m長(zhǎng)的連續(xù)梁，季節(jié)變換時(shí)大梁縫處縫隙長(zhǎng)度因橋梁伸縮引起變形值達(dá)14 cm，在遠(yuǎn)離固定支座端的大梁縫處CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)變化最大，采用自由設(shè)站邊角交會(huì)法進(jìn)行軌道精調(diào)時(shí)設(shè)站誤差最大可達(dá)厘米級(jí)精度，遠(yuǎn)大于2 mm的限差要求。由于線性溫度變化是影響橋梁伸縮量的主要因素，通過(guò)對(duì)橋梁的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，綜合各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比后，決定CPⅢ控制網(wǎng)施測(cè)與大梁縫長(zhǎng)度值監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行，在采用該段CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行軌道精調(diào)時(shí)，再次測(cè)量大梁縫的長(zhǎng)度，并計(jì)算實(shí)測(cè)的大梁縫長(zhǎng)度與測(cè)CPⅢ時(shí)的大梁縫長(zhǎng)度的差值，進(jìn)而確定大跨度連續(xù)梁的梁長(zhǎng)伸縮量。根據(jù)橋梁線形伸縮特征，將梁長(zhǎng)的伸縮變形量均勻分配到各個(gè)CPⅢ點(diǎn)上，以此改化CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)，從而達(dá)到消除或減弱橋梁伸縮變形對(duì)CPⅢ點(diǎn)位影響的目的。

這種方法要求每次采用CPⅢ成果前進(jìn)行坐標(biāo)改化，較為繁瑣。大跨連續(xù)梁是CPⅢ測(cè)量中的特殊問(wèn)題，發(fā)展更為完善、使用更為簡(jiǎn)便的方法，是目前我國(guó)高速鐵路施工測(cè)量中亟待解決的技術(shù)難題。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)無(wú)砟軌道CPⅢ軌道控制網(wǎng)建設(shè)的認(rèn)知有一個(gè)逐步提高的過(guò)程，它在成果精度和網(wǎng)形穩(wěn)定性方面明顯優(yōu)于常規(guī)布網(wǎng)方式，適合于高速鐵路軌道施工精度要求高的特點(diǎn)。結(jié)合筆者參與國(guó)內(nèi)多條客運(yùn)專線CPⅢ測(cè)量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹和探討了有關(guān)CPⅢ軌道控制網(wǎng)外業(yè)測(cè)量中應(yīng)注意的事項(xiàng)、特殊情況下的觀測(cè)網(wǎng)形、CPⅢ數(shù)據(jù)處理方法，分析了兩化改正及其對(duì)后續(xù)施工測(cè)量的影響，并針對(duì)CPⅢ測(cè)量中的大跨連續(xù)梁?jiǎn)栴}，提出了測(cè)定大梁縫長(zhǎng)度，對(duì)CPⅢ坐標(biāo)進(jìn)行改化的方法，以達(dá)到消除或減弱橋梁伸縮變形對(duì)CPⅢ點(diǎn)位影響的目的。

［1］武漢測(cè)繪科技大學(xué)測(cè)量平差教研室．測(cè)量平差基礎(chǔ)［M］．北京:測(cè)繪出版社，2000

［2］崔希璋，於宗壽，陶本藻，等．廣義測(cè)量平差［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

［3］TB10601—2009/J962—2009 高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］

［4］GB50026—2007 工程測(cè)量規(guī)范［S］

［5］GB/T 12897—2006 國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范［S］