高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ平面測量技術(shù)探討

李云龍

摘要：本文通過CPⅢ軌道控制網(wǎng)測量之前的工作準(zhǔn)備、CPⅢ控

制點的布設(shè)、測量儀器的要求、CPⅢ平面測量精度、CPⅢ軌道控制網(wǎng)網(wǎng)型要求、CPⅢ軌道控制網(wǎng)平面測量方法及數(shù)據(jù)處理等方面介紹了CPⅢ控制網(wǎng)平面測量的技術(shù)特點、技術(shù)要求和測量方法。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 精密控制網(wǎng) CPⅢ平面測量

在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，高速鐵路已經(jīng)蔓延向全國東南西北，人們對于快速出行和舒適安全的要求也十分關(guān)注。列車快速行駛的過程中旅客乘坐舒適度以及安全性的高低，已經(jīng)是用來進(jìn)行鐵軌平順度衡量的一個非常重要的指標(biāo)，而軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量為無砟軌道鋪設(shè)的高平順性起著至關(guān)重要的作用。軌道控制網(wǎng)CPⅢ是一個沿著軌道線路兩側(cè)布設(shè)的三維控制網(wǎng)，起閉于基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）或線路控制網(wǎng)（CPⅡ），一般在線下工程施工完成后進(jìn)行施測，為軌道施工和運營維護(hù)的基準(zhǔn)。

高速鐵路工程測量的平面、高程控制網(wǎng)，按施測階段、施測目的及功能可分為勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營控制網(wǎng)。為了保證勘測、施工、運營維護(hù)各階段平面測量成果的一致性，應(yīng)該做到三網(wǎng)合一。

為了保證軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量的可靠性和準(zhǔn)確性，在進(jìn)行軌道控制網(wǎng)CPⅢ正式測量之前，應(yīng)采用水準(zhǔn)儀和GPS全球定位系統(tǒng)對管段內(nèi)二等水準(zhǔn)網(wǎng)、CPⅠ以及CPⅡ控制網(wǎng)進(jìn)行全面復(fù)測，并采用復(fù)測合格的精測網(wǎng)對破壞的點重新布設(shè)和測量，并上報設(shè)計院批復(fù)。按照設(shè)計要求，對于距離超過1km的CPⅡ需按同精度內(nèi)插方式進(jìn)行加密。

在進(jìn)行軌道控制網(wǎng)CPⅢ外業(yè)測量的時候，測量的難度是比較大的，需克服各種外界觀測條件的阻礙，其測量精度為每個控制點與相鄰5個控制點的相對點位中誤差均要求小于1mm。軌道控制網(wǎng)CPⅢ平面測量采用自由設(shè)站邊角交會的測量方法，這是一種比較新的測量技術(shù)，在具體的測量過程中，由于測量點的數(shù)量很多，測量的工作任務(wù)量是非常大的，而且要求的技術(shù)精度比較高，如陽光、灰塵、棱鏡松動、對中基座偏差、熱源、凍霜、遮擋、震動等因素均會對其測量精度產(chǎn)生影響，故適宜在夜間或陰天干擾因素較小的良好測量環(huán)境下進(jìn)行測量，做好每一個細(xì)節(jié)的檢查是確保CPⅢ平面測量數(shù)據(jù)合格的基本條件。

1 進(jìn)行精密控制網(wǎng)CPⅢ平面測量工作之前的準(zhǔn)備

1.1 對線下的工程進(jìn)行變形和沉降方面的評估

在進(jìn)行無砟軌道施工的時候，對于線下的一些基礎(chǔ)工程在施工完成之后的沉降是有非常嚴(yán)格的要求的。軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量應(yīng)該等線下的基礎(chǔ)工程的變形以及沉降達(dá)到了要求之后，并通過無砟軌道的相關(guān)鋪設(shè)條件評估之后方可進(jìn)行工作。

1.2 對CPⅡ控制網(wǎng)進(jìn)行加密的工作

初次建網(wǎng)時，一般情況下都需要對CPⅡ控制網(wǎng)進(jìn)行加密，其目的是為了能夠準(zhǔn)確和高效地建立CPⅢ軌道控制網(wǎng)，更好地對CPⅢ的基樁網(wǎng)進(jìn)行觀測，以及對那些已經(jīng)無法利用或者是被損毀的CPⅡ點進(jìn)行彌補。在橋梁和路基等地段進(jìn)行CPⅡ的控制網(wǎng)加密的時候，可以采用GPS在原來的精密平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上按照相同精度的擴(kuò)展方式進(jìn)行加密。而在隧道內(nèi)的CPⅡ的控制網(wǎng)加密，則應(yīng)根據(jù)隧道長度布設(shè)相應(yīng)精度要求的洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)，待整個隧道貫通之后，采用導(dǎo)線測量的方法進(jìn)行加密，測量時應(yīng)聯(lián)測一定數(shù)量的隧道施工導(dǎo)線點或中線點，以便檢查隧道洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)平差成果是否會對隧道的建筑界限造成侵限，若造成侵限，則應(yīng)對CPⅡ控制網(wǎng)誤差進(jìn)行調(diào)整或?qū)λ淼涝O(shè)計線路中線進(jìn)行調(diào)整。

2 CPⅢ控制點的布設(shè)

2.1 布設(shè)CPⅢ控制點需要用到的元器件

這些元器件主要就是采用的經(jīng)過工廠精密加工的元器件，而且在進(jìn)行加工的時候是需要采用數(shù)控機(jī)床來完成的。CPⅢ點的測量標(biāo)志應(yīng)由預(yù)埋套筒、棱鏡桿、水準(zhǔn)測量桿和預(yù)埋件保護(hù)蓋組成，且應(yīng)采用具有抗銹蝕和抗腐蝕不銹鋼的合金材料進(jìn)行加工。所以在采購CPⅢ測量標(biāo)志的時候應(yīng)該要達(dá)到下面的一些相關(guān)要求才行，能夠永久保存、體積較小、結(jié)構(gòu)簡單、不會變形、價格適中、可強(qiáng)制對中，互換性和重復(fù)安裝性誤差，X、Y誤差要求小于±0.4mm，H誤差要求小于±0.2mm。

2.2 具體布設(shè)CPⅢ控制點

CPⅢ控制點應(yīng)沿線路布置在路基兩側(cè)的接觸網(wǎng)桿或基礎(chǔ)、橋梁防撞墻、隧道側(cè)壁上，當(dāng)CPⅢ點布置在橋梁防撞墻上時，點位應(yīng)設(shè)置在橋墩固定端上方的防撞墻上。在大跨度連續(xù)梁上等特殊地段，也可設(shè)置在活動端，但在使用時要加強(qiáng)CPⅢ點位精度的復(fù)核，以確定點的穩(wěn)定性，并即測即用。CPⅢ點沿線路布置時縱向間距宜為50～70m左右一對點，特殊情況下相鄰點間距最短不小于40m，最長不大于80m。同一對點里程差不大于1m，橫向間距不超過結(jié)構(gòu)寬度，CPⅢ點布設(shè)高度應(yīng)大致等高，高度應(yīng)與設(shè)計軌道頂面保持30～50cm的高度間距。

3 CPⅢ平面控制網(wǎng)的測量

3.1 測量CPⅢ控制點的要求及具體方法

首先對于儀器的一些要求。全站儀在進(jìn)行測量的時候須合格并在有效檢定期內(nèi)，而且應(yīng)該要滿足下面的這些要求：在進(jìn)行角度測量的時候，精度應(yīng)該要滿足方向測量中誤差不大于1″；在進(jìn)行距離測量的時候，精度則應(yīng)該要滿足測距中誤差不大于1mm+2ppm；在進(jìn)行測量的時候，全站儀應(yīng)具有目標(biāo)自動識別和測量的自動化全站儀。而且每一套全站儀都應(yīng)該要至少配有13個配套棱鏡及其棱鏡組件，且棱鏡在使用之前應(yīng)該要經(jīng)過檢測，篩選互換性較好的使用。

其次就是測量的具體方法。在每次測量開始的時候，應(yīng)在設(shè)站前輸入規(guī)范要求的各項限差，輸入測站信息，按照采集軟件要求學(xué)習(xí)目標(biāo)觀測點（全圓方向觀測法），而且還應(yīng)該要填寫自由站的記錄，每一測站的測量都應(yīng)該要觀測3個完整的測回（0.5″級儀器可觀測2個測回）。在每次自由設(shè)站時，應(yīng)該要記錄相應(yīng)的氣壓和溫度，對邊長觀測進(jìn)行溫度、氣壓等氣象元素改正，溫度讀數(shù)精確至0.2℃，氣壓讀數(shù)精確至0.5hPa。對于那些線路上有長短鏈的時候，應(yīng)該要對標(biāo)記的編號和重復(fù)的里程進(jìn)行區(qū)分。在自由測站進(jìn)行測量的時候，應(yīng)該要保證每個CPⅢ點被3次獨立觀測，自由測站到CPⅢ點的最遠(yuǎn)觀測距離不應(yīng)大于180m，每個CPⅢ控制點應(yīng)有三個方向交會，從而提高觀測可靠性，示意圖如下所示：

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3.2 與上一級的CPⅡ控制點進(jìn)行聯(lián)測

CPⅢ平面網(wǎng)采用自由測站邊角交會法施測，附合到CPⅠ、CPⅡ控制點上，每600m左右（400～800m）與上一級的CPⅡ控制點進(jìn)行聯(lián)測，自由測站至CPⅡ控制點的觀測邊長不大于300m。觀測時自由測站間距一般約為120m，測站內(nèi)觀測12個CPⅢ點，全站儀前后方各3對CPⅢ點，自由測站到CPⅢ點的最遠(yuǎn)觀測距離不應(yīng)大于180m；每個CPⅢ點至少應(yīng)保證有三個自由測站的方向和距離觀測量（測量示意圖如下）。在進(jìn)行長大隧道和橋梁聯(lián)測的時候，應(yīng)和已有的隧道洞外精密控制網(wǎng)或橋梁精密控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，以便對設(shè)計單位的施測成果進(jìn)行復(fù)測確保成果的可靠性。

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3.3 大跨度連續(xù)梁CPⅢ測量

在大跨連續(xù)梁段，由于不能保證每個CPⅢ點均布置在橋梁固定支座端，梁體變形客觀存在，使得CPⅢ點在不同時間、環(huán)境及荷載的情況下測量時坐標(biāo)會存在一定的差異，因此造成CPⅢ成果使用和復(fù)測不便，故在測量中要注意采取一定的措施。測量方法及計算與其它段落的要求一致。除嚴(yán)格執(zhí)行CPⅢ有關(guān)測量要求外，還應(yīng)特別注意整個段落要在較短的同一段時間、同一溫度、環(huán)境下進(jìn)行測量；測量CPⅢ的時間和軌道精調(diào)的時間盡量相隔短，且荷載沒有大的變化。如果相隔時間較長或溫度、環(huán)境荷載有較大的變化，要進(jìn)行重新復(fù)測后使用；軌道精調(diào)的時間段要和測量CPⅢ時的溫度、環(huán)境盡量一致；應(yīng)當(dāng)加大復(fù)測頻次，在施工的一個工序開始時要進(jìn)行一次復(fù)測，根據(jù)變形情況進(jìn)行分析，認(rèn)為復(fù)測結(jié)果符合變形規(guī)律和實際情況時，要及時更新使用新的成果，以便進(jìn)行下一個工序的工作。同時在施工完成后的運營階段，也要根據(jù)梁體的變形情況對CPⅢ進(jìn)行定期復(fù)測，以便于運營維護(hù)使用。為保證大跨度連續(xù)梁及大跨度鋼梁上CPⅢ控制點的應(yīng)用精度，使用該部分CPⅢ控制點時，不得直接采用測量成果，應(yīng)以“即測即用”為原則進(jìn)行使用，無砟軌道施工時，按插點或者插網(wǎng)的方法重新測量非固定端上CPⅢ控制點坐標(biāo)，以測段兩端固定端CPⅢ控制點為約束點現(xiàn)場進(jìn)行約束平差，平差后立即采用實測成果進(jìn)行定向，當(dāng)因溫度變化造成自由設(shè)站精度不能滿足要求時，必須再次對非固定端CPⅢ成果進(jìn)行更新。

3.4 測量數(shù)據(jù)的處理

觀測數(shù)據(jù)存儲之前，必須對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢核，在滿足精度要求的情況之下才能存儲，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計算和平差的處理。數(shù)據(jù)計算、平差處理采用的平差軟件，在計算報告中要說明軟件名稱。自由設(shè)站點、CPⅢ點進(jìn)行整體平差，而且在平差計算的時候，還應(yīng)對各項精度做出相應(yīng)評定。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在因為使用高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量的時候，測量的穩(wěn)定性和精度都是非常地高，所以也就使得高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量得到了很多測量工作者非常充分的肯定。在我國的高鐵的建設(shè)過程當(dāng)中，軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量可以說是體現(xiàn)了非常重要的作用。在國內(nèi)很多已經(jīng)修建好的高鐵當(dāng)中，高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量技術(shù)是具有很多成功的經(jīng)驗，而且這項技術(shù)的可靠性、精度和穩(wěn)定性都非常高，從而才使得相關(guān)的施工建設(shè)單位能夠保質(zhì)保量地按時完成建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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