高速鐵路銜接測量問題探討

宋 帆

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

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高速鐵路銜接測量問題探討

宋 帆

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

新建高速鐵路與既有高速鐵路銜接需根據平面坐標系統采用的參考橢球確定坐標轉換方式。參考橢球相同時，新建控制網加入既有控制網的國家約束點及CP0點，進行約束平差計算，然后進行各項坐標轉換。參考橢球不同時，新建控制網需聯測既有控制網的CPⅠ、CPⅡ控制點，進行約束平差計算。兩個系統參考橢球、中央子午面及投影面均不相同時，首先計算出兩個坐標系統共用控制點的坐標，在施工坐標系下計算公共點的邊長及角度，進行距離及角度的比較，若精度符合要求，即可以公共控制點為基準，進行正線、聯絡線、支線的銜接，進而對里程進行推算。

高速鐵路 銜接 測量 控制網

新建高速鐵路兩端需要連接到高速鐵路主骨架網上。為了保證高速鐵路線路平面及高程順接，需要做好新建鐵路與既有高速鐵路的銜接測量工作。

各高速鐵路建立測量控制網時間不同，采用的參考橢球不一致，計算采用的約束點不同，測量控制網未進行統一規(guī)劃，測量控制點分布不均勻，測量控制網存在超短邊、超長邊情況，測量控制網精度不均勻，這些不利因素給測量控制網之間的銜接帶來一定的難度。經過多條高速鐵路測量工作實踐，總結出高鐵銜接測量的方法，提出了測量中應注意的問題，可為以后高速鐵路測量工作提供借鑒。

1 高速鐵路銜接的測量工作

新建鐵路兩端需要與既有線路平面及高程順接，這就需要建立高等級測量控制網[1]。建立測量控制網，對既有高鐵控制網進行聯測，開展測量、計算、坐標轉換工作，給設計提供準確的測量資料。

1.1 高速鐵路銜接的相關測量工作內容

建立GPS平面控制網[2]；建立高程控制網；既有高鐵平面及高程控制網的聯測、資料分析利用；既有鐵路正線及車站的測量；新建鐵路正線、連接線、疏解線的測量；其中，控制網的建網及聯測既有控制網是鐵路銜接測量的核心工作，也是測量工作的難點。

1.2 高速鐵路測量控制網的建立

(1)投影長度變形的計算

高速鐵路坐標系統的選擇應以投影長度變形不大于10 mm/km為原則[3]。 實測距離首先歸算到參考橢球面上，再由參考橢球面上的邊長歸算到高斯投影面上，地面距離經過兩次改正。高斯投影面上的長度與地面長度之差稱之為長度綜合變形[4]，為便于計算，其長度相對變形簡易計算公式為

式中：s為歸算邊的長度；hm為歸算邊高出參考橢球面的平均大地高程；R為歸算邊所在方向參考橢球法截弧的曲率半徑；ym為歸算邊兩端點橫坐標的平均值。

由上式可知，長度綜合變形與測區(qū)所處投影帶的位置和測區(qū)平均高程有關，可通過選擇合適的中央子午線和高程面，把測區(qū)長度綜合變形限制在一定范圍內[5]，以滿足工程測量的要求。

(2)鐵路坐標系統的確定

鐵路工程呈帶狀布設，沿線路設置有橋梁、隧道、路基等工程，鐵路線路一般與公路、鐵路、市政工程立體交叉，鐵路線路兩端與既有鐵路連接[6]。

鐵路工程采用坐標測量定位方法進行施工測量，工程測量要求由坐標反算的長度與地面測量值盡量一致，高速鐵路工程測量要求投影長度變形值不宜大于10 mm/km。

根據新建鐵路線路平面位置、線路高程、橋梁工程、隧道工程、站場樞紐工程、既有鐵路工程等情況，測量人員沿鐵路線路采集適當數量的平面及高程點，計算不同投影面上線路各位置的長度投影變形值。依據長度變形限值標準，將鐵路線路劃分為不同的坐標分帶區(qū)域。坐標分帶分界線應設置在便于施工的位置，一般設置在路基地段，坐標分帶分界線不應設置在橋梁、隧道、車站及曲線上。鐵路工程平面坐標系統一般采用國家坐標系統或工程獨立坐標系統，橋梁、隧道可以采用工程獨立坐標系統[7]。

(3)測量控制網的建立

高速鐵路需要建立測量控制網，首先建立框架網CP0，然后分三級建立基礎平面控制網CPⅠ、線路控制網CPⅡ及軌道控制網CPⅢ；CPⅠ按照點對布設(二等網)，點對間距不大于4 km；CPⅡ按照單點布設(三等網)，點間距離600～800 m；CPⅢ按照點對布設，點對間距50～70 m。采用靜態(tài)GPS測量、全站儀測量的方式采集測量數據。對觀測數據進行同步環(huán)、異步環(huán)、重復基線計算檢核。采用GPS快速精密星歷，用精密解算軟件計算框架網[8]。以CP0為控制點進行約束平差，計算CPⅠ和CPⅡ點成果。

1.3 高速鐵路控制網的銜接測量

“四縱四橫”高速鐵路相繼建成，各線路均建立框架控制網CP0，測量控制網采用了不同的參考橢球。參考橢球主要有WGS84橢球、2000國家系統參考橢球及其他參考橢球，測量控制網以2000國家GPS控制點為控制點進行約束，各線路控制網相對精度較高，滿足高鐵工程施工要求[9]。

各高速鐵路建立測量控制網時間不同，建網采用的參考橢球不一致，計算采用的約束點不同，測量控制網未進行統一規(guī)劃，測量控制點分布不均勻，測量控制網存在超短邊、超長邊，測量控制網精度不均勻，特別是在高速鐵路的兩端，因約束點位置的不同，其線路兩端測量點點位誤差較大。不同高速鐵路之間難以銜接，給施工及其后期運營維護帶來很大的不便。

為了與既有高鐵控制網銜接，新建高鐵建立測量控制網時，首先建立框架網CP0，將鄰近高鐵建網時采用的國家控制點一并納入，在線路兩端連接相鄰鐵路的多個CP0控制點。CPⅠ和CPⅡ建網時，對于相鄰鐵路的CPⅠ和CPⅡ控制點，按照同等級同方法進行聯測[10]并測量軌道中心坐標進行檢查。

若相鄰鐵路測量控制網采用的參考橢球相同，框架網CP0加入鄰近線路采用的國家約束點及相鄰的CP0點，進行約束平差計算，若控制點兼容性良好，各項測量限差滿足要求，測量精度滿足規(guī)范，則說明相鄰鐵路的控制網精度高，銜接良好。對相鄰鐵路的控制點進行坐標轉換，完成鐵路線路連接工作。

若相鄰鐵路測量控制網采用的參考橢球相同，但控制點不兼容，或者采用的參考橢球不相同，說明兩個測量控制網系統不一致，新建鐵路應單獨建立CP0、CPⅠ、CPⅡ控制網，聯測鄰近線路采用的國家約束點及鄰近的CP0、CPⅠ、CPⅡ控制點，計算相鄰控制網公共邊的長度及其方位角并進行檢查比較。若距離及角度精度滿足要求，說明兩個控制網相對精度高，可以分別控制設計線路。利用相鄰鐵路測量控制網公共點，采用平面七參數轉換的方式，進行控制點坐標轉換，用于相鄰鐵路線路連接設計。

2 實例

2.1 參考橢球相同情況下測量銜接

在建合肥至安慶段城際鐵路(簡稱合安城際)引入安慶站，速度目標值為350 km/h。新建安慶至九江鐵路(簡稱安九鐵路)自安慶西站引出，經九江引入廬山站，線路正線長約171 km，速度目標值為350 km/h。從安慶站引出安慶支線，并設置聯絡線使合安線與安慶支線連接。

在安慶站，合安城際平面采用2000國家坐標系統，中央子午線為117°；安九鐵路平面坐標系統采用2000國家坐標系參考橢球，中央子午線為117°，投影面大地高為35 m。安九鐵路建網時，聯測合安城際CP0、CPⅠ控制點，進行基線計算，完成WGS84無約束平差。以國家B級GPS點為控制點進行約束平差計算，測量精度滿足規(guī)范要求，其初算成果與合安城際成果轉換至2000國家坐標系進行比較(如表1)，坐標較差小于2 cm，說明兩個控制網精度滿足要求，可以順接。

兩條鐵路坐標系統采用橢球一致，測量約束控制點均為國家B級GPS點。加入合安線采用的國家B級GPS點及CP0點，經約束平差計算，控制網精度滿足規(guī)范要求。兩條鐵路線控制網銜接良好，參考橢球相同，系統之間可進行坐標轉換。

安九鐵路線路設計時，需要確定接線邊位置，選取安慶站的兩條邊，每邊上取兩個點，計算四個里程點(DK156+200、DK156+600、DK163+300、DK163+500)的平面坐標。以此四個點為基準，進行正線、聯絡線、支線的線路銜接，對里程進行推算。合安線正在施工，用兩條線的控制點分別放設安慶至九江鐵路中線，其點位偏差在允許范圍內，效果良好。

表1 合安城際與安九鐵路坐標比較

2.2 參考橢球不相同情況下測量銜接

在建瑞九城際鐵路自瑞昌市經廬山站接入九江站，速度目標值為200 km/h。安九鐵路正線雙線沿瑞九鐵路雙線兩側引入，引入后自安九鐵路正線雙線分別設計渡線與瑞九鐵路正線雙線銜接，安九鐵路速度目標值為350 km/h。

在廬山站，瑞九城際鐵路平面坐標系統采用WGS84參考橢球，中央子午線115°45′，投影面大地高50 m；安九鐵路平面坐標系統采用2000國家坐標系參考橢球，中央子午線為116°，投影面大地高為50 m。

安九鐵路建網時，聯測瑞九城際廬山站附近的CPⅠ、CPⅡ控制點，以國家點進行約束，經平差計算，測量精度滿足規(guī)范要求。兩條鐵路控制網坐標系統采用不同橢球，在施工坐標系統下，計算公共點的邊長及角度。比較后可以看出，距離相對精度高，控制點組成的角度一致，說明兩個控制網相對精度較高，可以進行順接(如表2)。

表2 安九鐵路與瑞九鐵路控制點 距離及角度比較

線路設計中，以兩條鐵路控制網的公共點為基準，計算轉換參數，進行坐標系統之間的轉換，完成正線、聯絡線、支線的線路銜接，推算線路里程。

用兩條鐵路線的控制點分別放設安九鐵路中線，其點位偏差在允許范圍內，效果良好。

3 結束語

高速鐵路設計時，新建鐵路需要與兩端既有高速鐵路進行銜接，聯測既有高速鐵路控制網，計算公共點的坐標，根據平面坐標系統采用的參考橢球是否相同，確定坐標轉換的方式，進行鐵路正線、聯絡線、支線的線路銜接，對里程進行推算。

相鄰鐵路控制網坐標系統采用相同參考橢球時，新建控制網加入既有高鐵控制網采用的國家約束點及相鄰的CP0點，進行約束平差計算，在各項限差滿足要求后，計算工程坐標系控制點坐標，系統之間進行坐標轉換計算，用于線路連接。

相鄰鐵路控制網坐標系統采用不同參考橢球時，新建控制網聯測既有高鐵CPⅠ、CPⅡ控制點，進行約束平差計算，在各項限差滿足要求后，計算工程坐標系控制點坐標。

兩個系統參考橢球、中央子午線及投影面均不相同時，先確定兩條鐵路公共測量控制點，計算出不同坐標系統中共用控制點的坐標，在施工坐標系統下計算公共點的邊長及角度，比較長度相對精度，檢查角度較差，若距離相對精度高，控制點組成的角度一致，說明兩個控制網相對精度較高，可以進行銜接。以公共控制點為基準，進行正線、聯絡線、支線的線路銜接，對里程進行推算。

[1] 黨亞民，成英燕，薛樹強.大地坐標系統及其應用[M].北京:測繪出版社，2010

[2] GB/ T18314—2001全球定位系統(GPS)測量規(guī)范[S]

[3] TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S]

[4] 劉基余，李征航，等.全球定位系統原理及其應用[M].北京:測繪出版社，1993

[5] 李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢:武漢大學出版，2011

[6] GB50090—2006鐵路線路設計規(guī)范[S]

[7] TB 10105—2009鐵路工程測量規(guī)范[S]

[8] 李征航，張小紅.衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M].武漢:武漢大學出版社，2009

[9] 周東衛(wèi).高速鐵路CP0框架控制網數據處理模式與方法研究[J].鐵道標準設計，2015(3):11-16

[10]武瑞宏.高速鐵路精密控制測量網有關問題的探討[J].鐵道勘察，2008(5):1-3

Discussion about the Measrement of the High Speed Railway’s Connection

SONG Fan

2016-08-16

宋 帆(1970—)，男，1993年畢業(yè)于西安礦業(yè)學院工程測量專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2016)06-0010-03

U212.24

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