高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系的建立及特點(diǎn)

何學(xué)浩

濟(jì)南鐵路物資工業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000

1 我國(guó)高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系的建立過(guò)程

高速鐵路的行車(chē)速度比較高，滿足了人們的出行要求，是人們出行的重要交通方式。為了達(dá)到列車(chē)高速行駛過(guò)程中的安全性和舒適性，高速鐵路軌道需要具有較高的行車(chē)平順性，這就要求高速鐵路工程建設(shè)保持毫米級(jí)的精度，使用標(biāo)準(zhǔn)的幾何線性測(cè)量參數(shù)。傳統(tǒng)工程測(cè)量技術(shù)和方法已經(jīng)滿足不了高速鐵路的建設(shè)需求，高速鐵路的測(cè)量精度有待全面提高。

我國(guó)高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系是伴隨著我國(guó)無(wú)砟軌道工程的發(fā)展而逐步建立起來(lái)的。隨著我國(guó)鐵路技術(shù)不斷發(fā)展，鐵路建設(shè)過(guò)程中的高精度施工越來(lái)越受到重視，精密工程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

2004年中鐵二院和西南交大就無(wú)砟軌道鐵路工程中的測(cè)量技術(shù)方面展開(kāi)研究，建立起無(wú)砟軌道綜合試驗(yàn)段的精密工程測(cè)量控制網(wǎng)。

到2006年，隨著各大無(wú)砟軌道鐵路的開(kāi)工建設(shè)，我國(guó)初步建設(shè)起適應(yīng)無(wú)砟軌道建設(shè)新形勢(shì)的鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系。

2008年由中鐵二院主編而發(fā)布實(shí)施的《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》（X10601-2009），標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

交通運(yùn)輸關(guān)系到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系的發(fā)展極大提升了傳統(tǒng)測(cè)量方法的精度，能夠滿足高速鐵路對(duì)于測(cè)量工程的精密度需求。

2 高速鐵路精密工程的目的

目前我國(guó)高速鐵路建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括勘測(cè)設(shè)計(jì)、工程施工，工程驗(yàn)收和維護(hù)，都需要使用精密工程測(cè)量技術(shù)。測(cè)量技術(shù)貫穿高速鐵路建設(shè)的全過(guò)程，對(duì)提升工程質(zhì)量水平有重要作用。建設(shè)高速鐵路精密工程的目的是徹底提高鐵路工程建設(shè)質(zhì)量，保證列車(chē)在高速行駛過(guò)程中的安全。精密測(cè)量需要根據(jù)工程實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)各級(jí)平面高程的控制網(wǎng)，從而使工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)能夠有效實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)高速鐵路的成功建設(shè)。

在高速鐵路建設(shè)過(guò)程中，精密工程控制測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程精度的嚴(yán)格把控。使用高精度的測(cè)量?jī)x器和科學(xué)的布設(shè)控制方法，能夠有效降低工程誤差，使高速鐵路工程能夠滿足工程控制預(yù)定的精度要求，也為高速鐵路精確施工提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高速鐵路精密工程測(cè)量的要求是以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)線型施工標(biāo)準(zhǔn)，確保達(dá)到軌道平順性要求和毫米級(jí)精度要求，從而保證行車(chē)安全性及舒適度。

3 高速鐵路精密工程的建設(shè)內(nèi)容

3.1 建設(shè)內(nèi)容

高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用貫穿高速鐵路工程項(xiàng)目全過(guò)程，測(cè)量的內(nèi)容包括很多方面,主要有：（1）平面高程控制測(cè)量;（2）軌道施工測(cè)量;（3）線下工程施工測(cè)量;（4）工程運(yùn)營(yíng)維護(hù)測(cè)量。

3.2 精度要求

高速鐵路的軌道鋪設(shè)需要滿足軌道的內(nèi)部尺寸及外部尺寸精度要求。內(nèi)部尺寸為軌道的內(nèi)部幾何形狀，外部尺寸主要指軌道空間位置及軌道標(biāo)高。

3.3 軌道內(nèi)部尺寸

軌道內(nèi)部尺寸也被稱作軌道相對(duì)定位，需要根據(jù)軌道上相鄰點(diǎn)之間的相對(duì)位置來(lái)確定，其精度要求能夠提供平順的軌道以滿足行車(chē)舒適度。內(nèi)部尺寸要求包括軌距、水平、縱向高低以及方向的參數(shù)要求。這些參數(shù)能夠描述出軌道實(shí)際形狀與設(shè)計(jì)形狀的一致性，保證軌道形狀的正確性。

3.4 軌道外部尺寸

軌道外部尺寸也叫軌道的絕對(duì)定位，指的是軌道的三維坐標(biāo)和高程，需要根據(jù)軌道中線及相鄰建筑物之間的位置關(guān)系來(lái)確定。必須確保軌道的外部尺寸與路基、站臺(tái)、橋梁和隧道等線下工程相匹配，達(dá)到坐標(biāo)和高程的相互協(xié)調(diào)，還要保證軌道外部尺寸的數(shù)值偏差在允許偏差范圍之內(nèi)。

高速鐵路建設(shè)需要同時(shí)滿足軌道相對(duì)定位和絕對(duì)定位的精度要求。

4 高速鐵路精密工程測(cè)量的特點(diǎn)

4.1 應(yīng)用廣泛

高速鐵路精密工程測(cè)量具有應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，各級(jí)平面的高程控制網(wǎng)能夠滿足工程建設(shè)的各環(huán)節(jié)的勘測(cè)精度要求。我國(guó)的高速鐵路精密工程是逐漸發(fā)展起來(lái)的，以往對(duì)于軌道線型以及平順程度并沒(méi)有高精度要求，而且當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)并不發(fā)達(dá)，管理水平相對(duì)落后，鐵路部門(mén)并沒(méi)有建立起一套完備的工程測(cè)量勘測(cè)體系，測(cè)量工作缺乏規(guī)范管理與科學(xué)方法，導(dǎo)致軌道施工的實(shí)際幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相差較大，造成軌道整體質(zhì)量偏低。高速鐵路精密工程測(cè)量發(fā)展到現(xiàn)在，根據(jù)軌道設(shè)計(jì)方案采取更加合理精確的技術(shù)，開(kāi)展施工放樣工作，不僅可以滿足施工過(guò)程中的測(cè)量要求，還可以滿足軌道運(yùn)營(yíng)維護(hù)的精度要求，能夠在鐵路建設(shè)事業(yè)的全過(guò)程中充分發(fā)揮作用。

4.2 分級(jí)布網(wǎng)

我國(guó)目前的高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)主要分為三個(gè)層次，包括基礎(chǔ)平面控制、線路平面控制以及軌道控制，這三種控制網(wǎng)能夠?yàn)檐壍澜ㄔO(shè)過(guò)程中的勘測(cè)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供基準(zhǔn)坐標(biāo)控制參照。測(cè)量人員需要通過(guò)分級(jí)布網(wǎng)的方式進(jìn)行布設(shè)，確保各控制網(wǎng)絡(luò)功能的充分發(fā)揮。

高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)過(guò)程中，平面控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)在框架控制網(wǎng)布設(shè)完成后分二級(jí)布設(shè)，測(cè)量控制網(wǎng)需要滿足線下工程測(cè)量精度要求，同時(shí)也要滿足軌道工程的鋪設(shè)精度要求，才能保證實(shí)際施工的幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)保持足夠小的偏差，使軌道施工與線下工程施工通過(guò)各級(jí)控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證工程質(zhì)量。

4.3 邊長(zhǎng)投影變形值控制

以橢圓形的地面為參考，會(huì)使接收到的邊長(zhǎng)投影產(chǎn)生一定變形，這種變形被稱作邊長(zhǎng)投影變形。過(guò)大的投影變形會(huì)對(duì)高速鐵路施工和運(yùn)行工作產(chǎn)生不利影響，因此必須構(gòu)建獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)，將邊長(zhǎng)投影變形值控制在可接受范圍內(nèi)。

高速鐵路工程施工時(shí)，要求實(shí)際測(cè)量值與坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)值相一致，達(dá)到尺度統(tǒng)一。從理論上說(shuō)，邊長(zhǎng)投影的變形值越小，對(duì)于精度控制越有利。高速鐵路的平面坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)采用的是≤10mm/km變形值的工程獨(dú)立坐標(biāo)系，測(cè)量精度要求高，當(dāng)采用340mm/km投影變形值時(shí)，不利于無(wú)砟軌道的施工。在實(shí)踐中，京津城際高速鐵路的平面投影變形值控制在1/100 000，工程精度控制成果良好，滿足了精度要求[2]。

4.4 三網(wǎng)合一測(cè)量體系

高速鐵路工程測(cè)量控制體系按照階段、目的和功能的不同，劃分為勘測(cè)控制、施工控制、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制三部分控制網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱為“三網(wǎng)”。為了保證測(cè)量成果的精度滿足高速鐵路在勘測(cè)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)三個(gè)階段的質(zhì)量及管理要求，三個(gè)階段的平面及高程控制測(cè)量工作需要使用統(tǒng)一的基準(zhǔn)參考，即三部分控制網(wǎng)絡(luò)均采用CPⅠ基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，以及二等水準(zhǔn)基點(diǎn)基礎(chǔ)高程控制網(wǎng)，這樣的操作模式也被稱作“三網(wǎng)合一”?！叭W(wǎng)合一”的具體內(nèi)容如下：

（1）在高速鐵路工程項(xiàng)目的各個(gè)階段，均采取坐標(biāo)定位控制的方式，因此“三網(wǎng)合一”的基礎(chǔ)就是三者坐標(biāo)高程系統(tǒng)要統(tǒng)一，這樣高速鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作才能夠順利進(jìn)行。如果坐標(biāo)高程系統(tǒng)達(dá)不到統(tǒng)一，設(shè)計(jì)坐標(biāo)高程便無(wú)法正確定位，導(dǎo)致軌道工程與線下工程錯(cuò)位，偏離設(shè)計(jì)位置，造成施工質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)速度目標(biāo)值較小時(shí)，可以消化掉一定誤差，因此精度要求略寬松一些；而當(dāng)速度目標(biāo)值較大時(shí)，誤差不容易調(diào)整，強(qiáng)行調(diào)整會(huì)造成局部工程的破壞。

（2）在高速鐵路精密工程測(cè)量時(shí)，勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)需要保持統(tǒng)一。高速鐵路平面測(cè)量控制網(wǎng)要以CPⅠ為基礎(chǔ)平面測(cè)量控制基準(zhǔn)，并以二等水準(zhǔn)基點(diǎn)為基礎(chǔ)高程測(cè)量控制基準(zhǔn)。

例如在京津城際鐵路建設(shè)過(guò)程中，線下工程以四等勘測(cè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)作為控制基準(zhǔn)，而當(dāng)進(jìn)行鋪軌時(shí)，又以二等勘測(cè)水準(zhǔn)控制基點(diǎn)作為高程控制的測(cè)量基準(zhǔn)[3]。這樣線下工程與軌道工程的施工高程起算基準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致出現(xiàn)部分施工項(xiàng)目報(bào)廢的情況，給高速鐵路建設(shè)帶來(lái)麻煩和損失。

“三網(wǎng)合一”是建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)的前提?！叭W(wǎng)合一”測(cè)量體系的建立，將會(huì)使鐵路線路的坐標(biāo)與其附屬建筑物的坐標(biāo)在同一坐標(biāo)系統(tǒng)中表示出來(lái)，使路線上的每一個(gè)點(diǎn)都有且只有唯一的一個(gè)坐標(biāo)與其相對(duì)應(yīng)。“三網(wǎng)合一”使施工及營(yíng)運(yùn)維護(hù)工作可以按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求，嚴(yán)格進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)，保證軌道運(yùn)行的平順性，為高速鐵路建設(shè)及管理的信息化和數(shù)字化創(chuàng)造了便利條件，是建設(shè)高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系的核心思想和基礎(chǔ)手段。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)高速鐵路建設(shè)速度不斷加快，為滿足不斷提高的工程勘測(cè)精度要求，需要改進(jìn)傳統(tǒng)控制測(cè)量方法，發(fā)展建設(shè)高速鐵路精密工程，從根本上提升高速鐵路勘測(cè)工程質(zhì)量，確保高速鐵路建設(shè)工程質(zhì)量滿足行車(chē)安全和舒適要求。工程控制測(cè)量人員要根據(jù)工程實(shí)際情況，科學(xué)選擇控制測(cè)量成果歸算方法，提高我國(guó)高速鐵路建設(shè)工程的整體質(zhì)量，逐步完善我國(guó)的高速鐵路精確測(cè)量技術(shù)體系，保證高速鐵路的運(yùn)行安全。