高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與運(yùn)用

范少杰

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司測(cè)繪地理信息研究院，天津 300251）

在社會(huì)城市化發(fā)展中，高速鐵路工程項(xiàng)目逐漸增多，由于高速鐵路運(yùn)行速度快、運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)勢(shì)，不僅可以滿足人們的出行需求，也推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。高速鐵路的運(yùn)行速度為250～350km/h，在鐵路施工中對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)精確度要求較高，為了保證高速鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行，施工單位應(yīng)該掌握高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程項(xiàng)目的施工特點(diǎn)，構(gòu)建針對(duì)性的施工方案，保證軌道定位以及路基、橋梁等位置的相互協(xié)調(diào)性。同時(shí)，還應(yīng)該嚴(yán)格控制參數(shù)偏差，并將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與高速鐵路的建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)融合，以保證鐵路建設(shè)的安全、穩(wěn)定發(fā)展。

1 高速鐵路精密工程測(cè)量的概念及目的

1.1 高速鐵路精密工程測(cè)量

通過(guò)對(duì)高速鐵路建設(shè)狀況的分析，精密工程測(cè)量技術(shù)的使用是較為重要的。在鐵路工程設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收、維護(hù)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)精密測(cè)量技術(shù)的使用，會(huì)提高高速鐵路施工質(zhì)量，推動(dòng)行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。一般情況下，由于高速鐵路工程的特殊性，對(duì)軌道鋪設(shè)的精確度要求較高，所以，在軌道的內(nèi)部幾何尺寸、各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)以及軌道實(shí)際狀況選擇中，都應(yīng)該按照精密工程的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，保證軌道的平順性。

1.2 精密測(cè)量目的

高速鐵路精密測(cè)量技術(shù)使用目的包括以下方面：（1）通過(guò)各級(jí)平面以及高程控制網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，保證高速鐵路按照工程標(biāo)準(zhǔn)施工，提高列車運(yùn)行的安全性、高速性。（2）高速鐵路施工中，施工單位應(yīng)該按照線型施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，結(jié)合軌道施工狀況，保持幾何線性參數(shù)的精確性。（3）在高速鐵路軌道施工中，由于對(duì)工程的平順性要求較高，通過(guò)精密測(cè)量技術(shù)的使用，會(huì)提高各項(xiàng)參數(shù)的精確度，滿足高速鐵路是施工的各項(xiàng)需求。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目條件

根據(jù)某地區(qū)的高速鐵路工程，該工程線路全長(zhǎng)1795.23lm，路基長(zhǎng)為1681.40km，隧道55 座，高鐵速度250km/h。全線路采用了CRTS I 雙跨無(wú)砟的軌道設(shè)計(jì)方案[1]。

2.2 高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在高速鐵路工程精密工程測(cè)量中，工程的基準(zhǔn)選擇是十分重要的，基準(zhǔn)包括平面坐標(biāo)系統(tǒng)、平面起算數(shù)據(jù)等，具體的高速鐵路工程精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）高斯投影邊長(zhǎng)變形的計(jì)算方法。在高斯投影邊長(zhǎng)變形計(jì)算中，曲面幾何圖形在投影中一定會(huì)發(fā)生形變，將其形變?cè)O(shè)為Δ1（m），計(jì)算公式如下：

式中：ym為測(cè)量邊的重點(diǎn)距離中央子午線的距離，km；R 為地球曲率的半徑，km；S 為測(cè)量邊長(zhǎng)，m。

（2）高程投影邊長(zhǎng)形變。高程投影形變?chǔ)?2（m/km）計(jì)算公式如下：

式中：Hm為測(cè)量邊的平均高程，m；H0為投影面的高程，m；R 為地球曲率半徑，km。

（3）平差基準(zhǔn)。在測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)位坐標(biāo)選擇中，應(yīng)該對(duì)測(cè)角網(wǎng)絡(luò)、觀測(cè)量的方向、角度等進(jìn)行系統(tǒng)分析，并按照工程項(xiàng)目的基本特點(diǎn)，選擇縱向、橫向的位置點(diǎn)。

2.3 工程難點(diǎn)

工程難點(diǎn)如下：（1）線路長(zhǎng)。由于工程線路較長(zhǎng)，在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)計(jì)算中，CP I會(huì)產(chǎn)生一定的非線性形變，若施工中為了滿足這種需求降低工程測(cè)量精密度，無(wú)法滿足勘察設(shè)計(jì)以及施工各項(xiàng)工程的精度需求。（2）工程項(xiàng)目對(duì)邊長(zhǎng)投影形變值的要求較高（≤10mm/km），但是工程施工面臨不確定因素，增加投影變形設(shè)計(jì)的難度。（3）控制網(wǎng)的規(guī)模較大。由于該工程線路較長(zhǎng)，如何保證各個(gè)階段參數(shù)的抑制性、無(wú)縫銜接是較為重要的內(nèi)容[2]。

3 高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用

3.1 明確控制網(wǎng)布設(shè)技術(shù)

在高速鐵路工程隊(duì)軌道測(cè)量平面網(wǎng)測(cè)量中，應(yīng)該結(jié)合不同地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行三級(jí)布設(shè)。例如，在該工程中各個(gè)平面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求如表一所示。（1）CP I。對(duì)于該種布設(shè)方法，主要是在布設(shè)中，使用B 級(jí)靜態(tài)測(cè)量方式，網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)量距離需要控制在50～100km，并在連續(xù)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量結(jié)束之后布設(shè)3～4km 的單點(diǎn)，降低布設(shè)作業(yè)的難度，一般情況下，應(yīng)該將布設(shè)點(diǎn)之間的距離控制在＜1km 的狀態(tài)。需要注意的是，在一些特大的橋梁以及隧道網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)中，應(yīng)該保持一定的透視性，通過(guò)各項(xiàng)問(wèn)題的簡(jiǎn)化處理，提高工程勘測(cè)以及工程施工的整體質(zhì)量，保證坐標(biāo)基準(zhǔn)確定的精確性。（2）CP Ⅱ。將該種技術(shù)運(yùn)用在工程勘測(cè)以及工程施工中，施工單位需要結(jié)合高速鐵路的特點(diǎn)，使用全站儀以及C 級(jí)靜態(tài)等設(shè)定具體的測(cè)量方案，對(duì)布設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行整合，需要在布設(shè)CP Ⅱ控制點(diǎn)中將兩個(gè)控制點(diǎn)的距離控制在800～1000m，針對(duì)工程項(xiàng)目的特點(diǎn)以及工程節(jié)點(diǎn)布設(shè)的難度，合理選擇工程地段，以保證工程勘測(cè)以及施工過(guò)程的精確性。（3）CP Ⅲ。對(duì)于CP Ⅲ而言，一般是為了保證高速鐵路軌道鋪設(shè)以及高鐵運(yùn)維控制基準(zhǔn)的精確性，通過(guò)具體工程項(xiàng)目的設(shè)定，確定導(dǎo)線測(cè)量方式，將控制點(diǎn)合理的控制在墻體側(cè)面的點(diǎn)位之內(nèi)，提高保持點(diǎn)以及高程位置測(cè)量的精確度。在高速鐵路高程控制測(cè)量布網(wǎng)中，水準(zhǔn)基點(diǎn)的測(cè)量等級(jí)為二等水準(zhǔn)，一個(gè)點(diǎn)之間的點(diǎn)間距為2km；CP Ⅲ的水準(zhǔn)基點(diǎn)測(cè)量等級(jí)為精密水準(zhǔn)，一對(duì)點(diǎn)之間的點(diǎn)間距為50～70m[3]。各級(jí)平面平面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求如表1 所示。

表1 各級(jí)平面平面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求

3.2 無(wú)砟軌道施工中精密工程測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用

無(wú)砟軌道作為當(dāng)前高速鐵路中較為常見的形式，為了保證工程施工的安全性，應(yīng)該將精密工程測(cè)量作為重點(diǎn)：（1）加密基樁測(cè)量技術(shù)。通過(guò)對(duì)加密基樁測(cè)量技術(shù)的分析，在無(wú)砟軌道的測(cè)量及安裝中，需要按照CPⅢ的項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行加密處理，以保證工程測(cè)量參數(shù)的精確性。（2）安裝測(cè)量。結(jié)合無(wú)砟軌道工程安裝及測(cè)量的特點(diǎn)，通過(guò)軌道底座的安裝測(cè)量、軌道板的安裝測(cè)量等，會(huì)提高技術(shù)使用的精確性。（3）銜接測(cè)量技術(shù)。通過(guò)無(wú)砟軌道施工安裝及工程測(cè)量的分析，銜接測(cè)量是較為重要的，施工人員應(yīng)該對(duì)無(wú)砟軌道軌道板的安裝過(guò)程進(jìn)行精確測(cè)量，設(shè)置貫通作業(yè)，提高高程控制點(diǎn)以及共用中線定位的準(zhǔn)確性。（4）線路的整理及測(cè)量技術(shù)。在無(wú)砟軌道實(shí)際測(cè)量之前，應(yīng)該對(duì)CP Ⅲ控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，之后按照標(biāo)準(zhǔn)的線路中心線以及基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量方法，測(cè)量各項(xiàng)參數(shù)，以提升無(wú)砟軌道施工中精密工程測(cè)量技術(shù)的使用價(jià)值。

3.3 明確精密工程測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)

精密工程精確度的控制要點(diǎn)如下：（1）高速鐵路工程項(xiàng)目施工中，工程測(cè)量作業(yè)需要選擇精確度高的全站儀，以保證測(cè)量施工工序的穩(wěn)步進(jìn)行。例如，在工程項(xiàng)目的水平角測(cè)量中，應(yīng)該設(shè)置第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，保持水平度度數(shù)的精準(zhǔn)性，為之后施工工程的質(zhì)量提升提供參考。（2）在高速鐵路工程施工中，精密工程測(cè)量技術(shù)的使用是較為重要的，引導(dǎo)施工單位形成良好的校準(zhǔn)習(xí)慣，應(yīng)該注意的是，測(cè)量?jī)x器使用中的誤差需要控制在0.3mm 以下。（3）精密工程測(cè)量中，相關(guān)人員應(yīng)該仔細(xì)觀察測(cè)站精度以及控制點(diǎn)精度，通過(guò)精度作業(yè)的控制，仔細(xì)分析各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制項(xiàng)目的參數(shù)精度超出偏差，應(yīng)該及時(shí)尋找原因，并高效處理偏差問(wèn)題，確保各項(xiàng)作業(yè)工序的穩(wěn)步進(jìn)行。因此，在高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用中，施工單位應(yīng)該針對(duì)工程項(xiàng)目的特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的控制狀況，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

3.4 精密測(cè)量控制網(wǎng)的維護(hù)

高速鐵路施工中，需要對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)控制網(wǎng)、工程施工控制網(wǎng)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一，并對(duì)各個(gè)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)、維護(hù)，以較強(qiáng)工程項(xiàng)目的精密測(cè)量，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制點(diǎn)以及點(diǎn)位的無(wú)縫對(duì)接。一般情況下，在精密測(cè)量控制網(wǎng)的維護(hù)中應(yīng)該做到：（1）在工程靜態(tài)驗(yàn)收之前，施工隊(duì)伍應(yīng)該按照各項(xiàng)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)以及路局對(duì)施工項(xiàng)目的要求，對(duì)鐵路全線控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，完成竣工靜態(tài)驗(yàn)交。（2）在補(bǔ)樁點(diǎn)的參數(shù)計(jì)算以復(fù)測(cè)平均差計(jì)算中，CP I 以及CP Ⅱ的復(fù)測(cè)坐標(biāo)應(yīng)該符合源控制坐標(biāo)，若存在誤差，誤差應(yīng)該保持在15～20mm。（3）在CP I 補(bǔ)樁點(diǎn)測(cè)量中，應(yīng)該保持各個(gè)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性，并將CP I 以及CP Ⅱ作為約束點(diǎn)，有效處理平差，提高工程測(cè)量控制網(wǎng)的精確度。（4）對(duì)于新補(bǔ)設(shè)的高程控制樁點(diǎn)，水平復(fù)測(cè)中應(yīng)該以水準(zhǔn)路線標(biāo)準(zhǔn)為核心，通過(guò)深埋水準(zhǔn)點(diǎn)的分析，計(jì)算線路閉合的狀態(tài)，及時(shí)檢查水平復(fù)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，保證高速鐵路項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)維管理的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在高速鐵路工程施工中，精密工程測(cè)量工作是十分重要的。施工單位應(yīng)該認(rèn)識(shí)到工程建設(shè)周期長(zhǎng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)，通過(guò)精密測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，保證各項(xiàng)工程施工工序的穩(wěn)步進(jìn)行，提高精密測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)的整體價(jià)值。施工人員需要掌握高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)控制網(wǎng)布設(shè)、無(wú)砟軌道精確測(cè)量、精密工程技術(shù)的綜合運(yùn)用，保證各項(xiàng)工程參數(shù)測(cè)量的精確性，提高高速鐵路工程施工的整體質(zhì)量，為行業(yè)的運(yùn)行以及安全施工提供支持。