鐵路工程中平面控制復(fù)測與加密的工程測量分析

孫靖偉

（中鐵二十局集團第五工程有限公司，云南 昆明 650200）

0 引言

當代科技發(fā)展速度飛快，道路交通受到了越來越多的重視，所以鐵路工程中的施工測量工作自然隨之得到優(yōu)化，有利于促使鐵路工程整體工作質(zhì)量進一步提升。平面控制點的復(fù)測工作和加密工作能夠?qū)﹁F路工程的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，因此，針對鐵路工程中平面控制的復(fù)測與加密的工程測量開展分析工作具有重要意義。

1 工程概況

新建鐵路西成客運專線（西安至江油段）XCQZ-8標（DgK253+434 至DgK286+961），由中鐵二十局集團有限公司承擔(dān)施工任務(wù)。該標段位于陜西省南鄭縣和勉縣境內(nèi)，線路全長33.527km，其中包含特大橋1座、大橋1 座、隧道3 座，長度分別為16250.87m、204.8m、9015.32m、5814m、2251.34m。

2 控制網(wǎng)復(fù)測

2.1 平面控制網(wǎng)

平面控制網(wǎng)是測量中建立控制平面測量精度的一種方式。國家平面控制網(wǎng)是確定地貌地物平面位置的坐標體系，按控制等級和實測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的國家平面控制網(wǎng)為1954北京坐標系和1980 西安坐標系兩套系統(tǒng)。

2.2 高程控制網(wǎng)

高程控制網(wǎng)主要由水準路線組成的水準網(wǎng)（即高程控制網(wǎng)）來體現(xiàn)。高程控制測量分為一、二、三、四等水準測量。測定控制網(wǎng)平面坐標的工作稱為平面控制測量，與高程控制測量合成形成控制網(wǎng)，為施工測量提供實施依據(jù)。

2.3 導(dǎo)線控制網(wǎng)復(fù)測的必要性

在開展實際施工的過程中，如果出現(xiàn)設(shè)計周期較長的情況，控制點則可能出現(xiàn)稀松或丟失的現(xiàn)象，由此，需要針對平面控制點開展復(fù)測工作以及合理的加密工作。

3 復(fù)測工作步驟

3.1 控制點及導(dǎo)線布設(shè)

在開展平面控制點的布設(shè)工作過程中，多數(shù)設(shè)計單位選擇首先布設(shè)兩個GPS 控制點，二者之間可以相互實現(xiàn)通視，且兩個GPS 控制點之間的距離在5km 左右，應(yīng)該將該控制點作為基礎(chǔ)，開展導(dǎo)線布設(shè)工作。對次級導(dǎo)線進行布置的過程中，應(yīng)以一級導(dǎo)線整體情況作為依據(jù)，且需注重對其中的限差進行控制，見表1。也就是說，首先對局部導(dǎo)線進行布設(shè)，之后再根據(jù)局部情況合理完善整體的布設(shè)工作。并且，以測量規(guī)范中的行為要求為基礎(chǔ)，在開展復(fù)測工作的過程中，應(yīng)盡量將原導(dǎo)線網(wǎng)中具有較高精度的起閉點應(yīng)用于復(fù)測導(dǎo)線網(wǎng)之中，并同樣作為平面起閉點。所以在開展復(fù)測工作的過程中，應(yīng)該首先全面掌握設(shè)計單位方面提出的精度等級、投影帶劃分、投影面確定以及控制點布設(shè)等各方面的要求，同時全面掌握復(fù)測區(qū)域內(nèi)的地理情況，以能為測繪工作質(zhì)量的提升提供重要基礎(chǔ)。

表1 水準觀測的測站限差（mm）

3.2 現(xiàn)場的補點及勘察

在開展導(dǎo)線復(fù)測工作之前，應(yīng)首先對沿線原始水準點以及導(dǎo)線點的情況進行全面檢查和有效掌握，確認其中是否存在位置移動、原本位置的準確程度、相鄰導(dǎo)線點之間能否實現(xiàn)相互的通視等。提出復(fù)測方案的過程中，必須完全以現(xiàn)場的實際情況為依據(jù)，如果出現(xiàn)丟失導(dǎo)線點的現(xiàn)象，則應(yīng)及時重新增設(shè)控制點，控制點的位置以及數(shù)量應(yīng)該能夠有效滿足鐵路工程放樣工作的需求，同時應(yīng)保障其與相關(guān)施工原則一致，以能夠促使整體精度、安全性得到提升。

3.3 GPS 網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用GPS 接收機自帶的轉(zhuǎn)換軟件對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳輸至電腦，在通過TBC 軟件開展統(tǒng)一的基線解算工作。根據(jù)相關(guān)要求，剔出率應(yīng)在10% 以下。在完成解算工作之后，還應(yīng)針對基線向量文件開展平差計算工作，計算過程中則使用CosaGPS。

3.4 確認導(dǎo)線點狀態(tài)

首先確認當前的導(dǎo)線點基本處于穩(wěn)定的狀態(tài)，再開始進行復(fù)測工作，復(fù)測方法為，針對相鄰的點位距離以及夾角，采用相同的精度進行測量，根據(jù)設(shè)計單位控制成果對相鄰的邊長和夾角進行計算，并將相鄰點位之間、相對邊長之間存在的誤差以及計算結(jié)果中的差值整理成為表格，以進行細致的對比工作，如果邊長和夾角中存在的差值均處于允許范圍之內(nèi)，原有導(dǎo)線點即為可以應(yīng)用的導(dǎo)線點。

3.5 布設(shè)平面控制方案

一般來說，應(yīng)該借助附合導(dǎo)線法開展布網(wǎng)工作，且導(dǎo)線網(wǎng)起閉點應(yīng)該與相鄰標段搭接2～3 個導(dǎo)線點，以保證工程線路的連續(xù)性。必須根據(jù)相關(guān)要求之中針對一級導(dǎo)線網(wǎng)提出的設(shè)置要求，保障邊數(shù)與導(dǎo)線長度以及控制點同時相鄰的距離以及位置均能夠與相關(guān)要求相符合，必須保障導(dǎo)線電網(wǎng)具有較高的精準度和良好的可靠性。另外，平面網(wǎng)型自身應(yīng)該具備充分的檢核條件，以大型構(gòu)造物設(shè)置位置為基礎(chǔ)，對布設(shè)方案以及點位位置進行合理設(shè)置，且復(fù)測工作的精度應(yīng)該至少與原測精度一致，不可低于原測精度。

3.6 附合導(dǎo)線形狀

對現(xiàn)存的原有導(dǎo)線點進行檢測，可以進行布置的導(dǎo)線形狀有兩種：一是單向定邊附合導(dǎo)線，中心位置有3 個點，末端點位導(dǎo)線終點，起始導(dǎo)線邊位于始端，并且，因為終點僅為1 個導(dǎo)線點，所以角度閉合差不能發(fā)生變化，進行內(nèi)業(yè)計算工作時，也僅能夠?qū)ψ鴺嗽隽块]合差進行改正再計算各中心點坐標。二是雙定邊附合導(dǎo)線，該類型導(dǎo)線中間也有3 個點，并且在始端以及末端分別占有兩條邊，在開展內(nèi)業(yè)計算工作時，應(yīng)該采用近似平差法，對于坐標增量以及角度的閉合差進行合理更改，且需針對各點坐標進行分別計算。

3.7 確認起算點

導(dǎo)線精度整體的較弱點處于中部，一般來說，該位置的點位誤差由起始數(shù)據(jù)的誤差以及測量的誤差共同引起，測量以及起始長度元素也能夠?qū)е聦?dǎo)線點位在縱向上出現(xiàn)誤差，與起始點之間的距離越大，導(dǎo)線點精度也就隨之降低。以導(dǎo)線之中較弱點開始進行發(fā)展的導(dǎo)線，難以有效滿足相關(guān)的精度要求，導(dǎo)致其精度大幅度降低，所以開展復(fù)測工作的關(guān)鍵即為合理確認起始點。

首先需要針對原測導(dǎo)線網(wǎng)與復(fù)測導(dǎo)線網(wǎng)之間的相同導(dǎo)線邊長差以及導(dǎo)線邊夾角差進行檢核，之后據(jù)此合理選擇起算點，只有保障其中的差值能夠與相關(guān)要求相符合，才可將該點位視為起算點。起算點應(yīng)盡量設(shè)定于等級較高的導(dǎo)線點，且應(yīng)盡量保持復(fù)測導(dǎo)線網(wǎng)之中的起閉點與原測導(dǎo)線網(wǎng)之中的起閉點一致。如果等級較高的導(dǎo)線點出現(xiàn)丟失情況，則可借助相鄰點邊長相應(yīng)的誤差以及相關(guān)的點位誤差，對起算點進行確認，以盡量保障其中的網(wǎng)型布設(shè)能夠與原測網(wǎng)型布設(shè)情況基本相似，即使在標段銜接處以及相鄰標段聯(lián)測方面，也應(yīng)盡量提高復(fù)測網(wǎng)型與原測網(wǎng)型的相似度。

3.8 導(dǎo)線點的邊長及邊數(shù)

如果不考慮導(dǎo)線起始點方面的誤差，在測角誤差一定的情況下，對坐標增量以及角度的閉合差進行合理調(diào)整，導(dǎo)線中點誤差則能夠在平差狀態(tài)下劃分成為橫向和縱向兩個方面的誤差。如果導(dǎo)線點具有較大的邊長，氣象條件以及大氣折光能夠?qū)y距產(chǎn)生更大的影響，慢會導(dǎo)致測距精準度相對較低，而如果附合導(dǎo)線的長度一定，邊數(shù)越多，導(dǎo)線點較弱點方面能夠出現(xiàn)的誤差也就越大。所以，應(yīng)該嚴格根據(jù)《公路勘測細則》（CJJ/T 202—2013）中的相關(guān)內(nèi)容落實導(dǎo)線復(fù)測工作，堅決不可為了提升復(fù)測工作的便捷性，而采用無限制增加點數(shù)或邊數(shù)的行為，并導(dǎo)致導(dǎo)線網(wǎng)整體精度受到不良影響，而是應(yīng)該盡量避免短邊數(shù)量的增加，同時保障相鄰邊長處于基本相同的狀態(tài)中，以促使測距精度得到提升。

3.9 注意事項

如果設(shè)計單位方面給出的坐標與實際計算結(jié)果之間的差異性較大，則應(yīng)根據(jù)設(shè)計單位方面給出的導(dǎo)線點精度等級重新考慮起算邊。在對棱鏡常數(shù)進行設(shè)置的過程中，最好能夠避免一個反光鏡在不同全站儀中進行混合應(yīng)用，原因在于，不同全站儀所需的反光鏡和棱鏡具有不同的參數(shù)。如有必要，在棱鏡進行應(yīng)用之前，還應(yīng)首先開展常數(shù)的實測工作。在對氣象參數(shù)進行設(shè)置或更改時，應(yīng)注意全面掌握氣象元素能夠?qū)嚯x測量結(jié)果產(chǎn)生的不良影響，以避免出現(xiàn)測距誤差結(jié)果較大的情況。

4 數(shù)據(jù)計算要求

4.1 歸化

由設(shè)計部門方面給出的平面控制點，是以高斯平面為基礎(chǔ)的平面控制點，但是從實際上來看，鐵路通常距離較長，且在整體上呈現(xiàn)為帶狀，同時沿線地形存在較大幅度的起伏情況，部分地區(qū)還存在高海拔現(xiàn)象，所以在進行計算的過程中，必須充分考慮橢球面在高斯平面上出現(xiàn)的導(dǎo)線變形情況，根據(jù)實地勘測結(jié)果進行計算，并將計算結(jié)果投影至高斯平面上，為計算結(jié)果的準確性提供保障。

4.2 計算

根據(jù)近似平差方法開展計算工作，因為進行投影歸化之后，實測角度以及相應(yīng)的邊長均能夠作為計算各點坐標的基礎(chǔ)，所以在此情況下，如果導(dǎo)線全長以及方位角二者的閉合差均處于允許范圍中，則表示復(fù)測結(jié)果與規(guī)范要求內(nèi)容相符。但是對于導(dǎo)線點坐標的設(shè)置，是以復(fù)測計算平差結(jié)果為基礎(chǔ)，還是直接使用設(shè)計方所提供的數(shù)據(jù)，仍需進行進一步考量。一般來說，為了應(yīng)對檢測工作、交接工作、設(shè)計工作過程中的點位變化情況，應(yīng)該選擇借助復(fù)測計算平差結(jié)果對點位坐標進行確認，以保障導(dǎo)線點的實用性，也就更有利于提升放樣精度。

5 控制點加密

在鐵路工程建設(shè)工作中，加密控制點屬于一項必然的工作。在進行前期勘察工作的過程中，通常將控制點間距設(shè)置為500～600m，但這一間距不能滿足建設(shè)過程中施工放樣點對于密度的要求，且原有點位存在位置不夠理想、部分點位被損壞等情況，也就需要針對其合理進行加密處理，以保障放樣點密度要求能夠得到有效滿足。

5.1 原控制點精度與加密控制點保持一致

在通常情況下，加密控制點時，應(yīng)保持其與原有控制點精度處于一致的狀態(tài)，所以需要使用附合導(dǎo)線針對導(dǎo)線點合理加密，且應(yīng)保障附合的位置與原有的導(dǎo)線點重合，同時，還需注意控制加密點位與鐵路中線間的距離，二者之間的距離應(yīng)控制在80～100m 左右，不可與該范圍存在過大的差異性。

5.2 布置點位

在對控制點進行加密處理時，應(yīng)該保持點位與原設(shè)計點位相符，所以在進行點位布置工作時，應(yīng)該注意以下幾個方面：一是針對需要進行沉降觀測工作的部分進行加密；二是選擇穩(wěn)固性良好的部分進行加密；三是為了保障點位的測設(shè)精準程度，應(yīng)采用嚴密平差的方式對控制點進行加密；四是若遇橋梁，應(yīng)于橋梁兩側(cè)加密。

5.3 橋梁控制點加密

針對橋梁開展控制點加密工作時，應(yīng)首先對設(shè)計中的施工精度要求、橋梁的跨徑要求以及形式要求均進行明確，根據(jù)實際情況決定應(yīng)該重新布設(shè)控制點，或針對原有控制點進行加密處理。與此同時，還應(yīng)確認橋梁、導(dǎo)線控制網(wǎng)精度以及測量工作的精度能否滿足勘測設(shè)計規(guī)范的相關(guān)要求，針對設(shè)計文件之中，控制網(wǎng)精度相關(guān)內(nèi)容以及控制點要求等，均應(yīng)全面掌握，以保障橋梁控制網(wǎng)所對應(yīng)的圖形條件能夠與規(guī)范完全相符。

5.4 GPS 控制點加密

針對兩個相鄰的孤立GPS 控制點，可以在二者中間應(yīng)用無定向?qū)Ь€，以進一步落實加密工作，相對于常規(guī)形式的導(dǎo)線測量工作，對無定向?qū)Ь€進行應(yīng)用，僅需針對導(dǎo)線前后兩側(cè)各設(shè)定一個已知GPS 控制點，不必明確起始方向，即能夠?qū)PS 點位數(shù)量少的問題有效解決。

6 結(jié)語

平面控制點的復(fù)測以及加密工作屬于鐵路工程之中的重點之一，在當代工程測量技術(shù)高速發(fā)展的背景下，復(fù)測及加密工作面臨著更多、更高的要求，也就需要在復(fù)測及加密工作過程中，對相應(yīng)的方法進行合理應(yīng)用，以盡量提升復(fù)測及加密工作的準確性和有效性。