高原鐵路控制網(wǎng)測量技術及數(shù)據(jù)處理方法

范士凱，楊琪，李岳風，顏極偉

（中建鐵路投資建設集團有限公司，北京 100070）

1 工程概況

某高原鐵路工程項目某標段起訖里程為DK+018~DK+786，全長61.173 km，重點內(nèi)容包含隧道3.7座/37.199 km（含3座斜井3.765 km），其中，路基修筑涵蓋區(qū)間及站場兩部分，共10段/15.629 km，特大橋5座/10.950 km，大橋4座/1.072 km，中橋2座/0.088 km。根據(jù)TB 10101-2018《鐵路工程測量規(guī)范》，測量交接的線路水準基點、CPⅠ、CPⅡ、加密控制點。

2 控制網(wǎng)復測和加密的方法及精度

2.1 平面控制網(wǎng)復測和加密的方法和精度

以靜態(tài)測量的方法完成CPⅠ、CPⅡ及加密控制網(wǎng)平面施測作業(yè)，此階段的精度要求及各項關鍵技術指標見表1。

表1 此次基礎平面控制網(wǎng)測量精度參數(shù)概覽（分CPⅠ/CPⅡ兩類）

由表1測量結果可明確得出，此次采取的邊聯(lián)結構網(wǎng)策略可通過加密的形式對CPⅠ展開控制復測工作，由此建立專業(yè)的基礎單元網(wǎng)格，進一步生成完整的控制網(wǎng)來實現(xiàn)全覆蓋；采取相同的方式對CPⅡ開展專業(yè)的加密測量控網(wǎng)工作，可與CPⅠ形成統(tǒng)一的完整網(wǎng)區(qū)。再按照與CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)一致的復測方法完成加密控制網(wǎng)的復測，并將其與CPⅠ、CPⅡ聯(lián)測構成附合網(wǎng)。

2.2 高程控制網(wǎng)復測和加密的方法和精度

通過借助專業(yè)的儀器設備——水準儀來獲取專業(yè)的高程控網(wǎng)參數(shù)，同時開展二次校準的等級測量。復測線路水準基點時，確定相鄰線路水準基點的布設位置，判斷兩者的高差，新增的加密高程點需進行重力測量。水準測量的精度及限差見表2。

3 平面控制網(wǎng)測量實施

3.1 外業(yè)觀測

嚴格依據(jù)特定的技術要求組織靜態(tài)測量，以CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)復測外業(yè)測量為例，其相應要求見表3。

表3 靜態(tài)測量作業(yè)的基本技術要求

3.2 GNSS測量網(wǎng)形設計

采取邊聯(lián)結構網(wǎng)策略，實現(xiàn)網(wǎng)格基礎單元的建立和整合，在優(yōu)化和完善之后組建CPⅠ+CPⅡ的附合網(wǎng)域。

3.3 GNSS數(shù)據(jù)處理

從基線向量解算和網(wǎng)平差兩個方面著手，做GNSS數(shù)據(jù)處理。其中，基線向量解算環(huán)節(jié)應用徠卡LGO軟件，網(wǎng)平差采用EYGPS軟件。

注重對數(shù)據(jù)的觀測，根據(jù)所得數(shù)據(jù)做質(zhì)量分析，檢驗其是否達到要求。每完成1 d的觀測，匯總當日的數(shù)據(jù)，做預處理和基線解算，同時檢核閉合環(huán)、重復基線等，準確判斷各自的具體情況。

3.3.1 基線向量結算

嚴格依據(jù)如下要求進行基線處理：（1）利用專業(yè)的廣播星歷方式實現(xiàn)對基礎網(wǎng)線的解算工作。（2）觀測每個不同階段的復測網(wǎng)情況，每次觀測時間不得低于2 h，二等、三等分別不少于90 min、60 min，否則該時段作廢。（3）考慮各時段的有效衛(wèi)星數(shù)量，若未達到4顆或更多，則該時段作廢。（4）同一階段的數(shù)值如重復率在10%以內(nèi)，隨即開展重復測量。（5）對實際的閉合差結果計算時，要以閉合環(huán)的最小值為代入原則。

3.3.2 GNSS網(wǎng)平差計算

1）三維向量網(wǎng)無約束平差。建立在基線解算各項質(zhì)量指標均符合要求的前提下，起算數(shù)據(jù)選取接近全網(wǎng)中部、觀測條件良好且有效觀測時間較長的大地坐標。

2）CPⅠ控制網(wǎng)進行三維約束平差。以CPⅠ控制點的空間直角坐標作為約束條件進行，且此項工作必須建立在三維無約束平差確定的有效觀測基礎上。其工程獨立坐標計算以確定好的投影面和中央子午線分段，經(jīng)投影變換計算后確定工程獨立坐標值，得到復測坐標成果，用于反映CPⅠ控制點的具體情況。

3）CPⅡ、加密控制網(wǎng)進行二維約束平差。首先判斷CPⅡ復測網(wǎng)三維無約束平差結果，若確認此部分合格，則用CPⅠ控制點（此點的選取尤為關鍵，應確保其經(jīng)過聯(lián)測且復測確認無誤）做二維約束平差，經(jīng)計算后確定CPⅡ控制點的工程獨立坐標值，再根據(jù)此項計算結果進一步確定出CPⅡ控制點的復測坐標成果。

4 高程控制網(wǎng)測量實施

4.1 設置測站

尺樁或尺臺可作為轉(zhuǎn)點尺承，前者的長度≥0.2m、質(zhì)量≥1.5 kg，后者的質(zhì)量≥5 kg，具體根據(jù)實際情況選擇。同時嚴格控制測站視線長度、視線高度等各項關鍵參數(shù)。

4.2 水準基點間高差計算

1）每千米高差偶然中誤差計算。按測段往、返測高差不符值計算每千米高差偶然中誤差MΔ，MΔ應滿足規(guī)定，否則應對閉合差較大的測段（水準路線）進行重測。MΔ按式（1）計算[1]：

式中，n為測量路段的具體數(shù)量；Δ為測量路段的來往測量高差不合格參數(shù)值，mm；L為測量段的整體長度，km。

2）線路水準基點間復測高差計算。計算各測段往返測高差的平均值，得出水準基點間的復測高差。

4.3 正常水準面不平行和重力異常改正

一測段高差正常水準面不平行改正數(shù)按式（2）計算：

式（2）~式（3）中，ε為高差正常水準面不平行改正數(shù)，m；γi+1、γi分別為i、i+1點在橢球面上的正常重力值，10-5m/s2；γm為兩個不同水準點的重力平參數(shù)值，10-5m/s2；Hm為兩個水準點在概略的條件下估算出的高程，m。

4.4 重力異常改正計算（利用布格異常數(shù)據(jù)庫）

一測段的高差重力異常改正值按式（4）計算：

式（4）~式（6）中，g為地面點實測重力值，10-5m/s2；γ為水準點正常重力值，取值1×10-6m/s2；（g-γ）m為兩水準點空間重力異常均值，取值10-5m/s2；h為測量路段所觀測的高差具體參數(shù)，m；（g-γ）空間1為水準點1的空間重力異常值；（g-γ）空間2為水準點2的空間重力異常值；（g-γ）布格為從相應的數(shù)據(jù)庫檢素，取1×10-6m/s2；H為水準點概略高程，m。

4.5 重力異常改正計算（利用實測重力）

一測段的高差重力異常改正值λ按式（4）計算。

5 復測數(shù)據(jù)及成果分析

在對整個控制網(wǎng)展開復測工作期間，對所得數(shù)據(jù)的處理和分析也極為關鍵。尤其是精確度的研判和統(tǒng)計，要與初始設計方案中的設計值接近統(tǒng)一，涉及的平面測量內(nèi)容可從復測網(wǎng)的閉合差、基線、自由網(wǎng)存在的具體情形著手，核實顯示最弱部位出現(xiàn)的角中誤差值；水平測量方面則要重點觀察測量區(qū)間段的距離差、水準線的閉合差及千米高差情況。

5.1 平面復測與原測成果的對比分析

以精確度接近設計值情況為基礎條件，對初始測試結果和隨后的復測結果展開專業(yè)對比及分析工作，遇誤差較大情況，要及時分析成因并予以調(diào)整處理，以縮小誤差值。

5.2 線路水準基點復測與原測成果對比分析

對作業(yè)現(xiàn)場開展仔細的勘察工作，確保所檢驗原料的完整性，遇損壞或丟失的原料，要及時借助專業(yè)設備予以修復，為后續(xù)的觀測工作提供有利條件，尤其針對所得數(shù)值的精確度，一定要加以判斷。

在平差計算前，應對實測高差進行正常水準面不平行、重力異常改正，可不進行水準標尺溫度改正，并與原測高差進行比較，二等水準不符值應，超限時應分析原因，進行檢核。不符值滿足要求時，應采用原測成果。

嚴密平差計算后應進行水準點復測高程與原測高程的比較，分析水準點高程變化的趨勢，當水準點持續(xù)沉降時，應停止使用并上報情況。

對丟失和破壞的標石按原控制點標準進行恢復，平差計算時應以前后兩個水準點為已知點進行約束平差，按嚴密平差方法計算。

6 結語

在建立高鐵測量控制網(wǎng)后，有利于提高鐵路測量精度，使鐵路建設工作更加標準化、系統(tǒng)化，在建設期間加強檢測與控制，有效控制施工偏差，保證建設的高鐵基礎設施達到既定的精度要求。此次控制網(wǎng)的復測工作中，所用方式和所得測量結果均滿足初始設計方案中的規(guī)定數(shù)值，同時也滿足控制網(wǎng)的平面精準需求，基礎坐標數(shù)值與設計值雖存在極小的誤差，但也屬穩(wěn)定范疇之內(nèi)。