高速铁路CPⅢ控制网测量误差来源及外业操作注意事项
2011-10-26司炳新王帅伊春市国土资源局黑龙江伊春153000
司炳新 王帅 伊春市国土资源局，黑龙江 伊春 153000
高速铁路CPⅢ控制网测量误差来源及外业操作注意事项
司炳新 王帅 伊春市国土资源局，黑龙江 伊春 153000
随着社会经济的高速发展，原有的传统铁路的运载力已远远不能满足要求，从中国的第一条设计时速350km/h的京津城际铁路开始，到目前为止已建或在建的高速铁路有京津城际、哈大线、武广线、郑西线、京石线、汉宜线、港深广、京津城、京沪线等,到2020年，计划用6万亿修建5万公里高速铁路。
高速铁路何以能满足如此高速的列车行驶？是因为这些铁路在建设及轨道铺设过程中严格按照设计进行施工，严要求，高精度。要满足高精度的施工，必须要有高精度测量的辅助，高精度的测量必须以高精度的测量控制点为基础。
1 高速铁路控制测量相关概念
基础框架平面控制网CP0：为满足线路平面控制测量起闭联测的要求，沿线路每50km左右建立的卫星定位测量控制网，作为全线勘测设计、施工、运营维护的坐标基准。
基础平面控制网CPⅠ：在基础框架平面控制网（CP0）或国家高等级平面控制网的基础上，沿线路走向布设，按GPS静态相对定位原理建立的线路平面控制网起闭的基准。在勘测阶段按静态GPS相对定位原理建立，点间距为4km左右，测量精度为GPS B级网。
平面控制网CPⅡ：在基础平面控制网（CPⅠ）上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网起闭的基准。可用GPS静态相对定位原理测量或常规导线网测量，在勘测阶段建立。点间距为400～800m左右，测量精度为GPS C级网或三等导线。
控制网CPⅢ：沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPⅠ）或线路控制网（CPⅡ），一般在线下工程施工完成后进行施测，为轨道施工和运营维护的基准。CPⅢ网按自由设站边角交会方法测量。点间距为纵向60m左右、横向为线路结构物宽度，测量精度为相邻点位的相对中误差小于1m m。在施工、检测中直接应用最多的就是CPⅢ控制点。
2 CPⅢ控制网布设要求及施测方法
2.1 布设要求
沿线路方向通常每公里有16对即32个控制点，控制点通常设置在接触网杆上（路基部分）、防撞墙上固定端（桥梁部分）和围岩上（隧道部分）。CPⅢ测量标志通常由永久性的预埋件、平面测量杆、高程测量杆和精密棱镜组成；每个控制点与相邻5个控制点的相对点位中误差均要求小于1m m；平面网测量要求全站仪具有电子驱动、目标自动搜索和操作系统功能的测量机器人（如 Leica TCA2003和 TCRA1201、Trimble S6和S8系列全站仪等）；高程测量一律采用电子水准仪（如Trimble DiNi12、Leica DNA03 等）；
2.2 施测方法
2.2.1 CPⅢ平面测量
CPⅢ平面网是一个边角控制网，但其测量方法较传统边角网测量有很大差异。传统的边角网测量仪器都是架设在控制点上进行观测，距离必须进行往返观测，但CPⅢ平面网却采用自由设站进行边角交会测量，而其距离只能进行单程观测。
（1）测站间距为120m时，CPⅢ平面控制网测量网形示意图如图1所示。
图1 测站间距120m时CPⅢ平面控制网联测网图
（2）测站间距为60m时，CPⅢ平面控制网测量网形示意图如图2所示。
图2 测站间距60m时CPⅢ平面控制网联测网图
（3）CPⅢ平面网的水平方向观测的技术要求应满足表1的规定。
（4）CPⅢ平面网的距离测量应满足下列要求：
a.CPⅢ控制点的距离测量应与全圆方向观测同时进行。
b.距离测量采用多测回距离观测。方向观测时，盘左和盘右分别对同一CPⅢ点进行距离测量，盘左和盘右距离测量的平均值为一测回的距离测量值。
c.测量的测回数应与水平方向相同，各测回间距离较差应≤1.5m m。
2.2.2 CPⅢ高程测量
CPⅢ高程控制网测量采用矩形法进行，矩形法水准测量闭合环的情况如图3所示。其中，箭头方向为高差传递方向。由图3可知，每相邻两对CPⅢ点均构成独立的矩形闭合环，方便形成闭合差检核，可靠性高。
图3 矩形法水准测量闭合环示意图
CPⅢ高程网水准测量测站的主要技术要求，应符合表2的规定。
3 误差来源
在观测过程中，常常遇到某次测站频繁超限的情况，经总结发现主要来源于如下几个因素：
a.仪器因素：仪器本身轴系关系较差；温度和气压没有正确输入；棱镜常数不匹配等。
b.环境因素：温度突变；测区有较强逆光；测区可见度低（如有雾）等。
c.人为因素：照准目标；点号错误输入；棱镜安装不到位；扶尺不正等。
4 外业施测注意事项
表2 CPⅢ高程网水准测量测站的主要技术要求
表1 CPⅢ平面网的水平方向观测技术要求
通过平时工作经验的积累，总结出了以下外业施测注意事项。
4.1 CP Ⅲ平面网外业观测时，应该注意下列问题：
a.在施测之前，要对棱镜杆及棱镜组进行检查，每个棱镜杆或棱镜之间的误差不得超过0.3mm，最大不超过0.5mm。
b.对全站仪进行检校，检查指标差及2c差值，如果过大，应进行校准，并校准补偿器。
c.在每个自由测站测量之前，均应量测温度和气压，并实时输入全站仪对距离进行气象改正。温度和气压量测误差应分别不大于0.5℃和50Pa。
d.平面观测时间宜安排在晚上或阴天进行。晚间观测时应注意视线方向不能有强光直射。自由测站附近不能有震动干扰。
e.CPⅢ控制点的棱镜杆与预埋件连接应保证两者完全套合。应确保棱镜在棱镜杆上安装到位并应正对全站仪。
f.全站仪尽量架设在桥梁固定端，检查全站仪电子气泡是否偏离中心位置，如果发现气泡偏离值大于20，则需重新整平，但该测站需重新观测。
g.用于架设在CPⅡ点上的棱镜基座必须进行严格检校，每次对中误差不得大于1m m。
h.注意温度是否有突变，如果太阳光强烈，务必给仪器打伞。
i.注意测站周围是否有其他施工影响，及时协商加以解决。
j.注意观测视线前方是否有强烈光源（主要为晚上作业），及时协商加以解决。
k.注意目标范围是否有障碍物干扰，如有及时加以排除。
l.注意相邻目标点是否距离很近（多出现在曲线和直线过渡段、桥梁路基过渡段），如果是则应适当挪动测站或者人为干预进行测量。
4.2 CP Ⅲ高程网外业观测时，应该注意下列问题：
a.在施测之前，要对高程杆及水准尺进行检查，每个高程杆或水准尺之间的误差不得超过0.3mm，最大不超过0.5mm。
b.对水准仪及水准尺进行检校，检查i值，如果过大，应在地面上根据操作步骤进行校准，并校准水准仪和水准尺的水准气泡。
d.高程观测时间宜安排在早上、下午阳光不强或阴天的时间段进行，自由测站附近不能有震动干扰。
e.CPⅢ控制点的高程杆与预埋件连接应保证两者完全套合，应确保高程杆安装到位并扶直水准尺。
f.检查水准仪气泡是否偏离中心位置，如果发现偏离，则需重新整平，重新观测。
g.晴天观测时，应给仪器打伞，避免阳光直射，扶尺时应使用尺撑，使水准尺上的气泡居中和水准尺竖直。
h.各测段的一组往返测宜安排在不同的时间段内进行。
i.仪器设置应采用至少两次读数，并设定两次读数限差，一般两次读数差不大于0.2mm，最大不大于0.5mm；两次读数所测高差之差不大于0.5mm，最大不大于0.7mm。
5 结束语
CPⅢ控制网是整个高速铁路的施工及检测的重要依据，做好CPⅢ控制测量意义重大。在CPⅢ控制网测量过程中必须严格按照相关规范实施，总结、熟记外业施测注意事项，才能保证测量成果的可靠性，减少不必要的返工情况出现，提高作业效率，保证工期，保证铁路施工精度。
10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.183
