京沪高铁CPⅢ现场施工测量技术

2011-12-31翟振超周升柱

城市建设理论研究 2011年28期

翟振超周升柱

【摘要】高速铁路在世界发达国家崛起，使铁路的发展进入了一个崭新的阶段。我国铁路建设的不断发展和完善，铁路道路的施工技术和工艺也有很大地进步和发展，对高速铁路及客运专线工程施工质量的要求也越来越高。近年来，由于我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，对高速铁路的发展达到了前所未有的高度。为了确保高速铁路及客运专线无碴轨道结构铺设质量，现结合京沪高铁施工测量实例，重点介绍了CPⅢ控制测量方法与步骤。实践证明，该测量技术可以满足高速铁路及客运专线对无碴轨道铺设的标准高及严要求。

【关键词】高速铁路；客运专线；无砟轨道；CPⅢ控制；控制网；测量；平差

[中图分类号] U238[文献标识码] B[文章编号] T2011-12(03)-1724

0 引言

随着不断进步和发展的社会，工程设计、施工技术水平的日以成熟和完善。同时，高速铁路及客运专线对无碴轨道的铺设技术要求严格、执行标准高。为了确保高速铁路及客运专线无碴轨道结构铺设的质量新增设CPⅢ的控制测量项目。

高速铁路及客运专线无砟轨道铁路工程测量平面控制网按分级布网的原则分三级布设。第一级主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准的基础平面控制网（CPⅠ）；第二级主要为勘测和施工提供控制基准的线路控制网（CPⅡ）；第三级主要为无砟轨道铺设和运营维护提供控制基准的轨道控制网（CPⅢ）。

高速铁路及客运专线无砟轨道铁路工程测量高程控制网为两级布设，第一级为线路水准基点控制网，第二级为轨道控制网（CPⅢ）高程精密水准。

1概况及依据

京沪高速铁路线路自北京南站西端南侧引出，终到上海虹桥高速站。京沪高铁设计时速350 公里，中心正线运营长度1308.598km。本部位于山东枣庄境内，正线起止里程为DK595+730～DK613+834.52，全长18.1km。其中桥七座，占48.5%：路基占全线43.3%，隧道一座占8.2%（主体不是本部施工）。

京沪高速铁路为保证三网合一，平面坐标系统采用WGS84 椭球高斯投影工程独立坐标系统。高程系统采用1985 国家高程基准。

2CPⅢ测量

根据在施工过程中CPⅢ观测的应用,本人在此对施工过程中CPⅢ观测工作浅谈管窥之见。

2.1CPⅢ点和自由设站编号

大家都知道准备工作很重要，兵马未动粮草先行的道理一样。为什么我强调这一点呢？答案很简单，你不想在工地上长长的线路里不知道身在何处吧。下面我就简单介绍一下京沪线的编号模式，供以后的工作中参考。

CPⅢ点编号：采用7 位编号形式（0000000），具体要求如下：为避免长短链地段编号重复的问题，前4位采用四位连续里程的公里数，第5位正线部分为“3”，第6，7位为流水号，01～99号数循环。

自由设站编号：CPⅢ测量过程中的自由设站点编号根据连续里程和测站号等相关信息来进行编制。实际工作中，为了交接、换班等工作之便，我们先将自由设站编号和CPⅢ点编号以示意图纸的形式全线排版。若有变更根据现场实际情况，比如分段、当时受现场施工等因素加以改正。

2.2CPⅢ点的布设

首先强调一点是CPⅢ点是成对布设的，距离布置一般为60m左右，尽量控制在20～80m之间。埋设于桥梁防撞墙、隧道边墙接、触网杆或其基础（临时基础）等位置。每对CPⅢ点布设高度应大致相等，并应在设计轨道高程面0.3m 以上，但不要太高，它的位置高低主要原因是与将来铺板时测量仪器架设高度有关，架设稳定与否及影响测量精度等关联，这里我就不细分析了。CPⅢ点的埋设一般宜采用预埋方式进行布设；对于后埋的，应采用快干砂浆、水泥、植筋胶或者其他合格的锚固剂等进行固定，确保CPⅢ标志预埋件的稳固。CPⅢ点宜布设在简支梁固定端距梁端0.5m 的位置。

2.3CPⅢ网平面测量

2.3.1 常规测量

CPⅢ测量前应对人员进行严格系统的培训，仪器设备要鉴定、检验合格。CPⅢ网采用自由设站边角交会法测量。自由测站的测量，从每个自由测站，一般以前后各3 对 CPⅢ点为测量目标，每个CPⅢ点至少从3个测站上分别联测，通俗的讲就是保证每个CPⅢ点至少在本段落测到3次。一般应尽量选择无风的阴天进行或夜间进行观测。CPⅢ控制网观测的自由测站间距一般为120m，自由测站到CPⅢ点的最远观测距离应≯180m；每个CPⅢ点至少应保证有三个自由测站的方向和距离观测量。CPⅢ控制网水平方向应采用全圆方向观测法进行观测。当观测方向较多时，也可以采用分组全圆方向观测法。这里强调一下各个技术要求及指标，全圆方向观测应满足表1的规定。

表1 CPⅢ平面网水平方向观测技术要求

2.3.2网分段与测段衔接

CPⅢ可以根据施工需要分段测量，分段测量的测段长度不宜过长，也宜≮4km，如果＜4km要写说明。测段间应重复观测不少于6 对CPⅢ点及一个CPⅡ点，作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接。施工时，CPⅢ网两端宜分别预留6 对CPⅢ点，作为后续CPⅢ控制网连接区域。测段之间衔接时，前后测段独立平差重迭点坐标差值应满足≤±3。满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差，应采用本测段联测的CPⅠ、CPⅡ控制点及重叠段前测段CPⅢ点坐标进行约束平差。再次平差后，其他未约束的公共点在两个区段分别平差后的坐标差值应不大于1mm。完成全部平差后，公共点的坐标应采用前一区段CPⅢ网的平差结果。坐标换带处CPⅢ平面网计算时，应分别采用相邻两个投影带的CPⅠ、CPⅡ坐标进行约束平差，并分别提交相邻投影带两套CPⅢ平面网的坐标成果。两套坐标成果都应该满足上面的精度要求。提供两套坐标的CPⅢ测段长度≮800m。

2.3.3外业记录

外业记录目前采用全站仪电子记录，全站仪记录一定要每测站检查所有指标是否在合格内，若不合格必须重测直至合格，为平差时做好导入的数据准备。它是CPⅢ测量的重要原始数据，应认真填写，在每段CPⅢ测量结束后装订存档。

2.4CPⅢ网高程测量

CPⅢ控制点水准测量按闭合环的要求测量，有很多种方法，矩形环单程水准网或往返测水准网构网观测。CPⅢ水准网与（加密）线路水准基点联测时，应按精密水准测量要求进行往返观测。这里实际测量时，采用矩形闭合环单程水准网测量的方法测量（图1）。

图1 矩形闭合环单程水准网测量

CPⅢ高程控制网精密水准测量的主要技术要求、精度要求、测站技术要求等，应符合现行的规定。当CPⅢ高程网水准测量的测站数据质量不满足要求时、水准路线的限差超过要求时，该测站的数据应该重测。当根据闭合环闭合差计算的每千米水准测量的高差全中误差超限时，首先应对闭合差较大的闭合路线进行重测，重测后MW仍超限，则整个CPⅢ高程网水准测量的数据都应该重测。

2.5内业数据

2.5.1CPⅢ平面网数据处理

京沪高铁CPⅢ点的平面数据处理软件采用铁道部评审通过的TSDI_HRSADJ软件，该软件系统主要由嵌入式全站仪机载测量软件、全站仪测量数据预处理软件、精密工程测量平差软件三部分组成。该软件能够兼容目前主流的各型全站仪和各类CPⅢ标志，能够对外业观测数据对规范要求的各项精度指标进行检核，并提供合格的数据处理成果。

经检核无误并满足要求时，进行数据存储，提交给数据计算、平差处理。

数据计算、平差处理采用TSDI_HRSADJ平差软件，在计算报告中要说明软件名称。自由设站点、CPⅢ点进行整体平差。平差计算时，测站高程、起算固定基准点、原始数据、改化数据等都要用软件或文本准备好为数据的导入、概算、平差设置、平差计算等工作准备。平差结束后要对各项精度作出评定。

1）数据传输及预处理。将外业全站仪机载软件记录的数据导入计算机，进行数据整理、检查后，利用多测回测角测站平差计算软件，可对方向观测法和分组方向观测法的测站数据进行测站平差和观测数据检核。测站观测文件的数据管理，全站仪观测时，观测文件名采用全站仪默认格式，传输至计算机进行数据处理时，应先备份原始数据，并复制原始数据进行处理，此时应将文件名重新命名。测站平差报告应标明控制等级、观测者、记录者、检查者、棱镜类型、观测仪器、天气、观测日期和时间等信息，应正确标明观测量的差值和限差指标。测站平差报告应有文本和表格两种文件形式。测站平差的成果应能满足平差软件直接读取数据的格式要求。

2）坐标概算及距离改化。常规平差的首要任务,是坐标概算，误差方程列立是基于待定点的近似坐标的。计算近似坐标的方法有很多种，这里的程序主要采用：导线推算，边长交会，方向交会共三种方法。距离改化包括高斯投影距离改化和距离高程改化，在观测值预处理软件中进行改化。

3）起算点兼容性的确定。平差前应对联测的已知点进行兼容性判断，采用拟稳平差和地面控制点复测数据综合评判的方法。对不兼容的已知点应进行外业复核，并对成果进行修正。

4）平差计算。平差计算后的未知点点位中误差±≤1.4，相邻点相对点位中误差±≤1。对验后单位权中误差、观测值改正数与精度应进行检核，验后单位权中误差≤±1.8″，角度观测值改正数≤2.5″，距离改正数应≤±1.4。

5）提交成果。平差计算完成后，对两次测量平差均合格的成果进行坐标比较，如不超重复测量限差，则取第一组或精度指标较高的一组为最终成果，如有超限的应分析原因，并查找原因或重测，直到两次成果重复测量成果不超限。按照设计、施工的具体要求提交相应段落的文件。

2.5.2CPⅢ高程网数据处理

CPⅢ高程网外业观测成果的质量评定与检核的内容，应该包括：测站数据检核、水准路线数据检核，当CPⅢ水准网的环数超过20个时还要进行每千米水准测量的高差全中误差的计算。这里我们使用的高程平差软件，西南交大为京沪高铁配备的专业高程测量平差软件。CPⅢ高程网内业平差计算和基础控制资料的选用，应满足下列原则。

1）CPⅢ高程网水准测量的外业观测数据全部合格后，方可进行内业平差计算。

2）CPⅢ高程网采用联测的稳定线路水准基点的高程,作为起算数据进行固定数据平差计算。

2.5.3CPⅢ高程区段接边处理

CPⅢ高程测量分段方式与CPⅢ平面测量分段方式保持一致，前后段接边时应联测另外一段至少2对CPⅢ点。区段之间衔接时，前后区段独立平差重叠点高程差值应 ≤ ±3。满足该条件后，后一区段CPⅢ网平差，应采用本区段联测的线路水准基点及重叠段前一区段连续1～2对CPⅢ点高程成果进行约束平差。

3总结

（1）桥梁处横向支座位置的CPIII点横向坐标受影响。

（2）大跨径连续梁跨中高程影响较大。CPII加密时交替埋设在横向支座的坐标有影响，其对以后的CPIII精度影响多少。

（3）为了保证无砟轨道施工的精度，在施工过程中应根据无砟轨道板、轨道精调等施工阶段及施工组织计划安排对CPⅢ网进行复测。实际工作中，我发现复测太多好像结果不是很理想。因为影响的因素太多了，如：气温、气压、测设季节、测设人员、测设设备、一天中的测设时间段等等。

（4）分析平差软件虽然更新了几次，但在计算长度上还是不够，需要更新。

（5）要考虑因素太多，只有严格按照规范及相关文件执行CPⅢ网的测设还是比较容易完成的。

参考文献

[1]高速铁路工程测量规范. 北京:中国铁道出版社，2011