铁路建设不同阶段布设精密测量控制网的实施技术研究

2020-05-19傅成栋

建材与装饰 2020年13期

傅成栋

（甘肃铁道综合工程勘察院有限公司甘肃兰州 730000）

0 前言

铁路列车的行驶速度较快，对轨道的平顺性、精度及几何线性有较高的要求，需控制在毫米级范围内。就此，勘测单位需构建符合铁路勘测设计要求、铁路工程施工及运营维护的精密测量体系，为铁路施工和运营维护管理提供精确数据，保障铁路的正常使用和安全运营，延长铁路的使用寿命。

1 工程概况

本文以包银铁路为例，阐述铁路精密测量控制网的应用要点。该铁路包括包头至银川段、阿拉善支线两部分。其中，包银铁路全长505.78km，共有17 个车站；桥梁总长245.30km，桥隧比重48.5%；设计速度为250km/h；最大坡度为20‰。阿拉善支线与银川枢纽的包兰线黄羊滩站连接，通过包兰线引入银川站，线路全长129.95km，新建线路长度为100.8km，桥梁比14.9%；设计速度为160km/h，预留速度为200km/h；限制坡度为13‰。

在工程施工前，勘测单位（甘肃铁道综合工程勘察院有限公司）根据和《铁路工程测量规范》，遵循分级布网、逐级控制的原则，构建精密控制网，建立任务范围内的精密测量控制网，包括以下四部分：①框架控制网（CP0）布设及测量；②基础平面控制网（CPⅠ）布设及测量；③线路控制网（CPⅡ）布设及测量；④高程控制网布设及测量[1]。在铁路不同建设阶段，勘测单位开展的测量工作不同。在定测环节，进行基础平面控制网的布设；在施工图设计环节，进行补充精测，与原本GPS 点进行连测；在施工环节，进行每条切线的连测；在深度开工环节，进行CPⅠ、CPⅡ及精密水准的补测。本文主要以平面控制网为例，分析精密测量控制网的布设要点，为其他单位提供经验参考。

2 精密测量控制网在包银铁路的实施技术

2.1 平面测量控制网实施技术

2.1.1 布设前的准备

在布设前，勘测单位需收集相关资料，如沿线国家的GPSA、B 级点、包银铁路所在区域的铁路控制网CP0 点等。在上述资料中，对于通过初测控制阶段检验，和线路距离低于10km，且点位稳定、精度符合控制网布设要求的点位，可直接用于平面测量控制网的布设，将其作为起算数据，不需布设CP0 点。在包银铁路工程中，先期开工段（银川枢纽起向北延伸3km）与银西高铁并行，银西线中存在的CPⅠ、CPⅡ点符合上述要求，将其用于包银铁路的相应点位。

2.1.2 选点

在进行平面控制网的选点时，勘测单位需注意以下几点：①选择土质坚实、便于观测、不易受影响的区域；②选择的点位应符合GPS 接收机安装要求，可有效接收GPS 卫星信号；③点位应远离大功率无线电发射源超过200m，如电视台、微波站等，远离高压输电线50m 以上；④点位应远离大面积水域；⑤在明确CPⅠ、CPⅡ控制点后，应在点位现场标注说明，并做好点之记，用AutoCAD 绘制。

2.1.3 埋石

在包银铁路中，勘测单位分别设置控制点标志、基岩埋标及一般情况下埋桩。

控制点标志选择直径为20mm、长30mm 的不锈钢材料，通过普通倒T 字型钢筋将材料下部焊接，如图1 所示。在材料顶部刻0.5mm 深的十字分划丝，并安装标牌，表示点位信息，如包银线CPⅠXXX、包银线CPⅡXXX 等。

图1 控制点标志

基岩埋标是在基岩裸露的区域埋设基岩桩，岩桩选择稳定性强、未风化的岩石埋桩，通过钻孔方式埋桩，放置标芯，再通过强力胶填充空隙，使用水泥材料抹平。

一般情况下埋桩选择混凝土预制桩，其内部设置钢筋笼，提高预制桩强度，按照标准规范埋设。如果水准基点和CPⅡ在平面点出现共桩现象，则需将CPⅡ点与CPⅠ点采用相同的规格埋设。

2.1.4 施测

在包银铁路中，勘测单位通过边联结方式整合CPⅠ、CPⅡ网，获得带状网。其中，CPⅠ控制网和国家GPSA、B 级点、衔接区域其他线路的CP0 点实现直接基线联测，共同形成附合网；CPⅡ则与CPⅠ联测形成附合网。在施测过程中，选择Leica 双频GPS 接收机进行观测，观测精度要求如表1 所示。在观测前，勘测单位统一设置测量仪器的参数，将数据采样间隔设置为15s，将高度角设计为15°；在观测过程中，需做好天线整平工作，要求其对中误差低于1mm。在每个观测时段，前后分别两区天线高，要求两者差值低于3mm，平均数为最终观测值。

表1 GPS 精度检测精度指标

2.1.5 基线解算

在基线解算中，勘测单位选择徕卡LGO8.4 基线解算软件，通过广播星历进行计算，选择国家GPSB 级点等三维坐标为起算点。基线解算的各项参数需遵循如下要求：

①对于同一时段的观测值，需将其资料剔除率控制在10%以内；②对于同一条边任意两个时段的解算值，其差值控制在（mm）；③对于采用独立观测方式的边闭合环，其各坐标分量间的闭合差需遵循如下要求：Wx≤3·σ；Wy≤3·σ；Wz≤3·σ；W≤3·σ。如果观测中发现上述指标不符合要求，需重新测量。

2.1.6 坐标转换

在基线解算完成后，需进行网平差与坐标转换工作。首先，将联测GPSA、B 级点、衔接区域其他线路的CP0 点作为CPⅠ的起算数据，开展兼容性检验工作；其次，通过Cosa GPS 数据处理系统进行网平差处理，选择2000 国家大地坐标系，网平差选择三维无约束平差，将起算点的三维成果为CPⅠ的计算基础，将CPⅠ的二维成果为CPⅡ的计算基础。

在无约束平差处理中，对基线分量有明确要求，V△x、V△y、V△z等改正数绝对值需符合如下要求：V△x≤3σ；V△y≤3σ；V△z≤3σ。

在网平差处理完成后，可获得CPⅠ、CPⅡ的坐标、基线向量、改正数及精度信息等参数；再按照独立坐标系投影带，进行CPⅠ、CPⅡ分带坐标系的计算，要求不同带间具备两个以上的公共点。

2.1.7 CPⅡ测量

在隧道贯通施工完成后，勘测单位进行CPⅡ测量，其流程如下：

（1）在测量前，进行测量点的布设，勘测单位将CPⅡ控制点布设于隧道洞内的电缆槽位置，该点位可用作隧道洞内的二等水准基点，要求点间视线和洞内设置间的距离大于0.2m，勘测人员将点位编号为XXXCPⅡ01。其中，XXX 是指隧道的名称。

（2）在测量过程中，勘测人员开启测量仪器，放置20min，使其适应外界环境，再按照规范要求，读取气象参数与温度参数。测量结果显示，温度为0.2℃，气压为50Pa。在开展导线观测前，需按照检校、照准、参数设置的流程合理配置全站仪，并遵循规范流程，观测限差；再通过目标点寻标，一一输入准确的导线点号，并将测站仪器的实际高度和目标高共同输入采集软件中，进行学习，即可开展自动化数据采集工作。需要注意的是，在测量过程中，需实时监测仪器运行状况，避免仪器故障引发系统误差。

（3）数据处理。在测量完成后，勘测人员进行数据处理，结合外业电子记录数据，进行测站方向、边长观测值的限差、中误差及对向观测边较差等数据的计算；再将隧道洞口或斜井端的CPⅠ为起算数据，进行导线闭合差的计算，如全长相对闭合差、坐标闭合差等。在上述参数指标计算完成后，与标准数值对比。包银铁路隧道与导线的参数均符合规定，勘测人员通过严密平差方法进行深入分析，选择地面网数据处理软件FSDIGDPAS 计算，该软件可提供点位坐标、中误差及点位椭圆误差等精度评定数据的计算，确保各项精度评定数据符合标准要求，保障精密测量控制网的布设质量[2]。