高速铁路CPⅢ控制网的布设及测量

唐志国

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430061）

1 坐标概述

本文所述的高速铁路是指速度大于或等于250km/h的营运铁路和时速200km/h的无砟轨道交通。随着我国京津、京沪、京广等高速铁路的全面开通，高速铁路工程测量技术也随之逐步完善。

无砟轨道在施工阶段的测量精度影响着轨道的圆顺度，在施工时，轨枕板铺设必须达到设计线路的绝对坐标和相对坐标的要求。相对坐标是指线路的曲直形状，表现为线路的圆顺度，绝对坐标指的是线路的空间位置，表现为线路的空间三维存在。

1.1 线路的相对坐标

相对坐标是根据线路上邻近两点之间的相对位置来确定，控制因素就是要达到无砟轨道的圆顺度要求。在标准轨距和轨顶高度差达到要求后，还要满足轨道的竖曲线要求，当平、竖曲线圆滑之后，轨道施工就达到了目的。

1.2 线路的绝对坐标

绝对坐标由线路存在于三维独立工程坐标系中的数据体现。由线路中心与邻近构筑物的绝对位置来决定。线路的绝对坐标必须符合设计且与配套线下工程的三维坐标相适应。

高铁的平面与高程控制网应能满足线下、线上工程的施工需要，其控制网精度应高于各阶段施工时测量所需的精度。在铺设无砟轨道轨枕板的阶段中，仅依靠CPⅠ、CPⅡ网来控制轨道的圆顺是不够的，我们还需要建立CPⅢ网来实现轨道的总体线形的正确。

2 控制网布设

平面控制网分为以下3级：I级为CPⅠ网，即基础平面控制网，主要功能是在勘察和施工阶段提供坐标起算基准；Ⅱ级为CPⅡ网，即线路平面控制网，功能是在勘察与施工阶段提供施工基准；Ⅲ级为CPⅢ网，即轨道控制网，功能是为铺设无砟轨道和后期轨枕板维护提供测量依据。

高程控制网：二等水准、CPⅢ精密水准。

2.1 CPⅠ、CPⅡ布设方法

简单介绍下CPⅠ、CPⅡ的布设方法。CPⅠ沿线路走向布设，距中线50～1000m，每2km一个或一对点；CPⅡ距中线50～200m，点间距600～800m。

2.2 CPⅢ布设方法

（1）在布设CPⅢ点之前需要先进行加密点的布设。因为CPⅢ测量时须600～800m联测一个高等级控制点，以满足数据起算及平差要求，故应在线下工程完工后在线上按照同精度内插原则进行CPⅡ点和二等水准点加密，以保证可供联测的高等级控制点，平面点间距不超过600～800m，高程点间距不超过2000m。

加密点编号采用7位数编号，前4位为线路里程数，第5～6位平面点为“P2”，水准点为“H2”，第7位为该公里范围内流水号，如0123P21（0123H21），表示K123范围内第1个加密CPⅡ（水准）点。

（2）CPⅢ点须成对布设，点对之间距离应控制在50～70m，特殊情况下也应小于80m。CPⅢ点应与轨面有一定的高差，以减少测量干扰，比轨面高0.3m为宜。CPⅢ点编号采用7位数编号，前4位为线路里程数，第5位为“3”，第6～7位为该公里范围内流水号，线路前进方向左侧流水号为奇数，右侧为偶数。如0123301，表示K123范围内左侧第1个CPⅢ点。

2.3 CPⅢ点的元器件

CPⅢ点的元器件一般由预埋件、高程测量适配件、棱镜连接适配件和棱镜组成。CPⅢ元器件需具有以下特点：能够强制性对中、保存时间长久、不易发生变形、尺寸小巧、便于测量。

3 CPⅢ控制网的测量

3.1 仪器要求

全站仪须满足如下精度要求：

角度测量精度：≤1″。

距离测量精度：1mm+2ppm。

具有自动伺服马达，能自动搜索棱镜、测量并记录数据的测量机器人为宜。

水准仪须满足以下精度要求：

最低型号等级：DS1。

3.2 平面网测量方法

目前主流的平面网测量方法是自由测站边角交会法。其流程为：设站后，以测站大小里程方向共6对12个（如联测时则为13个）CPⅢ点为观测对象，每个测站须重复观测上个测站的8个CPⅢ点，并向前延伸4个CPⅢ点，这样就可以保证每个CPⅢ点的观测量大于或等于3次。测量示意图如图1所示。

图1 CPⅢ自由测站边角交会法

CPⅡ测量时设站点距CPⅢ点的距离不得超过180m，一般为150m，联测CPⅡ点的最大距离小于300m。测距时必须进行气象改正，温度、湿度和气压参数要输入仪器中。

CPⅡ平面网角度观测指标要求如下：

水平角半测回的归零差值≤6″；全测回的2C值互差≤9″；同一方向的各测回值互差≤6″。

距离观测应与水平角观测同步进行，测回间距离较差不大于1mm。

3.3 与CPⅡ控制点联测

平面网宜每600m左右与加密点进行联测，并通过至少连续的2站或以上测站进行观测。

3.4 高程网测量

CPⅢ点之间的水准路线，宜采用形式如图2所示。

图2 CPⅢ高程网测量

CPⅢ点高程测量采用精密水准的精度要求，起终点闭合于水准加密点或二等水准点。测量时的精度要求如表1所示。

表1 水准测量等级指标限差

4 内业数据处理

（1）内业数据处理必须使用能与全站仪配套的数据处理软件，该软件必须通过铁路总公司相关部门的评审鉴定。

测量数据平差前，需对原始数据进行质量核查。使用软件对数据中的角度、边长进行核查，不符合规范要求的数据要剔除并返工。经核查无误达到规范要求后，将原始数据存档，输入软件进行内业数据处理。

CPⅢ平面网平差首先要进行自由网平差，平差后须达到的精度要求是：角度改正值≤3″，边长改正值≤2mm，然后再进行约束网平差。

约束网平差之后须达到的精度要求如表2所示。

表2 CPⅢ平面约束网精度指标

（2）高程测量的原始数据须输入软件进行核查，不合格数据要返测。原始数据满足规范要求后进行平差处理。

（3）网段间接边时，重叠接边点的坐标、高程不符值须小于或等于3mm。达到精度要求后，后一网段平差时，平面起算点坐标采用本段联测的高等级点及前一网段接边处连续的2～6个CPⅢ点的坐标。已知高程点均参与平差计算。

5 CPⅢ施测注意事项

5.1 结构物的稳定

需测量CPⅢ的地段应等待沉降期结束，基础稳固之后再进行建网工作。CPⅢ网的长度设置，视现场情况而定，宜长不宜短，4～8km即可，尽量减少接边。同一网段内的测量最好在一段时间内连续完成，不要间隔太久。

5.2 平面数据采用气象元素改正问题

CPⅢ网的精度指标高，在建网时必须进行湿度、温度和气压改正。气温测量使用灵敏度高的水银温度计，气压测量采用空盒气压计，湿度测量使用指针式干湿计。

5.3 CPⅢ测量的环境要求

为提高施测效率，减少返工，应高度重视施测环境。一般应在夜间作业，并且应尽量在无尘、无震动、无遮挡的情况下开展作业，减小不利环境因素对测量精度的影响。

5.4 高等级控制点的管理

高等级点在CPⅢ网的接边、复测和后期运营维护起着至关重要的作用，故应做好管理工作，需将详细资料通知施工单位并提醒其加强保护。

6 结语

以上就是高速铁路CPⅢ控制网的布设及测量流程，希望能为从事此项工作的同仁们提供参考价值。