精密工程测量技术培训

精密工程测量技术培训冯新军2013.3.25提纲一、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点传统的工程测量方法精密工程测量的特点二、施工阶段测量实施要点精密工程测量的概念精密工程测量是相对于传统的工程测量而言，目前国内一些工程的平顺性要求非常高，测量精度要达到毫米级。其测量方法、测量精度与传统的工程测量完全不同。我们把适合于高精密工程测量的技术体系称为精密工程测量。把精密工程测量控制网简称“精测网”客运专线铁路精密工程测量的内容线路平面高程控制测量线下工程施工测量施工测量运营维护测量客运专线铁路精密工程测量的概念为什么要建立精密工程测量体系一些列车运行速度高，为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，要求:(1)严格按照设计的线型施工,即保持精确的几何线性参数;(2)必须具有非常高的平顺性，精度要保持在毫米级的范围以内。要实现轨道的高平顺性，除了对线下工程和轨道工程的设计施工等有特殊的要求外，必须建立一套与之相适应的精密工程测量体系。德国睿铁公司执行副总裁巴哈曼先生在总结高平顺性轨道工程建设经验时说：要成功地建设无碴轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统——否则必定失败。为什么要建立精密工程测量体系1、传统的工程测量方法初测：初测导线、初测水准定测：交点、直线、曲线控制桩（五大桩）线下工程施工测量：以定测控制桩作为施工测量基准铺轨测量：穿线法、弦线支距法或偏角法测量二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点2、传统的铁路测量方法的缺点（1）平面坐标系投影差大（高斯投影）中央子午线高斯投影改正值高斯投影面1954年北京坐标系3°带投影，投影带边缘高斯投影边长变形值最大可达0.034㎜/km二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点2、传统的测量方法的缺点（1）平面坐标系投影差大（高程投影）施工高程面参考椭球面二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点高程投影每km边长变形值H/R2、传统的测量方法的缺点（2）不利于采用GPS、RTK(实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率）、全站仪等新技术采用坐标法定位法进行勘测和施工放线；二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点2、传统的测量方法的缺点（3）没有采用逐级控制的方法建立施工控制网•测量可重复性较差；•中线控制桩连续丢失后，很难进行恢复。二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点2、传统的测量方法的缺点（4）测量精度低：导线测角中误差12.5″、方位角闭合差25″√n；全长相对闭合差：1/6000施工单位复测经常出现曲线偏角超限改变设计偏角施工,设计线形被改变二、传统的工程测量方法与精密工程测量的特点2、传统的测量方法的缺点（5）轨道的铺设不是以控制网为基准按照设计的坐标定位，而是按照线下工程的施工现状采用相对定位进行铺设。由于测量误差的积累，轨道的几何参数与设计参数不一致。二、传统的铁路测量方法与精密工程测量的特点精密工程测量的特点1.确定了精密工程测量“三网合一”的测量体系勘测控制网:CPⅠ、CPⅡ、水准基点施工控制网CPⅠ、CPⅡ、水准基点、CPⅢ运营维护控制网：CPⅢ、加密维护基桩精密工程测量的特点“三网合一”的内容和要求：1）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网坐标高程系统的统一；2）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网起算基准的统一；3）线下工程施工控制网与轨道施工控制网、运营维护控制网的坐标高程系统和起算基准的统一；4）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网测量精度的协调统一；精密工程测量的特点三网合一的重要性（1）勘测控制网、施工控制网起算基准不统一的后果•平面尺度：纵向里程，横向偏移•高程基准：线路纵断面，穿跨越限界客运专线铁路精密工程测量的特点三网合一的重要性（2）线下工程施工控制网与轨道施工控制网的坐标系统和测量精度不统一的后果●线下工程与轨道工程错开●净空限界不足精密工程测量的特点2、确定了工程平面控制测量分三级布网的布设原则第一级:基础平面控制网（CPⅠ）,为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级:线路控制网（CPⅡ,为勘测和施工提供控制基准；第三级:基桩控制网/施工加密网（CPⅢ）,为线下工程、轨道施工和运营维护提供控制基准。CPⅠ精密工程测量的特点工程测量三级平面控制网示意图线路中线CPⅡCPⅠCPⅢCPⅡ150-200mCPⅠCPⅢCPⅠ≤4km≥1000m800-1000mCPⅡ精密工程测量的特点3、提出了精密测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系。精密工程测量的特点4、确定了高精度轨道必须采用绝对定位与相对定位测量相结合的铺轨测量定位模式F-3mm+3mmR=2800m弦长C=20mR=2397mF’=F+3mmR=3365mF’=F-3mm曲线外矢距F=C²/8RC为弦长，R为半径１、坐标高程系统高精密工程测量平面坐标系应采用工程独立坐标系统，并引入1954年北京坐标系/1980西安坐标系。边长投影在对应的线路设计平均高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。高精密工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准(基于青岛验潮站数据）。精密工程测量2、平面控制测量2.1各级平面控制网布网要求控制网级别测量方法测量等级点间距备注CPⅠGPSB级≥1000m≤4km一对点CPⅡGPSC级800～1000m导线四等CPⅢ导线五等150～200m自由设站边角交会50～60m10～20m一对点精密工程测量2、平面控制测量2.2各级平面控制网应满足的精度控制点可重复性测量精度相对点位精度CPⅠ10mm8+D×10-6mmCPⅡ15mm10mmCPⅢ导线测量6mm5mmCPⅢ后方交会测量5mm1mm精密工程测量2、平面控制测量2.3各级平面控制网的测量精度（1）GPS测量精度精密工程测量控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CPⅠ≤1.3″1/170000CPⅡ≤1.7″1/1000002、平面控制测量2.3各级平面控制网的测量精度（２）导线测量精度控制网级别附合长度km边长m测距中误差mm测角中误差″相邻点位坐标中误差（mm）导线全长相对闭合差限差方位角闭合差限差（″）对应导线等级CPⅡ≤4400～60052.5101/40000±5√n四等CPⅢ≤1150～2003451/20000±8√n五等精密工程测量2.4平面控制测量作业流程（1）CPⅠ控制测量：一般在初测时完成，为客运专线无碴轨道铁路工程提供平面基准。（2）CPⅡ控制测量：一般在定测时完成，作为客运专线无碴轨道铁路工程施工平面控制网。（3）CPⅢ平面控制测量：在施工测量时施测，线下工程施工时作为施工加密平面控制网，铺设无碴轨道时作为无碴轨道铺设基桩控制网。2.平面控制测量2.5平面控制测量方法（1）GPS测量：用于建立CPⅠ、CPⅡ控制网；（2）导线测量：用于建立CPⅡ、CPⅢ平面控制网；（3）后方交会网测量：用于建立轨道铺设基桩控制网。精密工程测量2.平面控制测量精密工程测量2.平面控制测量2.6GPS基础平面控制网测量(CPⅠ)GPS基础平面控制网（CPⅠ）主要为勘测设计、施工、运营维护提供坐标基准，按B级GPS网精度要求测量，全线（段）一次布网，统一测量，整体平差。GPS基础平面控制网（CPⅠ）沿线路每4km布设1对GPS点，GPS点间距不小于1000m，采用大地四边形或三角锁的形式构成整个CPⅠ网。2.7CPⅡ控制网测量CPⅡ网测量应在CPⅠ网的基础上采用四等导线或C级GPS测量方法施测。CPⅡ控制点的点间距以800～1000m为宜，离线路中线一般在50～100m，便于施工放线且不易破坏的范围内。精密工程测量2.平面控制测量精密工程测量2平面控制测量2.8CPIII边角交会网测量该方法为德国建立无碴轨道铺设控制网采用的方法，称之为轨道设标网。其边角交会控制网形状如图所示：60mPS1PS4PS4PS4PS4CPIIICPIIICPIIICPIIICPII每隔两个接触网柱建立一个测量点位；两个方向各瞄准3×2个永久标记点；每个永久标记点将被瞄准三次；最大的测量范围的距离约150m；仪器在每个方向测量两次；与CPⅡ控制点进行连接测量.精密工程测量CPIII边角交会网测量的实现60mPS1PS4PS4PS4PS4CPIIICPIIICPIIICPIIICPII3.1一般规定高程控制测量分为勘测高程控制测量、水准基点高程测量、CPⅢ控制点高程测量。高精密轨道高程控制网应按二等水准测量精度要求施测。在勘测阶段，不具备二等水准测量条件时，可分两阶段实施，即：勘测阶段按四等水准测量要求施测，线下工程施工完成后，全线再按二等水准测量要求建立水准基点控制网。精密工程测量3.高程控制测量精密工程测量3.高程控制测量（１）各级高程控制测量等级及布点要求控制网级别测量等级点间距勘测高程控制测量二等水准测量≤2000m四等水准测量水准基点高程控制测量二等水准测量≤2000mCPⅢ高程测量精密水准测量≤200m注：长大桥隧及特殊路基结构施工高程控制网等级应按相关专业要求执行。（２）高程控制网精度精密工程测量控制点类型可重复性测量高差限差相邻点高差限差水准测量等级水准基点二等水准CPⅢ控制点精密水准L4L4L8L83.高程控制测量精密工程测量各等级水准测量精度要求（mm）LLLLLLLL6441288420121282014水准测量等级每千米水准测量偶然中误差M△每千米水准测量全中误差MW限差检测已测段高差之差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值二等水准≤1.0≤2.0６√Ｌ４√Ｌ４√Ｌ——精密水准≤2.0≤4.0１２√Ｌ８√Ｌ８√Ｌ４√Ｌ三等水准≤3.0≤6.0２０√Ｌ１２√Ｌ１２√Ｌ８√Ｌ四等水准≤5.0≤10.0３０√Ｌ２０√Ｌ２０√Ｌ１４√Ｌ精密工程测量L水准测量的主要技术标准等级每千米高差全中误差（mm）路线长度（km）水准仪等级水准尺观测次数往返较差或闭合差（mm）与已知点联测附合或环线二等2≤400DS1因瓦往返往返4√L精密水准42DS1因瓦往返往返8√L三等6≤150DS1因瓦往返往测12√LDS3双面往返四等10≤30DS3双面往返往返20√L精密工程测量各等级水准观测主要技术要求等级水准尺类型水准仪等级视距（m）前后视距差（m）测段的前后视距累积差（m）视线高度（m）二等因瓦DS1≤50≤1.0≤3.0下丝读数≥0.3DS05≤60精密水准因瓦DS1≤60≤2.0≤4.0下丝读数≥0.3DS05≤65三等双面DS3≤65≤3.0≤6.0三丝能读数因瓦DS1/DS05≤80四等双面DS3≤80≤5.0≤10.0三丝能读数因瓦DS1≤100精密工程测量二.高程控制测量3水准测量使用的仪器要求序号仪器名称最低型号备注二等、精密水准四等1水准仪DS1DS3用于水准测量2水准尺线条式因瓦标尺条码式因瓦标尺木质区格水准尺条码式水准尺用于水准测量3全站仪1″2mm+2ppm2″2mm+2ppm用于二等跨河水准测量四等三角高程测量精密工程测量二.高程控制测量4.水准测量的技术要求4.1水准点布设原则(1)水准路线应尽量沿线路布设，水准路线应构成附合路线或闭合环；每条水准路线必须构成一个整网，不能分为互不联系的小网进行测量。(2)水准点沿线路每2km应布设1个。在大桥、长隧的两端及重点工程地段应增设水准点。(3)水准点应选在沿线路方向离线路中线50～200m、稳固可靠且不易被施工破坏的范围内。以便于勘测、施工时所利用。精密工程测量二.高程控制测量4.2水准点选点埋石(1)一般地区水准点埋设要求应按规范规定的要求进行埋设。(2)有岩层露头或岩层在地面下不深于1.5m的地点，应优先选择将水准点埋设在岩层上。(3)有房屋、纪念碑、塔、桥基、隧道边墙等坚固建