高速铁路测量知识讲解

高速铁路测量知识CPⅢ测量技术依据《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）；《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）；《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPⅢ）测量管理办法》（铁建设[2008]80号）《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》（铁建设[2009]20号）《关于进一步加强客运专线建设质量管理的指导意见》（铁建设[2008]246号）200km以上高速铁路多采用无砟轨道无砟轨道具有稳定性好、维修量少的特点高铁平面控制测量分级布网原则分四级布设1第一级为基础框架平面控制网CP0，主要为全线（段）的线路平面控制测量提供坐标框架基准。2第二级为基础平面控制网CPⅠ，主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；3第三级为线路控制网CPⅡ，主要为勘测和施工提供控制基准；4第四级为基桩控制网CPⅢ，主要为铺设无砟轨道和运营维护提供控制基准。高速铁路控制网初识高速铁路轨道的高平顺性是如何实现的？1.在铁路轨道上高速行车，必须要求轨道具有高度的平顺性，才能保证高速列车行车的安全和平稳。2.高速铁路轨道的高平顺性，可以通过精测网CPI、CPII、CPIII、轨道的设计参数和轨道几何状态测量仪(轨检小车），通过粗调、精调等施工环节后实现。3.衡量轨道平顺性的主要指标，是无砟轨道的静态平顺度和轨道中心坐标。这些参数可以用轨检仪和CPIII网检测出来。高速铁路轨道静态平顺度允许偏差序号项目无砟轨道有砟轨道允许偏差检测方法允许偏差检测方法1轨距±2mm—±2mm—2轨向2mm弦长10m2mm弦长10m2mm/8a（m）弦长48a（m）2mm/5m弦长30m10/240a（m）弦长480a（m）10mm/150m弦长300m3高低2mm弦长10m2mm弦长10m2mm/8a（m）弦长48a（m）2mm/5m弦长30m10/240a（m）弦长480a（m）10mm/150m弦长300m4水平2mm—2mm—5扭曲（基长3m）2mm—3mm—6与设计高程偏差10mm—10mm—7与设计中线偏差10mm—10mm—注：a为轨枕/扣件间距（m）轨道几何状态测量仪的概念铁路轨道几何状态测量仪简称轨检仪，也叫轨道检测小车，是一种通过CPIII控制网、智能型全站仪、倾角及轨距传感器、轨道设计参数和专用测量软件,能够自动检测线路中心坐标、轨顶高程和轨距、水平、高低、扭曲和轨向等轨道静态参数，并自动进行记录整理的智能化轻型轨道检测设备。轨检仪是一种全新的铁路测量设备。全站仪配合轨检小车进行轨道测量轨检仪的主要性能和测量精度要求序号检测项目测量范围测量误差备注1高低±50mm±1.0mm10m弦2轨向±100mm±1.0mm10m弦3正矢±400mm±1.0mm20m弦4轨距零位正确性1410m～1470mm±0.15mm应对使用环境温度的影响实时进行自动修正示值误差±0.30mm测量重复性0.20mm3次测量结果的极差5水平零位正确性±200mm±0.15mm示值误差±0.50mm掉头误差0.30mm测量重复性0.20mm3次测量结果的极差6扭曲±30mm±1.0mm6.25m基长7里程±9999km±2‰高速铁路工程测量的新概念铁路工程独立坐标系统---高速铁路工程测量平面坐标系应采用工程独立坐标系统。边长投影在对应的线路轨道设计高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。三网合一---高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面和高程测量成果的一致性，应该做到三网合一。也就是各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。•精测网--包括平面和高程控制网。平面控制网分四级布设，第一级为框架控制网（CP0），第二级为基础控制网（CPⅠ），第三级为线路控制网（CPⅡ），第四级为轨道控制网（CPⅢ）；高程控制网分二级布设，第一级为线路水准基点控制网，第二级为CPIII高程控制网。•框架平面控制网CP0---沿线路每50km布置一个CPO点，为GPS三维控制网，作为高速铁路三网合一的平面坐标基准。CPO网最弱边的相对中误差≤1/1000000，必须采用精密星历进行基线的解算。•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，为线路平面控制网和轨道控制网CPⅢ起闭的基准。•CPI网点间距为4km，为GPS二等二维网，基线边方向中误差≤1.3″，最弱边相对中误差≤1/180000。•线路平面控制网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测量和轨道控制网CPIII测量提供平面起闭基准。•CPII网点间距为400~800m，为GPS三等二维网（规范规定也可采用导线方法建网，但我认为必须是符合在CPI上的导线网才行），基线边方向中误差≤1.7″，最弱边相对中误差≤1/100000。•轨道控制网CPⅢ--沿线路布设的三维控制网，平面起闭于基础平面控制网（CPⅠ）或线路平面控制网（CPⅡ），高程起闭于线路水准基点。一般在线下工程施工完成后施测，为无砟轨道铺设和运营维护提供基准。•CPIII网为智能型全站仪自由测站边角交会的三维控制网，其点间距为纵向60m左右一对控制点，点对的横向间距为10~20m，CPIII的精度要求很高，要求相邻点位的相对中误差≤1mm。CPIII的网形、测量方法、控制点数量、控制网的使用和精度要求，06年前在我国都是闻所未闻的。•CPⅢ控制网区段----CPⅢ控制网独立平差计算的控制网长度。一条高速铁路的CPⅢ控制网可分区段进行平差计算。每一CPⅢ控制网的区段长度不应短于4km。•CPⅢ棱镜组件----轨道控制网CPIII控制点精确定位观测的强制对中测量标志，一般由预埋件、高程测量适配器、棱镜连接适配件和反射棱镜组成。•CPⅢ平面网的纵横向闭合差----CPⅢ点间沿线路方向和垂直线路方向的长度闭合差，可用于评定CPIII平面网的外业观测精度、探测CPIII网中观测值的粗差等。•精密水准测量--客运专线铁路无碴轨道工程测量中，用于测量CPIII网高程的等级水准测量，其精度介于二等、三等水准测量之间，高差中数偶然中误差和全中误差分别为2mm/km和4mm/km。•自由测站边角交会--在线路中线附近架设全站仪，测量线路两侧多对轨道控制网CPIII点的方向和距离，并联测就近的CPI或CPII，以获取轨道控制网CPIII平面坐标的测量方法。•自由设站--在线路中线附近架设全站仪，测量线路两侧多对轨道控制网CPIII点的方向和距离，以确定仪器中心点的平面和高程位置。常用在无砟轨道板和长钢轨的粗调和精调以及配合轨检仪进行轨道检测。各级控制网GPS设计的主要技术要求各级控制网导线设计的主要技术要求各级控制网高程网设计的主要技术要求CPⅡ点埋设桥梁段隧道段CPIII控制网相邻测站形成的横向闭合环A4187B6523A4187B6523A4187B6523A4187B6523CPIII控制网相隔测站形成的横向闭合环A63109B8745CA63109B8745CCPIII控制网相邻测站形成的纵向闭合环A4187B6523A4187B6523A4187B6523CPIII控制网相隔测站形成的纵向闭合环A63109B8745CA63109B8745C高斯投影及其长度变形)21(220RyssmgSg为高斯面上距离S0为大地水准面上距离高斯投影变形的量值离中央子午线实际距离(m)190002000021000高斯距离(m)19000.08449220000.09854721000.114081平均变形(mm/km)4.4469507324.9273696285.432425471离中央子午线实际距离(m)220002300024000高斯距离(m)22000.13116723000.14987824000.170290平均变形(mm/km)5.9621182776.5164480587.095414827离中央子午线实际距离(m)250002600027000高斯距离(m)25000.19247526000.21650927000.242464平均变形(mm/km)7.6990185998.3272593898.980137211离中央子午线实际距离(m)280002900030000高斯距离(m)28000.27041429000.30043430000.332598平均变形(mm/km)9.65765208310.3598040211.08659304距离的高程改化及其长度变形)1(22mmHHHss)1(12mmHHHss距离高程改化引起的长度变形距大地水准面的高差H51015大地水准面的距离100010001000高程为H面的距离1000.0011000.0021000.002投影差(mm)0.7848061.5696122.354418距大地水准面的高差H202530大地水准面的距离100010001000高程为H面的距离1000.0031000.0041000.005投影差(mm)3.1392253.9240314.708837距大地水准面的高差H354045大地水准面的距离100010001000高程为H面的距离1000.0051000.0061000.007投影差(mm)5.4936436.2784497.063255距大地水准面的高差H505560大地水准面的距离100010001000高程为H面的距离1000.0081000.0091000.009投影差(mm)7.8480628.6328689.417674目前为达到投影长度变形值不大于10mm/km所存在的问题•1.抵偿面不是轨道面，会造成施工出来的结构物与设计的结构物不完全一致；•2.带宽狭小，频繁的换带计算给设计和施工带来不便，也损失精测网CPI的精度；•3.里程是平面里程，而不是线路的坡面里程；•4.10mm/km是系统误差，用这样的CPI和CPII约束CPIII，将较大地降低CPIII的实际测量精度，同时导致CPIII网的置平平差计算无法实现；•5.因此研究小变形、无换带计算、投影面为轨道面的CPI数据处理方法非常有必要。CPIII平面控制网的测量网形（1）每个CPIII测量标志点均有三个测站点对其进行方向、斜距和竖直角观测。120m60mCPⅡCPIII平面控制网的测量网形（2）•测站间距为120m时，CPⅢ平面控制网测量网形示意图如下图所示。120m60mCPⅠCPⅡCPⅡCPIII平面控制网的测量网形（3）•测站间距为60m时，CPⅢ平面控制网测量网形示意图如下图所示。60mCPⅠCPⅡCPⅡ60mCPIII平面控制网的测量网形（4）•采用测站间距120m的标准网形测量过程中如某CPⅢ点由于障碍物被挡，可以考虑采用由测站间距120m转测站间距60m的测量网形，如下图所示。CPⅠCPⅡ120m60m60mCPⅡCPIII平面控制网的测量网形（5）•在实际测量过程中，如果CPⅠ或者CPⅡ点离线路较远，可以在线路外合适位置设置辅助点，在辅助点上架设仪器，观测临近的CPⅢ点和CPⅠ或者CPⅡ点。此时其测量网形示意图如下图所示。120m60mCPⅠCPⅡCPⅡJM002JM001德国CPIII专用测量标志（不包括棱镜的价格为4000元）连接件预埋件棱镜适配器棱镜西南交通大学研制的CPIII测量标志（不包括棱镜的每套价格为150元）保护盖（左）与预埋件（右）LeicaGRP121棱镜配套使用的棱镜杆高程杆西南交通大学CPIII测量标志的使用方法（1）1：安装筒已经