2-课件精密测量-180-230

2-课件精密测量-180-230第二部分：客运专线精密工程测量技术1.概述1.1.客运专线铁路精密工程测量的概念客运专线铁路精密工程测量是相对于传统的铁路工程测量而言，客运专线铁路的平顺性要求非常高，轨道测量精度要达到毫米级。其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。我们把适合于客运专线铁路工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量。把客运专线铁路精密工程测量控制网简称“精测网”精测网：CP1、2、3，二等水准，精密水准。1.1.1.客运专线铁路精密工程测量的内容客运专线铁路精密工程测量的内容包括：客运专线铁路平面高程控制测量线下工程施工测量轨道施工测量；运营维护测量1.1.2.客运专线铁路精密工程测量的框架体系《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2021]189号）《时速200～250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南（试行）》（铁建设[2021]76号）1.2.为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系客运专线铁路速度高（200km/h～350km/h），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。1.2.1.客运专线轨道铺设精度为了适应客运专线铁路高速行车对平顺性和舒适性的要求，客运专线铁路轨道必须具有高平顺度标准。客运专线轨道铺设应满足轨道内部几何尺寸（轨道自身的几何尺寸）和外部几何尺寸（轨道与周围建筑物的相对尺寸）的精度要求。其中内部尺寸描述轨道的几何形状，外部几何尺寸体现轨道的空间位置和标高。1.2.2.轨道的内部几何尺寸轨道内部几何尺寸体现出轨道的形状，根据轨道上相邻点的相对位置关系就可以确定，表现为轨道上各点的相对位置。轨道内部几何尺寸的各项规定是为了给列车的平稳运行提供一个平顺的轨道，即通常提到的平顺性。因此，除轨距和水平之外，还规定了轨道纵向高低和方向的参数。这些参数能保证轨道有正确的形状。利用这些参数可以检查轨道的实际形状是否与设计形状相符。轨道内部几何尺寸的测量也可以称之为轨道的相对定位。无碴轨道和有碴轨道铺设内部集合尺寸精度标准分别见表(1)和表(2)。⑴、无碴轨道静态几何尺寸允许偏差⑵、有碴轨道静态几何尺寸允许偏差1.2.3.轨道的外部几何尺寸轨道的外部几何尺寸是轨道在空间三维坐标系中的坐标和高程，由轨道中线与周围相邻建筑物的关系来确定。轨道外部几何尺寸的测量也称之为轨道的绝对定位。轨道的绝对定位必须与路基、桥梁、隧道、站台等线下工程的空间位置坐标和高程相匹配协调。轨道的绝对定位精度要求见表(3)和表(4).（3）有碴轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差4）无碴轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差（铁路轨道必须具有较高的平顺度标准，对于时速200km/h以上无碴和有碴铁路轨道平顺度均制定了较高的精度标准。对于无碴轨道，轨道施工完成后基本不再具备调整的可能性，由于施工误差、线路运营以及线下基础沉降所引起的轨道变形只能依靠扣件进行微量的调整。客运专线扣件技术条件中规定扣件的轨距调整量为±10mm，高低调整量－4、＋26mm，因此用于施工误差的调整量非常小，这就要求对施工精度有着较有碴轨道更严格的要求。1.2.4.轨道的内部几何尺寸与外部几何尺寸的关系轨道的内部几何尺寸测量又称为轨道的相对定位，轨道的外部几何尺寸测量又称为轨道的绝对定位。绝对定位精度必须满足轨道相对定位精度的要求，即轨道平顺性的要求。由此可见，无碴轨道各级测量控制网测量精度应同时满足线下工程施工和轨道工程施工的精度要求，即必须同时满足轨道绝对定位和相对定位的精度要求。要实现客运专线铁路的轨道的高平顺性，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。纵观世界各国铁路客运专线铁路建设，都建立有一个满足施工、运营维护的需要的精密测量控制网。精密工程测量体系应包括勘测、施工、运营维护测量控制网。德国睿铁公司（RailOne）执行副总裁巴哈曼先生在总结无碴轨道铁路建设经验时说：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。2.传统的铁路工程测量方法与客运专线铁路精密工程测量的特点2.1.传统的铁路工程测量方法由于过去我国铁路建设的速度目标值较低，对轨道平顺性的要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适应于勘测、施工、运营维护的完整的控制测量系统。各级控制网测量的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网的精度要求，其测量作业模式和流程如下：1）初测：平面控制测量---初测导线：坐标系统：1954北京坐标系；测角中误差12.5″（25″√n），导线全长相对闭合差：光电测距1/6000，钢尺丈量1/2021。高程控制测量---初测水准：高程系统：1956年黄海高程/1985国家高程基准，测量精度：五等水准（30√L）。2）定测：以初测导线和初测水准点为基准，按初测导线的精度要求放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。3）线下工程施工测量：以定测放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。作为线下工程施工测量的基准。4）铺轨测量：直线用经纬仪穿线法测量；曲线用弦线矢距法或偏角法进行铺轨控制。2.2.传统的铁路测量方法的缺点（1）、平面坐标系投影差大，采用1954年北京坐标系3°带投影，投影带边缘边长投影变形值最大可达340㎜/km，不利于采用采用GPSRTK、全站仪等新技术采用坐标法定位发法进行勘测和施工放线平面坐标系投影差大（高斯投影）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340mm/Km平面坐标系投影差大（高程投影）（2）、不利于采用GPSRTK、全站仪等新技术采用坐标法定位法进行勘测和施工放线；测量精度低，由于导线方位角测量精度要求较低（25″√n），施工单位复测时，经常出现曲线偏角超限问题，施工单位只有以改变曲线要素的方法来进行施工。在普通速度条件下，不会影响行车安全和舒适度，但在高速行车条件下，就有可能影响行车安全和舒适度(3)、传统的铁路工程测量方法的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网的精度要求，其测量作业方法如下：勘测设计：平面控制测量---初测导线：测角中误差12.5″（25″√n），导线全长相对闭合差：1/6000。高程控制测量---初测水准：测量精度：五等水准（30√L）。线路控制测量---平面以初测导线为基准，测设交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）作为线路平面控制基准；高程以初测水准点为基准。缺点：测量精度低，无法进行线路精确定位。由于过去我国铁路建设的速度目标值较低，对轨道平顺性的要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适应于勘测、施工、运营维护的完整的控制测量系统。各级控制网测量的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网的精度要求，其测量作业模式和流程如下：1）、初测：平面控制测量---初测导线：坐标系统：1954北京坐标系；测角中误差12.5″（25″√n），导线全长相对闭合差：光电测距1/6000，钢尺丈量1/2021。高程控制测量---初测水准：高程系统：1956年黄海高程/1985国家高程基准，测量精度：五等水准（30√L）。2）、定测：以初测导线和初测水准点为基准，按初测导线的精度要求放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。3）、线下工程施工测量：以定测放出交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）。作为线下工程施工测量的基准。4）、铺轨测量：直线用经纬仪穿线法测量；曲线用弦线矢距法或偏角法进行铺轨控制。(4)、线下工程施工测量采用的是以交点、直线控制桩、曲线控制桩（五大桩）进行线路和施工控制测量，没有采用逐级控制的方法建立施工控制网。缺点：线路中线不具备可重复性测量条件。中线控制桩连续丢失后，很难恢复到勘测设计的实际位置，施工线形与设计线形不一致。(3）、铺轨测量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，直线用经纬仪穿线法测量；曲线用弦线矢距法进行铺轨控制。采用相对定位进行铺设。缺点：在客运专线铁路的大半径、长曲线上，由于测量误差的积累，往往造成轨道的几何参数与设计参数相差甚远。严重影响列车行驶的安全和舒适性。在浙赣线提速改造中已暴露出这一问题。(3）、铺轨测量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，直线用经纬仪穿线法测量；曲线用弦线矢距法进行铺轨控制。采用相对定位进行铺设。现用一个弯道为例作一简要说明：现有一半径为2800m（时速200～250公里有碴轨道铁路的最小曲线半径）的弯道，铺轨时若按10m弦长3mm的轨向偏差（即用20m弦长的外矢距允许偏差）的轨向偏差来控制曲线，按曲线外矢距F=C2/8R计算：当轨向偏差为0时，R=2800m；当轨向偏差为+3mm时，R=2397m；当轨向偏差为-3mm时，R=3365m。这一问题在浙赣线提速改造建设中已暴露出来，即一个大弯道由几个不同半径的曲线组成，且半径相差几百米。（如下图所示）由此可见，采用传统的轨道测量定位技术不能满足时速200公里以上铁路线形定位要求，必须采用相对控制与坐标绝对控制相结合的方法来进行轨道铺轨控制。在浙赣线提速改造中采用传统的轨道定位技术进行轨道施工。出现了圆曲线半径与设计半径相差几百米，大半径长曲线变成了很多不同半径圆曲线的组合，缓和曲线、夹直线长度不够，曲线五大桩位置与设计位置相差太大，纵断面整坡变成了很多碎坡等。2.3.客运专线铁路精密工程测量的特点2.3.1确定了客运专线铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系客运专线无碴轨道铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能不同分为了勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。我们把客运专线无碴轨道铁路工程测量的这三个控制网，简称“三网”。1）、勘测控制网:CPⅠ、CPⅡ、水准基点2）、施工控制网：CPⅠ、CPⅡ、水准基点、CPⅢ3）、运营维护控制网：CPⅢ、加密维护基桩（1）、“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；在客运专线无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段均采用坐标定位控制，因此必须保证三网的坐标高程系统的统一，才能使无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护工作顺利进行。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；客运专线勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网平面测量应以基础平面控制网CPⅠ为平面控制基准，高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。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；（2）、三网合一的重要性：在武广、郑西客专建设中，由于原勘测控制网的精度和边长投影变形值不能满足无碴轨道施工测量的要求，最近按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的要求建立了CPⅠ、CPⅡ平面控制网和二等水准高程应急网。采用了利用新旧网相结合使用的办法，即对满足精度的旧控制网仍用其施工；对不满足精度要求的旧控制网则采用CPⅠ、CPⅡ平面施工控制网与施工切线联测，分别更改每个曲线的设计进行施工，待线下工程竣工后再统一贯通测量进行铺轨设计的方法。由于工程已开工，新旧两套坐标在精度和尺度上都存在较大的差异，只能通过单个曲线的坐标转换来启用新网，给设计施工都造成了极大的困难。在京津城际铁路建设中，由于线下工程施工高程精度与轨道施工高程控制网精度不一致，造成了部分墩台顶部施工报废重新施工的情况。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