达成线客运专线精密工程测量技术讲座

客运专线铁路精密工程测量技术及其应用铁二院测绘分院卢建康提纲一、概述客运专线铁路精密工程测量的概念为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系二、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传统的铁路工程测量方法客运专线铁路精密工程测量的特点三、我国客运专线铁路精密工程测量技术的应用客运专线铁路精密工程测量技术的应用客运专线无碴轨道铁路工程测量《时速200～250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南》新规定四、发展高速铁路无碴轨道测量技术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”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轨道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[2006]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[2007]76号）客运专线铁路精密工程测量的概念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。客运专线铁路的平顺性要求见下表:为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系（1）无碴轨道静态几何尺寸允许偏差项目幅值设计速度(mm)项目幅值设计速度(mm)高低轨向水平轨距扭曲基长6.25m350≥v＞200km/h221±12V=200km/h222+1-23弦长（m）10－项目幅值设计速度(mm)为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系项目幅值设计速度（2）有碴轨道静态几何尺寸允许偏差(mm)高低轨向水平轨距扭曲基长6.25m350≥v＞200km/h222±22V=200km/h333±23弦长（m）10－为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系（3）有碴轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差序号项目允许偏差(mm)1轨面高程与设计比较一般路基±20在建筑物上±10紧靠站台+2002轨道中线与设计中线差303线间距+200为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系（4）无碴轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差序号项目允许偏差(mm)1轨面高程与设计比较一般路基-6~+4在建筑物上-6~+4紧靠站台+402轨道中线与设计中线差103线间距+100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。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。为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系1、传统的铁路工程测量方法初测：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、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340㎜/km二、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、传统的铁路测量方法的缺点（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、传统的铁路工程测量方法与客运专线铁路精密工程测量的特点高程投影每km边长变形值H/R2、传统的铁路测量方法的缺点（2）不利于采用采用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；二、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、传统的铁路测量方法的缺点（3）没有采用逐级控制的方法建立施工控制网•线路测量可重复性较差；•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、传统的铁路测量方法的缺点（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、传统的铁路测量方法的缺点（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、传统的铁路工程测量方法与客运专线铁路精密工程测量的特点客运专线铁路精密工程测量的特点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、加密维护基桩客运专线铁路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；客运专线铁路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●净空限界不足客运专线铁路精密工程测量的特点2、确定了客运专线铁路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、无碴轨道施工和运营维护提供控制基准。CPⅠ客运专线铁路精密工程测量的特点客运专线铁路工程测量三级平面控制网示意图线路中线CPⅡCPⅠCPⅢCPⅡ150-200mCPⅠCPⅢCPⅠ≤4km≥1000m800-1000mCPⅡ客运专线铁路精密工程测量的特点3、提出了客运专线铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km（无碴）/25mm/km（有碴）的工程独立坐标系。客运专线铁路精密工程测量的特点4、确定了客运专线铁路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为半径客运专线铁路精密工程测量的特点5、确定了客运专线无碴轨道铁路工程测量高程控制网的精度等级6、提出了客运专线无碴轨道铁路工程控制测量完成后，应由建设单位组织评估验收的要求，并制定了评估验收内容和要求。（1）控制网测量检查评估内容包括：高程控制网测量技术设计、选点埋石、仪器精度指标及检定情况、外业观测、平差计算和资料完整齐全等。（2）高程控制测量数据质量评估。（3）控制网外业观测数据检验评估。（4）控制网平差计算数据处理质量评估。（5）控制网数据结果的整理和质量验证。我国客运专线铁路精密工程测量技术的应用（一）客运专线铁路精密工程测量技术的应用1、遂渝线无碴轨道综合试验段。2、编制《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》。并指导京津城际、武广、郑西客运专线无碴轨道铁路工程测量工作的开展，基本满足了无碴轨道铁路工程建设的要求。3、编制《时速200～250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南》，现已颁布实施。1、坐标高程系统客运专线无碴轨道铁路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。客运专线无碴轨道铁路工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准。客运专线无碴轨道铁路测量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后方交会50～60m10～20m一对点客运专线无碴轨道铁路测量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客运专线无碴轨道铁路测量2、平面控制测量2.3各级平面控制网的测量精度（1）GPS测量精度客运专线无碴轨道铁路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（1）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五等客运专线无碴轨道铁路测量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：用于建立无碴轨道铺设基桩控制网。客运专线无碴轨道铁路测量2.平面控制测量客运专线无碴轨道铁路测量2平面控制测量2.6后方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。其后方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.客运专线无碴轨道铁路测量后方交会网测量的实现60mPS1PS4PS4PS4PS4CPIIICPIIICPIIICPIIICPII3.1、高程控制网精度客运专线无碴轨道铁路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.高程控制测量客运专线无碴轨道铁路测量3.2勘测高程控制测量暂规1.0.7条规定:“客运专线无碴轨道铁路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”。3.高程控制测量客运专线无碴轨道铁路测量3.3施工高程控制测量(1)施工高程控制网应按二等水准测量要求施测；(2)施工加密水准测量应按精密水准测量要求施测。3.高程控制测量客运专线无碴轨道铁路测量3.4无碴轨道铺设基桩高程控制测量(1)无碴轨道铺设基桩高程控制测量按精密水准测量精度要求施测。(2)精密水准测量起闭于二等水准点，水准路线长度不宜超过2km。3.高程控制测量《时速200～250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南》一、特点（1）采用平面坐