浅析铁路客运专线CPIII控制网测量技术

铁路客运专线CPⅢ控制网测量技术中铁十七局集团建筑工程有限公司郑州东站项目部王永成（15238006827）近年，随着国内客运专线建设的迅猛发展，列车运营时车速进一步加快。为保证行车安全，运营时对线路的平直度有了更高的要求。测量控制网的建立和布设是一项极其重要的工作，建设高质量客运专线对CPIII控制网测量技术有严格的要求。这一测量技术的应用，对铁路客运专线的安全质量有深刻的意义。一．工程概况郑州东站位于郑州市郑东新区起步区东缘、新107国道西侧，呈南北轴向布置在金水东路与郑汴路之间，商鼎路及规划七里河南路从车站两端穿过。起讫里程为ZWDK709+980.98～ZWDK713+502.67，正线全长约3.512公里。郑州东站是新建石武客运专线和徐兰客运专线十字交汇枢纽，共设正线、到发线32条，站台16座。测量的工作范围为郑州东站全线，具体工作内容：1.CPIII平面控制网测量；2.CPIII高程控制网测量。二．CPIII控制网测量的准备工作1.线下工程沉降和变形评估按照《客运专线铁路无渣轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设【158号】）要求，路基地段沉降观测为6个月，桥梁地段沉降观测为6个月，基岩墩或地质条件好桥梁为2个月，隧道地段沉降观测为3个月。2.CPII控制网加密为了高效、准确地建立CPIII基桩网，一般情况下都需要加密CPII网。CPII的加密的主要目的是为了方便轨道控制网CPIII的观测，以及弥补被损毁的和无法利用的CPII点。在路基、桥梁地段CPII加密可采用GPS测量，在原精密平面控制网基础上按同精度内插方式加密；隧道地段应根据隧道长度布设相应精度要求的洞内CPII控制网。加密测量前应检查联测标石的完好性，对丢失和破损较严重的标石应按原测标准用同精度内插方法恢复或增补，CPII加密测量时观测2个时段，每个时段不少于60分钟，加密一个CPII点应联测2个CPI和2个CPII，且加密点位于已知点中间。3.精测网全面复测①按铁道部建设司《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）要求，CPIII建网前应对精测网进行全面复测一次。采用GPS复测CPI、CPII控制点时，复测与原测成果较差应满足下表的规定：CPI、CPII控制点复测坐标较差限差要求单位：㎜控制点类型坐标较差限差CPI20CPII15注：表中坐标限差指X、Y坐标分量较差GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差控制网等级相邻点同坐标差之差的相对精度限差CPI1/130000CPII1/80000②水准点间的复测之差与原测高差之较差±6√L。③线下工程平面线位复测对竣工的线下工程在铺设无渣轨道前应进行平面线位的复测，以提前处理施工放样引起的误差超限，为铺设无渣轨道奠定良好的基础。即铺设无渣轨道前对线下工程进行平纵面贯通测量。④CPⅢ观测条件的创造CPⅢ外业数据采集均采用全站仪进行，因CPⅢ控制网对控制点间的相对精度有相当高的要求。因此，CPⅢ数据采集时必须高度重视外部观测条件的影响。CPⅢ观测时，作业现场应无明显震动、灰尘，观测视线无遮挡物。三．CPⅢ控制网测量的技术依据1.《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；2.《客运专线铁路无渣轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设【2006】158号）；3.《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）;4.《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；5.《全球定位系统GPS铁路测量规范》（TB10054-97）；6.《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）；7.《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）；8.《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）。四．CPⅢ平面控制测量1.CPⅢ点布设CPⅢ点应成对布设，距离布设一般约为50—70米，个别特殊情况下相邻点间距离最短不小于40m，最长不大于80m，CPⅢ控制点埋设于接触网杆旁加设CPⅢ桩柱顶、桥梁防撞墙顶、电缆槽靠线路侧顶或隧道边墙等位置。2.CPⅢ平面控制网测量（1）测量设备全站仪标称精度应满足：方向测量中中误差不大于±1″，距离测量中误差不大于±（1㎜+2ppm）。（2）测量方法CPⅢ控制网应采用自由测站边角交会法施测。自由设站的设站距离为120m时，每个自由设站应观测12个CPⅢ点，全站仪前方和后方各6个（3对）CPⅢ点，每次测量应保证每个CPⅢ点被测量3次以上。并且CPⅢ控制网自由测站边角交会应严格遵循以下技术要求：CPⅢ控制网主要技术要求控制网名称测量方法方向观测中误差距离观测中误差相邻点相对中误差CPⅢ平面网自由测站边角交会±1.8″±1㎜±1㎜测量布置图如下：CPⅢ控制网水平方向应采用全圆方向观测法进行观测。CPⅢ平面观测测站距离为120m左右时，每个CPⅢ控制点应有3个测站的方向和距离观测量。因遇施工干扰或受观测条件限制时，CPⅢ平面观测测站间距为60m左右，每个CPⅢ控制点应有4个测站的方向和距离观测量。当观测方向较多时，也可以采用分组全圆方向观测法。全圆方向法应满足以下规定：CPⅢ平面网水平方向观测技术要求控制网名称仪器等级测回数半侧回归零差不同测回同一方向2C互查同一方向归零后方向值较差CPⅢ平面网0.5″36″9″6″1″46″9″6″观测时边长必须进行温度、气压等气象元素改正，温度读数精确至0.2℃，气压度数精确至0.5hpa.CPⅢ平面网可根据施工需要分段测量，分段测量的区段长度不宜小于4km，区段间重复观测不应小于6对CPⅢ点，每一独立测段首尾必须封闭。区段接头不应位于车站范围内。平面控制网宜每600m左右与高等级CPI、CPII控制点进行联测，并通过至少2或3个自由测站进行联测。不能直接观测的CPII点应用GPS按CPII同精度内插方式加密，即以前后相邻CPII点作为起算点，并按CPII施测精度加密得到的新CPII成果。CPⅢ平面网应附和于CPI、CPII控制点上，每600m左右应联测一个CPI或CPII控制点，采用固定数据平差。当CPII点位密度和位置不满足CPⅢ联测要求时，应按同精度内插方式加密CPII控制点。在CPⅢ自由测站边角交会法测量中，必须与平差软件兼容的数据采集软件进行自动记录，采集软件必须通过铁道部相关部门正式签定。观测数据存储之前，必须对观测数据的质量进行检核。五．CPⅢ高程控制测量1.CPⅢ高程控制桩布设无渣轨道CPⅢ高程控制点应与平面控制点共桩，点编号相同，观测时高程控制标志一般应与平面控制标志相同，当平面与高程控制标志不同时，需明确平面与高程观测几何中心的相对关系。2.CPⅢ网高程测量（1）测量设备电子水准仪标称精度应满足每公里水准测量往返测高差中误差为±0.3㎜，配因瓦尺。（2）测量方法CPⅢ高程控制网观测采用单独精密水准测量的方法进行。每一测段应至少与3个二等水准点进行联测，形成检核。应采用独立往返精密水准测量的方法进行，并独立测量两次。往测时以轨道一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，另一侧的CPⅢ水准点在进行贯通水准测量摆站时就近观测。返测时以另一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，对侧的水准点在摆站时就近联测。测量图示如下：往测水准路线图返测水准路线图（3）CPⅢ高程控制点精度要求精密水准测量的主要技术指标等级每千米高差全中误差路线长度水准仪等级水准尺观测次数往返较差㎜精密水准4㎜2kmDS1因瓦与已知点联测附和或环线8√L往返往返CPⅢ控制点水准测量应相对相邻4个CPⅢ点构成水准闭合环进行闭合差检核，相邻CPⅢ点的水准环闭合差不大于1㎜.CPⅢ高程网精密水准测量测站技术标准前后视距差m视线高m两次读数之差㎜两次读数所测高差之差㎜≤±2≥±0.3≤±0.5≤±0.7当桥面与地面间高差大于3m，线路水准基点高程直接传递到桥面CPⅢ控制点上困难时，宜采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量法传递。CPⅢ高程网外业观测成果的质量评定与检核的内容，应包括;测站数据检核、水准路线数据检核，当CPⅢ水准网的环数超过20个时还要进行每千米水准测量的高差全中误差的计算。CPⅢ高程网复测时，复测采用的网形和精度应与原测相同，则约束平差后两次测量的CPⅢ点高程的较差，应≤±3㎜，且相邻点的复测高差与原测高差≤±2㎜，否则复测的CPⅢ高程网数据应补测或重测。CPⅢ控制点高程测量数据应采用严密平差处理。六．数据整理及成果提交CPⅢ控制网平面和高程观测结束后，将观测数据用平差软件处理后整理成表，上交以下成果资料：a)CPⅢ控制点平面、高程成果表；b)CPⅢ平面、高程控制观测手薄及计算表；c)加密CPII及二等水准控制点点之记、成果、平差计算报告；d)CPⅢ平面、高程观测网图；e)CPⅢ测量技术方案；f)CPⅢ控制网技术总结。七．CPⅢ网复测与维护复测前首先进行现场勘查，检查标石的完好性，对丢失和破损较严重的标石按原控制点标准恢复。采用的仪器设备、观测方法、控制网型、精度指标、计算软件与原测相同。复测时所用的高等级控制点应与原测一致，以保证CPⅢ轨道控制网测量成果和复测成果的一致性。CPⅢ控制点标石必须要保护，严禁破坏，设置在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方，并应防冻、防沉降和抗移动，控制点标识要清晰、齐全、便于准确识别和使用。总之，铁路客运专线工程测量平面控制网宜按分级布网的原则分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPI），第二级为线路控制网(CPII),第三级为基桩控制网（CPⅢ），它们都是为勘测、施工、运营维护提供控制基准。郑州东站是国家铁路网的重要枢纽，建成后时速不低于250km/h，为保证轨道线形的平顺性，轨道测量精度要达到毫米级。传统铁路测量对轨道平顺性要求不高，精度不高，各级控制网测量精度指标主要是根据满足线下工程施工要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网精度的要求。譬如，由于导线方位角测量精度要求较低（25″），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。线路测量可重复性较差，当出现中线控制桩连续丢失后，就很难进行恢复。采用上述CPⅢ控制网测量技术，精度可以保持在毫米级的范围以内，在满足线下工程施工控制测量要求的同时满足了轨道铺设的精度要求，使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。据我了解，这种测量技术已在京沪线、武广线、哈大线等得到了充分的应用。它的优点显而易见，提高了测量精度及测量工作效率，有利于解决以往复杂的问题。这种科研成果已被专家组鉴定为技术含量高、整体科研水平达到国内先进水平。