CPIII测量技术应用

CPIII测量技术应用梁宇（中交二公局哈大项目四分部）【摘要】CPIII的产生是高铁时代到来的一个标志，线上工程CPIII的测设是基于CPI/CPII的约束平差之下得到的成果，本文介绍了二公局哈大项目四分部完成了单线约16公里CPIII的评估数据整体测设流程，浅谈了CPIII测设的前期准备工作、精度要求、测设方法、影响因素及心得体会。【关键词】高铁、CPIII1.概述：随着高速铁路的快速发展，目前我国的高速铁路规划网正以迅雷不及掩耳之势建设中，而高速铁路中CPIII的控制测量显得尤为重要，CPIII控制网是设计院提供的CPI、CPII控制点同级加密约束的结果，CPIII测量精度的高低直接影响线上整体工程的定位，直至影响列车的运行速度。CPIII测设可以说是高铁技术工作中的重中之重。本文将CPIII控制测量的整体流程和自身工程的实际情况进行了详细的叙述，在实际测量过程中克服了种种外界因素，摸索出了自身操作的一些弊病，逐渐掌握了一套完善的测量体系，因此具有一定的理论指导意义。哈大客运专线南起辽宁省的大连市，北止于黑龙江省省会哈尔滨市，全长903.939km。中交二公局承建区段位于吉林省的四平市梨树县、公主岭市境内，里程范围为：DK602+407.3～DK650+213.4，正线全长47.806km。其中中交二公局哈大铁路客运专线工程经理部四分部承建区段施工里程为DK633+003～DK648+965，位于公主岭市，本次CPIII测设距离全长约15.962公里，测段起于东辽河特大桥360#墩，止于刘房子特大桥哈台，整段分为11.61km桥和4.35km路基。本测段属于125°00′00″带，投影面大地高205m，全线共布CPIII点556个,测量工作内容包含本测段内CPIII控制网的平面和高程测量。2.测前准备工作2.1CPI/CPII的平面复测CPⅢ平面控制网测量前，应确保线路两侧50m范围内CPⅡ控制点的密度符合要求，否则应同精度用GPS测量的方法加密CPⅡ控制点,满足CPIII每间隔500-800米需对CPI/CPII进行联测的要求，CPI/CPII精度的高低直接影响CPIII，所以CPI/CPII的测量工作非常关键，必须得到设计院对CPI/CPII的加密控制测量认可、拿到报告后方可进行后续工作。2.2CPIII桩的埋设和编号CPⅢ控制点应沿线路布置在路基两侧的接触网杆或基础、桥梁防撞墙、隧道侧壁上，当CPⅢ控制点布置在桥梁防撞墙上时，点位应设置在桥墩固定支座端上方的防撞墙上。CPⅢ控制点沿线路布置时纵向间距宜为60m左右，且不应大于70m、横向间距不超过结构宽度。各CPⅢ点应大致等高，其高度应在设计轨道顶面以上30cm的地方。路基段CPⅢ控制点一般设在接触网杆上，控制点纵向间距约50m左右，遇到有下锚拉线的情况时，扩大基础宜设置在大连端，避免下锚拉线对CPⅢ控制点产生影响。CPⅢ控制点编号的标注应全线统一采用大小为4cm的正楷字体刻绘，并用白色油漆抹底，绿色油漆填写编号字体CPⅢ的点号由七位数组成，从左到右前四位数表示CPⅢ点所在里程的整公里数，第五位是“3”表示是CPⅢ网点，后两位数字表示点的顺序号，点的顺序号为单数表示该点在里程增加方向的左侧，点的顺序号为双数表示该点在里程增加方向的右侧，当里程不足千、百、拾公里时，加“0”填充以保证CPⅢ的点号都是七位数齐全；CPⅢ网测量的自由设站点号也由七位数组成，从左到右第一位为大写英文字母“Z”表示测站，第二、三、四、五位数为CPⅢ点所在里程的整公里数，第六、七位数字表示测站的序号。当里程不足千、百、拾公里时，加“0”填充以保证CPⅢ的自由设站号都是七位数齐全。举例如下：表1点编号含义数字代码在里程内点的位置0356301表示线路里程DK356范围内线路前进方向左侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”0356301（轨道左侧）奇数1、3、5、7、9、11等0356302表示线路里程DK1356范围内线路前进方向右侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”0356302（轨道右侧）偶数2、4、6、8、10、12等自由设站点编号按“Z035601，Z035602…”沿线路里程增加方向编号。“Z”表示设站点，“0356”表示里程，“01”、“02”表示该里程的设站号。3.测量设备CPⅢ平面控制网测量的全站仪，应具有自动目标照准和程序控制自动测量的功能，其标称精度应满足：方向测量中误差不大于±1″，距离测量中误差不大于±（1mm+2ppm）。用于CPⅢ高程控制网测量的水准仪，标称精度应满足每公里水准测量往返测高差中数测量的中误差不低于±1.0mm/km。水准尺应采用整体因瓦水准标尺，与水准仪配套的尺垫，其重量应不低于3kg。与水准仪配套的脚架，应采用木质脚架。每台仪器应至少配14个棱镜，其重复性安装误差和各标志点之间的互换性安装误差，在X、Y、H三方向的误差应均小于±0.3mm。用于进行气象改正的温度计，其测量精度应不低于±0.2℃。用于进行气象改正的气压计，其测量精度应不低于±0.5hpa。测量所使用的仪器设备均经过国家指定机构检校合格后方可投入使用，作业期间必须在有效期，所采用的的主要仪器设备有：表2类型数量徕卡TCRP1201型全站仪（1〞，1+1ppm）1台天宝DINI03电子水准仪（±0.3mm/km）1台徕卡DNA03电子水准仪（±0.3mm/km）1台普罗米新球棱镜18个铟瓦尺4把铁一院CPⅢ精密工程测量数据处理系统一套，天宝手部一个，电脑一台(温度计若干，气压计一个，湿度计一个)4.测量方法及精度要求4.1平面部分4.1.1测量方法按规范要求，平面数据的采集使用测量机器人及配套的外业数据软件，使用自由设站后方交会的方法自动采集。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。测量方法见下图1所示。CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于70m，观测CPⅢ点允许的最远的目标距离为150m左右，最大不超过180m。对于自由设站测量较为困难的地区（如连续梁），自由设站的设站距离可以为60m，可适当增加CPIII点对间距，但最大不超过100米，优先考虑布设在桥梁支座上方。CPIII纵向间距超过80米时应采用4对（8个）点测量模式，测站前后各4个（2对）CPⅢ点，每次测量应保证每个CPⅢ点被测量4次以上。测站（自由站点）CPⅢ控制点向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）图1CPⅢ控制网自由设站边角交会网示意图测量前应记录每个测站的温度、气压，并将温度、气压输入仪器进行改正。对于线路有长短链时，应注意区分重复里程及标记的编号。主要观测技术要求如下表：表3水平方向观测的技术要求控制网等级仪器等级测回数半测回归零差同一测回各方向2C互差同一方向归零后方向值较差2C误差CPⅢ0.5″26″9″6″≤±15″1″36″9″6″≤±15″表4距离观测技术要求控制网等级测回半测回间距离较差测回间距离较差CPⅢ≥2±1mm±1mm表5CPⅢ控制点的定位精度要求控制点测量方法相对点位精度CPⅢ自由设站边角交会网1mm4.1.2与CPI/CPII控制点联测（1）与CPⅠ、CPⅡ控制点联测，一般情况下应通过3个或以上线路上的自由设站进行联测，见下图2所示。联测高等级控制点时，应最少观测3个完整测回数据。测站（自由站点）CPⅢ控制点向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）图2与CPⅠ、CPⅡ控制点联测示意图（2）与CPⅠ、CPⅡ控制点联测较为困难时，应至少通过2个线路上的自由设站进行联测，见下图3所示。测站（自由站点）CPⅢ控制点60mCPⅡCPⅢCPⅢCPⅢCPⅢCPI、CPII控制点向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）图3与CPⅠ、CPⅡ控制点联测示意图4.2.高程部分测量方法一：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。往测水准路线如下图4所示：图4往测水准路线示意图返测水准路线如下图5所示：图5返测水准路线示意图观测顺序：1）光学水准仪观测奇数测站照准标尺分划顺序为：A后视标尺基本分划；B中视标尺基本分划；C前视标尺基本分划；D前视标尺辅助分划；E中视标尺辅助分划；F后视标尺辅助分划。偶数测站照准标尺分划顺序为：G前视标尺基本分划；H中视标尺基本分划；I后视标尺基本分划；J后视标尺辅助分划；K中视标尺辅助分划；L前视标尺辅助分划。2）数字水准仪观测奇数测站照准标尺分划顺序为：A后视标尺；B前视标尺；C中视标尺；D前视标尺；E中视标尺；F后视标尺。偶数测站照准标尺分划顺序为：G前视标尺；H中视标尺；I后视标尺；J后视标尺；K中视标尺；L前视标尺。测量方法二：CPⅢ点与CPⅢ点之间的水准路线，采用下图6所示的水准路线形式进行。CP3-1CP3-3CP3-5CP3-7CP3-9CP3-11CP3-13CP3-29CP3-31CP3-2CP3-4CP3-6CP3-8CP3-10CP3-12CP3-14CP3-30CP3-32CP3-33CP3-3460m10m图6CPⅢ点与CPⅢ点之间的水准路线示意图观测顺序：1）光学水准仪观测奇数测站照准标尺分划顺序为：A后视标尺基本分划；B前视标尺基本分划；C前视标尺辅助分划；D后视标尺辅助分划。偶数测站照准标尺分划顺序为：E前视标尺基本分划；F后视标尺基本分划；G后视标尺辅助分划；H前视标尺辅助分划。2）数字水准仪观测奇数测站照准标尺分划顺序为：A后视标尺；B前视标尺；C前视标尺；D后视标尺。偶数测站照准标尺分划顺序为：E前视标尺；F后视标尺；G后视标尺；H前视标尺。测站数为偶数，一般为6或8个。由往测转为返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。按《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）中的要求，水准测量应满足精密水准测量的技术要求。具体的技术要求见下表：表6精密水准测量的精度要求（mm）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精密水准≤2.0≤4.08L8L8L6L注：表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。表7精密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精密水准42DS1铟瓦往返往返8L注：①结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍。②L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。表8精密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视线高度（m）（m）精密水准因瓦DS1≤60≤2.0≤6.0下丝读数≥0.45DS05≤65注：①L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。②DS05表示每千米水准测量高差中误差为±0.5mm。水准上桥采用中间设站三角高程法进行测量，外业数据采用徕卡TCRP1201型全站仪，数据记录采用铁一院的数据采集软件进行自动记录，外业数据采用按下表技术要求进行；独立观测两次，两次观测的高程较差小于1mm。表9中间设站三角高程测量的主要技术要求垂直角测量距离测量测回数指标差较差″测回间较差″测回数测回内较差mm测回间较差mm4≤±5.0≤±5.04≤±2.0≤±2.05.CPⅢ控制网区段的划分和区段之间的连接CPⅢ控制网的区段定义为在上一级控制网点约束下进行本次平差计算的CPⅢ网的范围。CPⅢ控制网（包括平面网和高程网）可分区段分别进行观测和平差计算，区段的长度不宜低于4km。CPⅢ平面网区段的两端必须起止在上一级控制网点（CPⅠ或CPⅡ）上，而且应保证有连续的三个自由设站与上一级控制网点联测。CPⅢ高程网要满足区段中联测的上一级水准点的数量不得少于3个而且CPⅢ高程网区段的两端