論我國高速鐵路精密工程測量技術(shù)體系及特點

論我國高速鐵路精密工程測量技術(shù)體系及特點

盧建康摘要：本文對我國高速鐵路精密工程測量技術(shù)體系的特點進行研究，重點對高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容，高速鐵路軌道的內(nèi)部幾何尺寸定位精度，高速鐵路精密工程測量的布網(wǎng)原則、坐標(biāo)基準，“三網(wǎng)合一”的測量體系進行了體系的論述。提出了高速鐵路測量平面控制網(wǎng)應(yīng)在框架控制網(wǎng)（CPO）基礎(chǔ)上分三級布設(shè)、高程控制網(wǎng)分二級布設(shè)的方法，平面坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)采用邊長投影變形值≤10mm/km的工程獨立坐標(biāo)系以及應(yīng)按“三網(wǎng)合一”的原則進行高速鐵路精密工程測量的觀點。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；精密測量；技術(shù)體系前言

我國的高速鐵路工程測量技術(shù)體系是伴隨著我國高速鐵路無砟軌道工程的建設(shè)而逐步建立完善的。

201*年，中鐵二院與西南交大合作在遂渝線開展了無砟道鐵路工程測量技術(shù)的研究，并建立了遂渝無線無砟道綜合試驗段精密工程測量控制網(wǎng)。

201*年隨著京津城際、武廣、鄭西客運專線無砟軌道鐵路的全面開工建設(shè)，原有的鐵路測量體系和技術(shù)標(biāo)準已不能適應(yīng)客運專線無砟軌道建設(shè)的形勢，根據(jù)鐵建設(shè)函【201*】1026號《關(guān)于編制201*年鐵路工程建設(shè)標(biāo)準計劃的通知》的要求，在鐵道部建設(shè)管理司和鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃院主持下，由中鐵二院主編完成了《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》，由鐵道部于201*年10月16日發(fā)布實施。初步形成了我國高速鐵路精密工程測量的技術(shù)標(biāo)準體系。

201*年根據(jù)鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃院《關(guān)于委托編制201*年鐵路工程建設(shè)標(biāo)準及標(biāo)準設(shè)計的函》（經(jīng)規(guī)計財函【201*】8號）的要求，由中鐵二院主編，中鐵一院、鐵三院、中鐵四院、中鐵咨詢院、中鐵二局、中鐵大橋勘測設(shè)計院、西南交通大學(xué)等單位參編，在現(xiàn)行《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》的基層上，以近年來高速鐵路工程測量科研成果為支撐，認真總結(jié)京津、武廣、鄭西、哈大、京瀘、廣深等高速鐵路高速工程測量的實踐經(jīng)驗，于201*年8月完成了《高速鐵路工程測量規(guī)定》（TB10601-201*）的編制，由鐵道部于201*年12月1日發(fā)布實施�！陡咚勹F路工程測量規(guī)范》（TB10601-201*）的發(fā)布實施，形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速鐵路工程測量技術(shù)標(biāo)準。

由于高速鐵路行車速度高（250～350km/h），為了達到在高速行駛條件下，旅客列車的安全和舒適性，高速鐵路軌道必須具有非常高的平順性和精確的幾何線性參數(shù)，精度要保持在毫米級的范圍以內(nèi)。要求高速鐵路測量精度達到毫米級，傳統(tǒng)的鐵路工程測量技術(shù)已不能滿足高速鐵路建設(shè)的要求。高速鐵路的測量方法、測量精度與傳統(tǒng)的鐵路工程測量完全不同。我們把適合高速鐵路工程測量的技術(shù)稱為高速鐵路精密工程測量；把高速鐵路測量中的各級平面高程控制網(wǎng)稱為高速鐵路精密測量控制網(wǎng)，簡稱“精測網(wǎng)”。

2、高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容和目的2.1高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容

高速鐵路精密工程測控貫穿于高速鐵路工程勘測設(shè)計、施工、竣工驗收及運營維護測量全過程，包括以下內(nèi)容：

（1）高速鐵路平面高程控制測量；（2）線下工程施工測量；（3）軌道施工測量；（4）運營維護測量。

2.2高速鐵路精密工程測量的目的

高速鐵路精密工程測量的目的是通過建立各級平面高程控制網(wǎng)，在各級精密測量控制網(wǎng)的控制下，實現(xiàn)線下工程按設(shè)計線型準確施工和保證軌道鋪設(shè)的精度能滿足旅客列車高速、安全行駛。

高速鐵路旅客列車行駛條件下，旅客列車的安全性和舒適性，要求：（1）線路嚴格按照設(shè)計的線型施工，即保持精確的幾何線型參數(shù)；（2）軌道必須具有非常高的平順性，精度要保持在毫米級的范圍以內(nèi)。為了滿足上述要求，應(yīng)根據(jù)線下工程和軌道鋪設(shè)的精度要求設(shè)計高速鐵路的各級平面高程控制網(wǎng)測量精度。

2.3高速鐵路軌道鋪設(shè)的精度要求

高速鐵路軌道施工的定位精度決定著高速鐵路的平順性，高速鐵路軌道鋪設(shè)應(yīng)滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸（軌道自身的幾何尺寸）和外部幾何尺寸（軌道與周圍建筑物的相對尺寸）的精度要求。其中內(nèi)部尺寸描述軌道的幾何形狀，外部幾何尺寸體現(xiàn)軌道的空間位置和標(biāo)高。

2.3.1軌道的內(nèi)部幾何尺寸

軌道內(nèi)部幾何尺寸體現(xiàn)出軌道的形狀，根據(jù)軌道上相鄰點的相對位置關(guān)系就可以確定，表現(xiàn)為軌道上各點的相對位置。軌道內(nèi)部幾何尺寸的各項規(guī)定是為了給列車的平穩(wěn)運行提供一個平順的軌道，即通常提到的平順性。因此，除軌距和水平之外，還規(guī)定了軌道縱向高低和方向的參數(shù)，這些參數(shù)能保證軌道的實際形狀是否與設(shè)計形狀相符，軌道內(nèi)部幾何尺寸的測量也稱之為軌道的相對定位。高速鐵路軌道鋪設(shè)內(nèi)部幾何尺寸精度標(biāo)準如表1所示。

表1高速鐵路軌道靜態(tài)平順度允許偏差序項目號1軌距允許偏差±1mm1/15002mm2軌向2mm/8α10mm/240α2mm3高低2mm/8α10mm/240α45水平扭曲（基長3m）2mm2mm檢測方法相對于1435mm變化率弦長10m基線長48α基線長480α弦長10m基線長48α基線長480α----允許偏差±1mm1/15002mm2mm/5α10mm/150α2mm2mm/5α10mm/150α2mm2mm檢測方法相對于1435mm變化率弦長10m基線長48α基線長480α弦長10m基線長48α基線長480α----無砟軌道有砟軌道注：表中α為軌枕/扣件間距

2.3.2軌道的外部幾何尺寸

軌道的外部尺寸是軌道在空間三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和高程，由軌道中線與周圍相鄰建筑物的關(guān)系來確定。軌道外部幾何尺寸的測量也稱之為軌道的絕對定位，軌道的絕對定位必須與路基、橋梁、隧道、站臺等線下工程的空間位置坐標(biāo)和高程相匹配協(xié)調(diào)。軌道的絕對定位精度要求如表2所示。

軌道的絕對定位精度必須滿足軌道相對定位精度的要求，即軌道平順性的要求。由此可見，高速鐵路各級測量控制網(wǎng)測量精度應(yīng)同時滿足足線下工程施工和軌道工程施工的精度要求，即必須同時滿足軌道絕對定位和相對定位的精度要求。

3高速鐵路精密工程測量的特點

3.1高速鐵路各級平面高程控制網(wǎng)精度應(yīng)滿足勘測設(shè)計、線下工程施工、軌道施工及運營養(yǎng)護的要求

表2高速鐵路軌道軌面高程、軌道中線、線間距允許偏差序號項目一般路面1軌面高程與設(shè)計比較在建筑物上緊靠站臺23軌道中線與設(shè)計中線線間距允許偏差（mm）+4-6+4010+100由于過去鐵路建設(shè)的速度目標(biāo)值較低，對軌道的線型和平順性要求不高，傳統(tǒng)的鐵路工程測量在勘測、施工中沒有要求建立一套適合勘測、施工、運營維護的完善的控制測量系統(tǒng)�？刂凭W(wǎng)測量的精度指標(biāo)主要是根據(jù)滿足線下土建工程的施工控制要求而制定，軌道的鋪設(shè)不是以控制網(wǎng)為基準按照設(shè)計的坐標(biāo)定位，而是按照線下工程的施工現(xiàn)狀采用相對定位進行鋪設(shè)，這種鋪軌方法由于測量誤差的積累，往往造成軌道的幾何參數(shù)與設(shè)計參數(shù)相差甚遠。

3.2高速鐵路精密測量控制網(wǎng)按分級布網(wǎng)的原則布設(shè)

高速鐵路工程測量平面控制網(wǎng)應(yīng)在框架控制網(wǎng)（CPO）基礎(chǔ)上分三級布設(shè)，第一級為基層平面控制網(wǎng)（CPI），主要為勘測、施工、運營維護提供坐標(biāo)基準；第二級為線路平面控制網(wǎng)（CPⅡ），主要為勘測和施工提供控制基準；第三級為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），主要為軌道鋪設(shè)和運營維護提供控制基準。三級平面控制網(wǎng)之間的相互關(guān)系如圖1所示。

CPOCPⅠCPⅡCPⅢCPⅢCPⅠCPⅢCPⅡCPⅠ路基中線CPOCPⅠ圖1高速鐵路三級平面控制網(wǎng)示意圖

高速鐵路工程測量高程控制網(wǎng)分二級布設(shè)，第一級線路水準基點控制網(wǎng)，為高速鐵路工程勘測設(shè)計、施工提供高程基準；第二級軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），為高速鐵路軌道施工、維護提供高程基準。

高速鐵路建立框架控制網(wǎng)CPO，是在總結(jié)京津城際鐵路、鄭西、武廣、哈大、京瀘、石武高速鐵路平面控制測量實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出的。由于高速鐵路線路長、地區(qū)跨越幅度大且平面控制網(wǎng)沿高速鐵路呈帶狀布設(shè)，為了控制帶狀控制網(wǎng)的橫向擺動，沿線必須每隔一段距離聯(lián)測高等級的平面控制點。但是由于沿線國家的高級控制點之間的精度較低，基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPI經(jīng)國家點約束后使高精度的CPI控制網(wǎng)發(fā)生扭曲，大大降低了CPI控制點間的相對精度，個別地段經(jīng)國家點約束后的CPI控制點間甚至不能滿足1/180000的要求。在測量中不得不采用一個點和一個方向的約束方式進行CPI控制網(wǎng)平差，但這種平差方式給CPI控制網(wǎng)復(fù)測帶來不便。為此在京津城際鐵路、哈大、京滬、石武高速鐵路平面控制測量中首先采用GPS精密定位測量方法建立高精度的框架控制網(wǎng)CP0，作為高速鐵路平面控制測量的起算基準，不僅提高了CPI控制網(wǎng)的精度，也為平面控制網(wǎng)復(fù)測提供了基準。

高速鐵路工程測量平面控制網(wǎng)應(yīng)在框架控制網(wǎng)（CPO）基礎(chǔ)上分三級布設(shè)，是因為測量控制網(wǎng)的精度在滿足線下工程施工控制網(wǎng)測量要求的同時必須滿足軌道鋪設(shè)的精度要求，使軌道的幾何參數(shù)與設(shè)計的目標(biāo)位置之間的偏差保持在最小。而軌道的鋪設(shè)施工和線下工程路基、橋梁、隧道、站臺等工程的施工放樣是通過由各級平面高程控制網(wǎng)組成的測量系統(tǒng)來實現(xiàn)的，為了保證軌道與線下工程路基、橋梁、隧道、站臺的空間位置坐標(biāo)、高程相匹配協(xié)調(diào)。必須按分級控制的原則建立高速鐵路測量控制網(wǎng)。

3.3高速鐵路工程測量平面坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)采用邊長投影變形值≤10mm/km的工程獨立坐標(biāo)系

高速鐵路工程測量精度要求高，施工中要求由坐標(biāo)反算的邊長值與現(xiàn)場實測值應(yīng)一致，即所謂的尺度統(tǒng)一。由于地球是個橢球曲面，地面上的測量數(shù)據(jù)需投影到施工面上，由曲面的幾何圖形在投影到平面時，不可避免會產(chǎn)生變形。采用國家3°帶投影的坐標(biāo)系統(tǒng)，在投影帶邊緣的邊長投影變形值達到340mm/km，這時無砟軌道的施工是很不利的，對工程施工的影響呈系統(tǒng)性。從理論上來說，邊長投影變形值越小越有利。德國高速鐵路采用MKS定義的特殊技術(shù)平面坐標(biāo)系統(tǒng)。MKS可根據(jù)需要把地球表面正形投影到設(shè)計和計算平面上，發(fā)生的（不可避免的）長度變形限定在10mm/km的數(shù)量級上，即投影變形誤差控制在1/100000以內(nèi)。在京津城際高速鐵路工程測量中，平面坐標(biāo)系統(tǒng)投影變形值按1/100000控制。根據(jù)武廣線、鄭西線無砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)的測量實踐表明，在滿足邊長投影長度變形值不大于10mm/km的條件下，線下工程施工時，可不進行邊長投影改正直接利用坐標(biāo)反算距離進行施工放線，CPⅢ觀測距離不需進行投影改化進行平差計算就可以滿足CPⅢ控制網(wǎng)的精度要求。

3.4高速鐵路精密工程測量“三網(wǎng)合一”的測量體系

高速鐵路工程測量的平面、高程控制網(wǎng)，按施測階段、施測目的及功能不同分為了勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)。我們把高速鐵路工程測量這三個階段的控制網(wǎng)，簡稱“三網(wǎng)”

勘測控制網(wǎng)包括：CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準基點控制網(wǎng)。

施工控制網(wǎng)包括：CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、水準基點控制網(wǎng)、CPⅢ控制網(wǎng)。運營控制網(wǎng)包括：CPⅡ控制網(wǎng)、水準基點控制網(wǎng)、CPⅢ控制網(wǎng)、加密維護基標(biāo)為保證控制網(wǎng)的測量成果質(zhì)量滿足高速鐵路勘測、施工、運營維護三個階段測量的要求，適應(yīng)高速鐵路工程建設(shè)和運營管理的需要，三階段的平面、高程控制測量必須采用統(tǒng)一的基準。即勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)均采用CPⅠ為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，以二等水準基點網(wǎng)為基礎(chǔ)高程控制網(wǎng)。簡稱為“三網(wǎng)合一”�！叭�網(wǎng)合一”的內(nèi)容和要求如下：3.4.1勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)的統(tǒng)一在高速鐵路的勘測設(shè)計、線下施工、軌道施工及運營維護的各階段均采用坐標(biāo)定位控制。因此必須保證三網(wǎng)的坐標(biāo)高程系統(tǒng)的統(tǒng)一，才能使高速鐵路發(fā)勘測設(shè)計、線下施工、軌道施工即運營維護工作順利進行。

如果勘測控制網(wǎng)與線下工程施工控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)不統(tǒng)一，則無法按照設(shè)計的坐標(biāo)高程施工，線位偏離設(shè)計位置，高程凈空限界不足：

在武廣、鄭西客專建設(shè)中，由于原勘測控制網(wǎng)的精度和邊長投影變形值不能滿足無砟軌道施工測量的要求，后來按《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》的要求建立了CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)和二等水準高程應(yīng)急網(wǎng)。采用了利用新舊網(wǎng)相結(jié)合使用的辦法，即對滿足精度的舊控制網(wǎng)仍用其施工；對不滿足精度要求的舊控制網(wǎng)則采用CPⅠ、CPⅡ平面施工控制網(wǎng)與施工切線聯(lián)測，分別更改每個曲線的設(shè)計進行施工，待線下工程竣工后再統(tǒng)一貫通測量進行鋪軌設(shè)計的方法。由于工程已開工，新舊兩套坐標(biāo)在精度和尺度上都存在較大的差異，只能通過單個曲線的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和線型擬合的方法來啟用新網(wǎng)，給設(shè)計施工都造成了極大的困難。

如果線下施工與軌道施工控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)不統(tǒng)一，將會導(dǎo)致線下工程與軌道工程錯開，無法按照設(shè)計的要求鋪設(shè)軌道：

在遂渝線無砟軌道試驗段建設(shè)中，由于線下工程勘測設(shè)計和施工均按照《新建鐵路工程測量規(guī)范》（TB10101-99）要求的測量精度施測，即平面坐標(biāo)系采用1954年北京坐標(biāo)系3°帶投影，邊長投影變形值大210mm/km，導(dǎo)致測量按初測導(dǎo)線1/6000的精度要求施測，施工時，除全長5km的龍鳳隧道按C級GPS測量建立施工控制網(wǎng)外，其余地段采用勘測階段施測的導(dǎo)線及水準點進行施工測量。鐵道部決定在該段進行鋪設(shè)無砟軌道試驗時，線下工程已基本完成，為了保證無砟軌道的鋪設(shè)安裝，在該段線路上采用B級GPS和二等水準進行平面高程控制測量，平面坐標(biāo)采用工程獨立坐標(biāo)，邊長投影變形值≤3mm/km。高程系統(tǒng)采用與勘測高程系統(tǒng)一致的1985高程基準，以初測水準點BM19為起算基準形成二等水準閉合環(huán)。

施工單位在無砟軌道施工時，采用新建的B級GPS平面控制網(wǎng)和二等水準高程控制網(wǎng)進行施工。由于勘測階段平面控制網(wǎng)精度與無砟軌道平面控制網(wǎng)精度和投影尺度不一致，致使按無砟軌道高精度平面控制網(wǎng)測量的線路中線和線下工程中線橫向平面位置相差達到50cm。為了不廢棄既有工程，施工單位不得不反復(fù)調(diào)整線路平面設(shè)計，最終將曲線偏角變更了17″，將線路橫向平面位置誤差調(diào)到路基段進行消化。使路基段的線路橫向平面位置誤差消化量最大達到70～80mm，這樣才滿足了無砟軌道試驗段的鋪設(shè)要求。由此可見，線下工程施工平面控制網(wǎng)精度相差太大，會給高速鐵路軌道施工增加很多困難遂渝線無砟軌道試驗段的速度目標(biāo)值為200km/h，而且線路只有12.5km，有大量的路基段可以消化誤差，調(diào)整起來比較容易。當(dāng)速度目標(biāo)值為250～350km/h時，線路均為橋隧相連，沒有路基段消化誤差，誤差調(diào)整工作更困難。當(dāng)誤差調(diào)整消化不了時，就會造成局部工程報廢。3.4.2勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)起算基準的統(tǒng)一

高速鐵路勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)平面測量應(yīng)以基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ為平面控制基準，高程測量應(yīng)以二等水準基點為高程控制測量基準。

在京津城際鐵路建設(shè)中，由于線下工程施工以勘測的四等水準控制網(wǎng)為基準，鋪軌時以二等水準基點為高程控制測量基準。線下工程施工高程基準與軌道施工高程基準不一致，造成了部分墩臺頂部施工報廢重新施工的情況。

“三網(wǎng)合一”是高速鐵路采用坐標(biāo)進行線路的勘測設(shè)計、工程施工以及運營維護管理的前提。在“三網(wǎng)合一”基礎(chǔ)上，線路及其附屬建筑物的里程和坐標(biāo)一一對應(yīng)，每一個里程只有一個唯一的坐標(biāo)（x、y、h），使施工和運營維護能夠嚴格按照設(shè)計的線型進行施工和養(yǎng)護，保證高速鐵路軌道的平順性，同時也為工務(wù)管理信息化和構(gòu)建數(shù)字化鐵路創(chuàng)造了條件�！叭�網(wǎng)合一”是高速鐵路工程測量技術(shù)體系的基礎(chǔ)和核心。

4結(jié)束語

目前，我們通過引用、消化吸收、再創(chuàng)造，已掌握了高速鐵路工程建設(shè)測量技術(shù)�！陡咚勹F路工程測量規(guī)范》已編制完成并頒布實施，形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速鐵路工程測量技術(shù)標(biāo)準體系，并大規(guī)模地開展高速鐵路建設(shè)。但是，隨著我國多條高速鐵路的相繼竣工，大規(guī)模地投入運營。高速鐵路的運營及養(yǎng)護維修測量將是一個迫切需要我們解決的問題，而如何利用已有的CPⅢ控制網(wǎng)和鋪軌基標(biāo)快速完成高速鐵路的運營和養(yǎng)護維修測量，目前還是一個空白，需要進行進一步的研究。同時應(yīng)通過對京津城際鐵路養(yǎng)護維修測量和鄭西、武廣客運專線無砟軌道鐵路運營及養(yǎng)護維修測量的總結(jié)和開展科研，研究一套適合我國客運專線鐵路軌道的運營維護測量保障體系，確保高速鐵路的安全運行。

擴展閱讀：高速鐵路工程測量技術(shù)

高速鐵路工程測量技術(shù)

摘要

高速鐵路的建設(shè)是現(xiàn)階段國家的一項重要任務(wù)。本文對傳統(tǒng)測量方法進行了簡單描述，總結(jié)了傳統(tǒng)測量方式的缺點。同時，通過對《高速鐵路工程測量規(guī)范》技術(shù)要點的總結(jié)，從“三網(wǎng)合一”、分級布網(wǎng)、軌道控制網(wǎng)等方面分析了現(xiàn)代鐵路工程測量技術(shù)，闡述了高速鐵路工程測量技術(shù)體系較傳統(tǒng)測量方法的進步，是我國高速鐵路工程建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)和有力支撐。

關(guān)鍵字：高速鐵路，工程測量，測量標(biāo)準

Abstract

Theconstructionofhigh-speedrailwayisanimportanttaskofpresentstate.Inthispaper,thetraditionalmeasuringmethodhascarriedonthebriefdescription,summarizesthetraditionalmeasurementmethodsoffaults.Atthesametime,throughthemeasurementofthehighspeedrailwayengineering,theendofthemaintechnicalpointsfromthe"threenets",classificationandnet,orbitcontrolnetworkandotheraspectsanalyzesthemodernmeasuring

technologyofrailwayengineering,thispaperexpoundsthehigh-speedrailwayengineeringsurveytechnologysystemistheprogressofthetraditional

measurementmethod,isChina"shighspeedrailwayconstructiontechnologyfoundationandstrongsupport.

Keywords:highspeedrailway,engineeringsurveying,measuringstandard

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目錄

第一章引言..................................................................................................................1第二章我國的高速鐵路工程測量技術(shù)體系..............................................................2第三章傳統(tǒng)的鐵路工程測量................................................33.1傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法.................................................................................33.2傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法的缺陷.....................................................................3第四章高速鐵路精密測量體系..................................................................................54.1高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容.........................................................................54.2速鐵路精密工程測量的目的.............................................................................54.3速鐵路軌道鋪設(shè)的精度要求.............................................................................54.3.1軌道的內(nèi)部幾何尺寸...................................................................................54.3.2軌道的外部幾何尺寸...................................................................................64.4高速鐵路精密測量體系的特點.........................................................................64.4.1“三網(wǎng)合一”的測量體系...........................................................................64.4.2建立框架控制網(wǎng)CP0...................................................................................64.4.3高速鐵路平面控制網(wǎng)的分級布網(wǎng)...............................................................74.4.4CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)測量...................................................................74.5筑物變形監(jiān)測.....................................................................................................8第五章結(jié)束語..............................................................................................................9參考文獻......................................................................................................................10

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第一章引言

交通問題一直是國家關(guān)注的重要部分，然而隨著經(jīng)濟發(fā)展的加大，城市交通壓力也開始增大。為了緩解城市交通壓力，為人們提供出行方便，高速鐵路迅速的發(fā)展起來。高速鐵路旅客列車行駛速度高(250350km／h)，所以高鐵的交通安全不容忽視。保證高速鐵路安全的行駛，需要大量的前期工程投入，高新技術(shù)的加入是必不可少。

第二章我國的高速鐵路工程測量技術(shù)體系

我國的高速鐵路工程測量技術(shù)體系是伴隨著我國鐵路客運專線無砟軌道工程的建設(shè)而逐步建立和完善的。

201*年，鐵道部決定在遂渝線開展無砟軌道綜合試驗后，在施工過程中就發(fā)現(xiàn)原有的測量控制網(wǎng)精度及控制網(wǎng)布設(shè)不能滿足無砟軌道施工要求。為此，中鐵二院與西南交通大學(xué)合作在遂渝線開展了無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)的研究，并建立了遂渝線無砟軌道綜合試驗段精密工程測量控制網(wǎng)。

201*年隨著京津城際、武廣、鄭西客運專線無砟軌道鐵路的全面開工建設(shè)，原有的鐵路測量體系和技術(shù)標(biāo)準已不能適應(yīng)客運專線無砟軌道建設(shè)的要求。為了適應(yīng)我國客運專線無砟軌道建設(shè)的形勢，在鐵道部建設(shè)管理司和鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院主持下，開始編制《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》。初步形成了我國高速鐵路工程測量技術(shù)標(biāo)準體系。

隨著高速鐵路建設(shè)大規(guī)模地展開，在《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國高速鐵路建設(shè)特點和現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展，開展了《高速鐵路CPIII測量標(biāo)準及軟件研制》和《基于自由測站的高速鐵路CPlII高程網(wǎng)測量及其標(biāo)準的研究》，對京津、武廣、鄭西、京滬、哈大、合寧、合武、石太等高速鐵路工程測量經(jīng)驗進行系統(tǒng)的總結(jié)，按照原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新的原則，對《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》進一步完善，編制完成了《高速鐵路工程測量規(guī)范》，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的我國高速鐵路工程測量技術(shù)標(biāo)準。

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第三章傳統(tǒng)的鐵路工程測量

3.1傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法

傳統(tǒng)的鐵路工程是以線路中線控制樁作為鐵路勘測設(shè)計和施工的坐標(biāo)基準，其測量作業(yè)模式和流程為：初測定測線下工程施工測量鋪軌測量。

(1)初測

平面控制測量一初測導(dǎo)線：坐標(biāo)系統(tǒng)為1954北京坐標(biāo)系；測角中誤差12．5”(25”√n)，導(dǎo)線全長相對閉合差：光電測距1／6000，鋼尺丈量1／201*。高程控制測量一初測水準：高程系統(tǒng)為1956黃海高程／1985國家高程基準；測量精度：五等水準(30√￡)。

(2)定測

以初測導(dǎo)線和初測水準點為基準，按初測導(dǎo)線的精度要求放出交點、直線控制樁、曲線控制樁(五大樁)。

(3)線下工程施工測量

平面測量以定測放出交點、直線控制樁、曲線控制樁(五大樁)作為線下工程施工測量的基準；高程測量以初測水準點為基準。

(4)鋪軌測量

直線用經(jīng)緯儀穿線法測量；曲線用弦線矢距法或偏角法進行鋪軌控制。

3.2傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法的缺陷

傳統(tǒng)的鐵路測量方法，在過去主要靠經(jīng)緯儀、鋼尺丈量測距的年代，是一種行之有效的方法，適合于普通速度鐵路工程測量。但是在測量已廣泛采用GPS、全站儀、電子水準儀新技術(shù)的今天，這一傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法已不能適應(yīng)我國現(xiàn)代化鐵路建設(shè)的要求。它存在著以下的不足。

(1)平面坐標(biāo)系投影差大。

采用1954年北京坐標(biāo)系30帶投影，投影帶邊緣邊長投影變形值最大可達340mm／km，不利于GPS、RTK、全站儀等新技術(shù)采用坐標(biāo)定位法進行勘測和施工放線。

(2)線路平面測量可重復(fù)性較差。

以線路中線控制樁作為鐵路勘測設(shè)計和施工的坐標(biāo)基準，沒有采用逐級控制

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的方法建立完整的平面高程控制網(wǎng)，線路施工控制僅靠定測放出交點、直線控制樁、曲線控制樁(五大樁)進行控制，當(dāng)出現(xiàn)中線控制樁連續(xù)丟失后，就很難進行恢復(fù)；由于路基地段沒有分級建立平面控制網(wǎng)，沒有穩(wěn)固的平面控制基準，施工后線路中線控制樁就被破壞，只是在路基工程施工期間根據(jù)中線控制樁設(shè)置護樁進行平面控制。無法使用統(tǒng)一的平面控制基準進行線下工程和軌道工程施工。

(3)測量精度低。

由于導(dǎo)線方位角測量精度要求較低，施工單位復(fù)測時，經(jīng)常出現(xiàn)曲線偏角超限問題，施工單位只有以改變曲線要素的方法來進行施工。在普通速度條件下，不會影響行車安全和舒適度，但在高速行車條件下，就有可能影響行車安全和舒適度。

(4)軌道鋪設(shè)精度難以滿足設(shè)計線形和平順度要求。

軌道的鋪設(shè)不是以測量控制網(wǎng)為基準按照設(shè)計的坐標(biāo)定位，而是按照線下工程的施工現(xiàn)狀采用相對定位進行鋪設(shè)，這種鋪軌方法由于測量誤差的積累，往往造成軌道的幾何參數(shù)與設(shè)計參數(shù)相差甚遠。在浙贛線提速改造時，采用定位進行鋪軌就出現(xiàn)了圓曲線半徑與設(shè)計半徑相差太大、大半徑長曲線變成了很多不同半徑圓曲線的組合、曲線五大樁位置與設(shè)計位置相差太大、縱斷面整坡變成了很多碎坡等問題。

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第四章高速鐵路精密測量體系

傳統(tǒng)鐵路測量方法采用定測中線控制樁作為聯(lián)系鐵路勘測設(shè)計與施工的線路平面測量控制基準，中線控制樁在線路竣工后已不復(fù)存在，鐵路平面控制基準已經(jīng)失去，因而在竣工和運營階段的線路復(fù)測只能通過相對測量的方式進行，這種方式只適合測量精度要求低的普速鐵路測量。而高速鐵路軌道必須具有非常精確的幾何參數(shù)，使軌道的幾何參數(shù)與設(shè)計的目標(biāo)位置之間的偏差保持在最小，精度要保持在毫米級范圍以內(nèi)。僅僅依靠相對測量方法對線路進行維護是遠遠不夠的，必須引入絕對測量系統(tǒng)，建立一套完整精密測量系統(tǒng)。

4.1高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容

高速鐵路精密工程測量貫穿于高速鐵路工程勘測設(shè)計、施工、竣工驗收及運營維護測量全過程，包括以下內(nèi)容：

(1)高速鐵路平面高程控制測量；(2)線下工程施工測量；(3)軌道施工測量；(4)運營維護測量。

4.2速鐵路精密工程測量的目的

高速鐵路精密工程測量的目的是通過建立各級平面高程控制網(wǎng)，在各級精密測量控制網(wǎng)的控制下，實現(xiàn)線下工程按設(shè)計線型準確施工和保證軌道鋪設(shè)的精度能滿足旅客列車高速、安全行駛。為了達到在高速行駛條件下，旅客列車的安全性和舒適性，那么線路嚴格按照設(shè)計的線型施工，即保持精確的幾何線性參數(shù)；軌道必須具有非常高的平順性，精度要保持在毫米級的范圍以內(nèi)。

4.3速鐵路軌道鋪設(shè)的精度要求

高速鐵路軌道施工的定位精度決定著高速鐵路的平順性，高速鐵路軌道鋪設(shè)應(yīng)滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸(軌道自身的幾何尺寸)和外部幾何尺寸(軌道與周圍建筑物的相對尺寸)的精度要求。其中內(nèi)部尺寸描述軌道的幾何形狀，外部幾何尺寸體現(xiàn)軌道的空間位置和標(biāo)高。4.3.1軌道的內(nèi)部幾何尺寸

軌道內(nèi)部幾何尺寸體現(xiàn)出軌道的形狀，根據(jù)軌道上相鄰點的相對位置關(guān)系就

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可以確定，表現(xiàn)為軌道上各點的相對位置。軌道內(nèi)部幾何尺寸的各項規(guī)定是為了給列車的平穩(wěn)運行提供一個平順的軌道，即通常提到的平順性。因此，除軌距和水平之外，還規(guī)定了軌道縱向高低和方向的參數(shù)，這些參數(shù)能保證軌道有正確的形狀。利用這些參數(shù)可以檢查軌道的實際形狀是否與設(shè)計形狀相符，軌道內(nèi)部幾何尺寸的測量也稱之為軌道的相對定位。4.3.2軌道的外部幾何尺寸

軌道的外部幾何尺寸是軌道在空間三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和高程，由軌道中線與周圍相鄰建筑物的關(guān)系來確定。軌道外部幾何尺寸的測量也稱之為軌道的絕對定位，軌道的絕對定位必須與路基、橋梁、隧道、站臺等線下工程的空間位置坐標(biāo)和高程相匹配協(xié)調(diào)。軌道的絕對定位精度必須滿足軌道相對定位精度的要求，即軌道平順性的要求。由此可見，高速鐵路各級測量控制網(wǎng)測量精度應(yīng)同時滿足線下工程施工和軌道工程施工的精度要求，即必須同時滿足軌道絕對定位和相對定位的精度要求。

4.4高速鐵路精密測量體系的特點

4.4.1“三網(wǎng)合一”的測量體系

高速鐵路工程測量的平面、高程控制網(wǎng)，按施測階段、施測目的及功能不同分為：勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)。我們把高速無砟軌道鐵路工程測量的這三個階段的測量控制網(wǎng)，簡稱“三網(wǎng)”。

勘測控制網(wǎng)包括：CPI控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準基點控制網(wǎng)。施工控制網(wǎng)包括：CPI控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、水準基點控制網(wǎng)、CPm控制網(wǎng)。

運營維護控制網(wǎng)包括：CPlI控制網(wǎng)、水準基點控制網(wǎng)、CPm控制網(wǎng)、加密維護基標(biāo)。

為保證三階段的測量控制網(wǎng)滿足高速鐵路勘測、施工、運營維護3個階段測量的要求，在設(shè)計、施工和運營階段構(gòu)建和保持高速鐵路軌道空間幾何形位的一致性，滿足高速鐵路工程建設(shè)和運營管理的需要，3階段的平面、高程控制測量必須采用統(tǒng)一的基準。即勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)均采用CPI為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，以二等水準基點網(wǎng)為基礎(chǔ)高程控制網(wǎng)。簡稱為“三網(wǎng)合一”。4.4.2建立框架控制網(wǎng)CP0

高速鐵路建立框架控制網(wǎng)CP0，是在總結(jié)京津城際鐵路，鄭西、武廣、哈大、

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京滬、石武高速鐵路平面控制測量實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出的。由于高速鐵路線路長、地區(qū)跨越幅度大且平面控制網(wǎng)沿高速鐵路呈帶狀布設(shè)。為了控制帶狀控制網(wǎng)的橫向擺動，沿線必須每隔一定間距聯(lián)測高等級的平面控制點，但是由于沿線國家高級控制點之間的兼容性差，基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPI經(jīng)國家點約束后使高精度的cPI控制網(wǎng)發(fā)生扭曲，大大降低了CPI控制點間的相對精度，個別地段經(jīng)國家點約束后的CPI控制點問甚至不能滿足規(guī)范要求的CPI控制點相對中誤差≤1／80000。在測量中不得不采用一個點和一個方向的約束方式進行cPI控制網(wǎng)平差，但這種平差方式給CPI控制網(wǎng)復(fù)測帶來不便。為此，在京津城際鐵路、哈大、京滬、石武高速鐵路平面控制測量首先采用GPS精密定位測量方法建立高精度的框架控制網(wǎng)CP0，作為高速鐵路平面控制測量的起算基準，不僅提高了CPI控制網(wǎng)的精度，也為平面控制網(wǎng)復(fù)測提供了基準。4.4.3高速鐵路平面控制網(wǎng)的分級布網(wǎng)

高速鐵路工程測量平面控制網(wǎng)應(yīng)在框架控制網(wǎng)CP0基礎(chǔ)上分三級布設(shè)，第一級為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPI，主要為勘測、施工、運營維護提供坐標(biāo)基準；第二級為線路平面控制網(wǎng)CPlI，主要為勘測和施工提供控制基準；第三級為軌道控制網(wǎng)CPⅢ，主要為軌道鋪設(shè)和運營維護提供控制基準。三級平面控制網(wǎng)之間的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1高速鐵路三級平面控制網(wǎng)示意圖

4.4.4CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)測量

CPIll為軌道控制網(wǎng)，是鋪軌加密基標(biāo)和軌道精調(diào)的基準，為了保證鋪軌加密基標(biāo)和軌道精調(diào)測量的精度，其點位間距以60m為宜。CPⅢ控制網(wǎng)應(yīng)采用自由測站邊角交會網(wǎng)進行構(gòu)網(wǎng)測量，以CPI或CPII作為基準進行固定數(shù)據(jù)約束平差。CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)如圖2所示，自由測站間距為120m左右，每個

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CPⅢ控制點有3個自由測站點的距離、方向交會。CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)測量與常規(guī)導(dǎo)線網(wǎng)測量比較具有以下優(yōu)點：

(1)點位分布均勻，有利于鋪軌加密基標(biāo)和軌道精調(diào)作業(yè)精度的控制；(2)網(wǎng)形均勻?qū)ΨQ，圖形強度高，每個CPIII控制點有3個方向交會，多余觀測量多，有利于提高網(wǎng)的可靠性和測量精度；

(3)相鄰點間相對精度高，兼容性好，能有效控制軌道的平順性；(4)控制點采用強制對中標(biāo)志，自由測站沒有對中誤差，消除了點位對中點誤差對控制網(wǎng)精度的影響。

圖2CPⅢ控制網(wǎng)示意圖

4.5筑物變形監(jiān)測

高速鐵路線路長，路基、橋梁、涵洞、隧道工程量大，沿線復(fù)雜地質(zhì)條件對工程建設(shè)影響大，線下構(gòu)筑物變形是無砟軌道鐵路的重要參數(shù)，一直貫穿于設(shè)計、施工、運營養(yǎng)護、維修各階段。高速鐵路構(gòu)筑物的變形監(jiān)測與控制是高速鐵路建設(shè)成敗和安全運營的關(guān)鍵，為使變形監(jiān)測所獲取的數(shù)據(jù)科學(xué)、可靠并連續(xù)，因此在《高速鐵路工程測量規(guī)范》中，專門作為一章對構(gòu)筑物變形測量的監(jiān)測網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)、測量精度、監(jiān)測點的布設(shè)及測量方法進行了規(guī)范。這是高速鐵路精密工程測量體系的一個特點。

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第五章結(jié)束語

目前，我們通過引進、消化吸收、再創(chuàng)新，已掌握了高速鐵路工程建設(shè)測量技術(shù)�！陡咚勹F路工程測量規(guī)范》已編制完成并頒布實施，形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速鐵路工程測量技術(shù)標(biāo)準體系，并大規(guī)模地開展高速鐵路建設(shè)。但是，隨著我國多條高速鐵路的相繼竣工，大規(guī)模地投入運營。高速鐵路的運營及養(yǎng)護維修測量將是一個迫切需要我們解決的問題。而如何利用已有的CPIII控制網(wǎng)和鋪軌基標(biāo)快速完成高速鐵路的運營及養(yǎng)護維修測量，目前還是一個空白，需要進行進一步的研究。同時應(yīng)通過對京津城際鐵路養(yǎng)護維修測量和鄭西、武廣客運專線無砟軌道鐵路運營及養(yǎng)護維修測量的總結(jié)和開展科研，研究一套適合我國客運專線鐵路軌道的運營維護測量技術(shù)，逐步完善高速鐵路運營維護測量保障體系，確保高速鐵路的安全運行。

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參考文獻

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