1、高速铁路精密工程测量技术培训郑徐铁路客运专线工程指部第郑徐铁路客运专线工程指部第三分部三分部第1页，共69页。标题1.设计图纸作用u纵断面设计u平面图设计u征地红线图u桥平面布置图2.桥涵放样u放样概述u细部坐标放样、标高测量坐标计算u坐标系u坐标计算公式u坐标计算方法第2页，共69页。曲线桥桥墩偏移计算及梁体布置u平分中矢布置u基本概念高速铁路桥精密测量u1、概述u客运专线铁路精密工程测量的概念u为什么要建立客运专线铁路精密工程测量体系u2、传统的铁路工程测量方法及其不足之处u3、客运专线铁路精密工程测量的特点u4、客运专线无碴轨道铁路工程测量技术要求u5、有关客运专线精密工程测量的技术文件
2、第3页，共69页。纵断设计 郑徐客运专线设计时速最快350Km/1h。设计左右双线轨道，分上行线、下行线。最小半径7000m,最大坡度20。郑徐客运专线设计均以前进方向（即大里程方向），左侧轨道中心线为纵断面设计线。郑徐客运专线设计纵断高程均是指左侧轨道中线为设计轨道标高。标高起算均以轨道标高为基准计算其它部位标高。纵断面图设计作用是控制线路结构物施工变化竖曲线、标高。第4页，共69页。平面设计 郑徐铁路客运专线设计均以左轨道中心线为平面设计线。设计给出平面设计线，曲线要素。根据左轨道平面设计线、曲线要素计算（桩基、承台、墩身、垫石、轨道）等设计坐标（X、Y）。平面图设计作用是把设计图纸上结构
3、物有控制性的还原与大地面。第5页，共69页。永久征地红线 郑徐客运专线征地红线设计为总宽18m.延线路大里程方向，左侧7.2米右侧10.8米。红线计算每里程坐标，左右偏距均以左轨道中线展开。红线征地内包括通信基站、AT稍所、改移道路范围。临时施工便道由施工单位，临时征地修筑。第6页，共69页。全桥布置设计图 全桥布置设计图设计为桥的立面侧面图，它包含桥中心里程、墩位里程、细部平面尺寸；标高、梁跨长度、地质。第7页，共69页。桥涵测量放样桩基放样-1)因我分部放样次数频繁，为满足施工循环需求。所有桩基采取GPS测量仪器放样。精度符合规范、设计要求。-2)桩基测量首先要根据设计院提供的曲线要素进行
4、中线桩的复核，然后根据墩台里程桩号及相关尺寸进行桩基中心坐标计算，坐标计算成果要由两人以上及总工核对无误后报测量监理工程师审批，审批合后，坐标成果方可用于施工测量。桩基放样，采用桩基中心坐标放样法。第8页，共69页。-3)在工程施工过程中，桩基中心放样采用中海达GPS-RTK，建站利用至少3个以上平面控制点进行点校正，点校正结束后应查看点校正残差，点位校正残差要小于1cm，GPS RTK使用要符合高速铁路工程测量规范（TB10601-2009）中关于GPS RTK测量的相关规定。在施工放样前，仪器安置好后GPS RTK应到放样桩基附近的已知控制点进行测量复核，RTK手持杆气泡居中，居中时间应该
5、不小于1分钟，复核精度要小于1cm，才能开始桩基的测量放样。第9页，共69页。-4)桩基放样前，准备好木桩和小钉子，当桩位中心坐标施测出来后，要打上木桩，直到木桩稳固为止，并在木桩顶面精确放出桩位中心坐标后，钉上小钉子。RTK手持杆水泡居中要使用用竹杆支撑，放样误差要小于1cm，桩位中心坐标放样完毕后应实际尺量两桩中心间距进行复核，确定无误后，每根桩位中心都要做四个90度直角保护桩，以便随时校核桩位正确性。第10页，共69页。保护桩大样第11页，共69页。-5)桩基护筒埋设完成后再用GPS RTK对桩基中心位置进行复测，合格后用两条通线连接4个护桩线交点与GPS对中杆重合后在护筒边缘用红油漆做
6、4点记号。以备护桩丢失后校正桩基。手持扶对中杆时尽量使RTK对中杆气泡严格居中，平面测量误差控制在1cm以内。桩基标高不允许使用GPS测量，使用水准仪进行测量。测量必须进附合式水准测量，计算由两人或两人以上复核，测量合格后。经测量监理确认后以书面技术交底交予现场班组长，方能进行桩基的开钻施工。第12页，共69页。承台测量放样-1)承台基坑开挖前要在原地面测出高程控制点以指导基坑开挖，当基坑开挖到位后，使用水准仪测出桩基顶面高程，以便破除钻孔灌注桩桩头。-2)破除桩头后，要对每根成桩的中心位置再进行一次测量，检查成桩中心位置与设计的中心位置是否满足规范要求的小于5cm限差，并做好原始数据记录。-
7、3)使用中海达GPS RTK或全站仪（徕卡）极坐标法测量承台底4个角点或测量承台底十字中心线控制点。使用竹杆支撑RTK手持杆使水泡严格居中，平面严格误差控制在5mm以内。第13页，共69页。-4)测量完毕后用钢尺丈量各点间的距离及对角线距离，确认准确无误后，经测量监理确认后以书面技术交底交予现场班组长，方可进行下道工序施工。-5)承台模板立模后，及时对承台模板进行检查，采用全站仪极座标法测放承台十字中心线或各承台角点控制点，采用棱镜支架杆，平面误差控在3mm以内，用红油漆做标志点在模板上，根据各点拉线检查模板各部位几何尺寸。并要测出承台顶面高程，并在模板上标出承台混凝土顶高程。高程误差控制在3
8、mm以内，确认准确无误后，经测量监理确认后再以书面技术交底交予现场班组长。第14页，共69页。承台放样示意图第15页，共69页。墩柱测量放样-1)使用全站仪（徕卡）坐标法在承台顶面测出墩柱底部角点或十字中心线控制点，模板固定后使用全站仪测量模板顶口平面位置，采用棱镜支架杆，平面测量误差要小于3mm。使用水准仪测量墩柱顶面的高程，高程测量误差要小于3mm。当水准仪施测无法满足要求时，也可使用全站仪三角高程测量的方法测量墩柱顶面高程，要采用全站仪正倒镜法取中值，测量方法及精度要符合三角高程测量规范要求。第16页，共69页。-2)全站仪对墩柱平面位置放样，每次都必须复核后视角度和距离；水准仪进行墩柱
9、高程放样时每次测量必须附和联测两个控制点。-3)测量时要由两个以上测量人员分别放样相互检校，以确保测量质量。-4)确认准确无误后，经测量监理确认后再以书面技术交底交予现场班组长。第17页，共69页。支座垫石测量放样-1)在支座施工前，必须进行平面控制点、高程点的复测及墩顶高程复测，并要与相邻分部联测平面和高程控制点。-2)在墩顶测设出支座垫石的角点位置,支座垫石顶面高程可通过各墩顶水准标志高程测设。-3)采用全站仪（徕卡）坐标法测量放出支座垫石的平面位置，采用棱镜支架杆，平面测量误差要小于3mm。并使用全站仪或钢尺复核相邻支座垫石的间距；支座垫石顶部高程使用精密水准测量法控制，将平整度相对误差
10、控制在2 mm以内。确认准确无误后，经测量监理确认后再以书面技术交底交予现场班组长。第18页，共69页。梁安装测量定位-1)架梁前要对垫石顶面高程进行复测和支座中心进行测量。高程复测采用DSZ2水准仪测量，当水准仪精度不能满足要求时，利用全站仪（徕卡）正倒镜测法在墩顶测出一个高程控制点，然后以高程控制点为基准点用水准仪测量支座顶面高程。-2)箱梁安装控制测量：先利用墩帽顶部的加密控制点架设全站仪与水准仪来控制箱梁的轴线与梁顶高程，箱梁安装后，可以在箱梁顶布设加密控制点用来架设仪器控制箱梁安装的轴线与顶部高程。第19页，共69页。测量精度规范-1)桩基础：一般单排桩要求轴线偏位5cm，群桩要求轴
11、线偏位10cm。检查时用全站仪或经纬仪加测距仪检查施工单位的桩中心的放样点，再用小钢尺量桩中心的偏位。-2)承台：轴线偏位15mm。检查时可先量取承台的中心位置，再用全站仪或经纬仪加测距仪检查。得到的数据可作为误差值。-3)立柱、墩帽：轴线偏位10mm。检查时可先量取立柱、墩帽的中心位置，再用全站仪或经纬仪加测距仪检查。得到的数据可作为误差值。-4)支座垫石顶高程应控制在-10 0（mm）。第20页，共69页。第21页，共69页。坐标系 大地坐标系-1)以参考椭球中心为原点、起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。-2)目前，我国经常使用的坐标系有：（1）1954年北京坐标系 大地原点在苏1联
12、，将与苏联大地网联测后我国东北边境的三个点的坐标作为我国天文大地网起算数据，然后通过天文大地网坐标计算，推算出北京一点的坐标，故命名为54北京坐标系。（2）1980年国家大地坐标系 采用1975年国际椭球，大地原点在陕西省永乐镇，椭球面与我国境内的大地水准面密合最佳。故命名为80-西安坐标系。（3）WGS-84坐标系 是世界大地坐标系统，其坐标原点在地心，采用WGS-84椭球。第22页，共69页。直线段a)D=ZD到ZH或ZH到ZD方位角 X=B+IcosD Y=C+IsinD b)H=ZH到 JD方位角 E=I-I540R2L02 F=（I36RL0）-（I7336R3L03）G=30I2R
13、L0 D=H3G （曲线左偏-，右偏+）X=B+EcosH+Fcos（H90）（注：曲线左偏-，右偏+）Y=C+EsinH+Fsin（H90）（注：曲线左偏-，右偏+）前缓和曲线段第23页，共69页。c)Q=HY方位角 F=90IR D=Q2F（注：曲线左偏-，右 H=2RsinF X=B+Hcos（QF）Y=C+Hsin（QF）（注：曲线左偏-，右偏+）圆曲线段第24页，共69页。d)E=I-I540RL0 F=（I6RL0）-（L07336RL0）H=HZ方位角 G=30IRL0 D=H-3G（注：曲线左偏+，右偏-）当用前进方位角时是左转（D=H+3G）右转（D=H-3G）X=B+Eco
14、sH+Fcos（H+90）Y=C+EsinH+Fsin（H+90）后缓和曲线段第25页，共69页。曲线五大桩图第26页，共69页。曲线桥中矢桥墩偏移及梁板布置1.梁的布置（1）梁的布置方式 设在曲线上的钢筋混凝土简支梁式桥，每孔梁仍是直的，于是各孔梁中线的连接线成为折线，以适应梁上曲线线路之需要。但若按图5-5所示布置，使线路中线与梁的中线在梁端相交，图可以看出线路中线总是偏在梁跨中线的外侧，当列车过桥时，外侧那片梁必然受力较大；况且列车运行时要产生离心力，使外侧的一片梁受力较大的现象更加严重。为了使两片梁受力较为均衡，合理的布置方案应把梁的中线向曲线外侧适当移动。一般情况下梁的布置有两种方案
15、如下：第27页，共69页。平分中矢布置：1线路中线；2-梁的中线；图 5-5 梁的中线连成折线示意图 5-6 平分中矢布置333124线路中线；2-梁的中线；3-桥墩中线；4-弦线；第28页，共69页。在跨中处梁的中线平分矢距f，即梁的中线与线路中线的偏距f1=f/2；在桥墩中心处梁的中心线与线路中线的偏距E=f/2，如图5-6所示。这种布置的特点是内外侧两片梁的偏距相同，故两片梁的人行道加宽值相等。切线布置：在跨中处梁的中线与线路中线相切。即偏距f1=0，如图5-7所示；在桥墩中心处梁的中线与线路中线的偏距为E=f。333线路中线；2-梁的中线；3-桥墩中线；4-弦线；图 5-7 切线布置4
16、213第29页，共69页。（2）梁在曲线上布置的规定 如上述，梁的布置有两种方式，按具体情况选用。为了尽量使梁内外侧受力接近均衡，梁中线的具体置，应视梁的跨度和线路曲线半径大小确定。当梁的跨度较小而曲线半径较大时，中矢值f很小，两种布置方式对梁受力影响很小，都可采用，当梁的跨度较大，而曲线半径较小时，f值较大，应按平分中矢布置。（3）梁缝 为了适应梁或墩台的施工误差和温度变形的影响，相邻两孔简支梁的梁端之间必需留有空隙。设在曲线上的桥还应考虑曲线对空隙的影响，使曲线侧梁缝较大，而曲线内侧梁缝较小。因此对曲线桥，上述规定的梁逢应指最小梁缝，即梁与梁间（或梁与台间）的最小距离。第30页，共69页。
17、曲线桥的最小梁缝是指曲线内侧道碴槽最外边缘的最小距离。对钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的最小梁缝，铁路桥涵设计基本规范有明确规定。等跨，L16m时，梁缝为6cm；L20m时，梁缝为10cm。不等跨时，其中一跨大于或等于16m时，规定为10cm，均小于16m时规定为6cm。而在梁的中线上，梁缝还有相应增值。在进行曲线上桥梁布置时，必须考虑梁缝增值。2、基本概念。（1）桥梁工作线：在曲线上的桥，各孔梁中心线的连线是一折线，称桥梁工作线，与线路中线不一致，如图5-8，是桥梁工作线,abc是线路中线。（2）桥墩中心：两相邻梁中心线之交点是桥墩中心，如图5-8的A、B及C各点，当桥墩有横向预偏心时按相应办
18、法确定桥墩中心。第31页，共69页。（3）桥墩轴线：过桥墩中心作一直线平分相邻两孔梁中心线的夹角，这个角平分线即桥墩横轴（又称横向中心线）；如图5-8中的；过桥墩中心作桥墩横轴的垂线为桥墩纵轴（又称纵向中心线）。EABC333baaC25141-桥梁中线；2-桥梁工作线；3-桥墩横轴；4-桥梁纵轴；5-弦线图 5-8 桥梁工作线（梁按切线布置绘制）第32页，共69页。（4）桥墩中心里程：桥墩横轴与线路中线的交点称桥墩中心在线路中线上的对应点，如图5-8中的a、b及c点。桥墩中心里程即以其对应点的里程表示之。（5）偏距：桥墩中心与其对应点之间的距离。偏距的大小由梁长及曲线半径决定。（6）弧距：两
19、相邻桥墩中心对应点之间的曲线长度称为弧距。但边孔之弧距为桥台胸墙（挡碴前墙）至相邻桥墩中心对应点之间的曲线长度。（7）偏角：两相邻梁中心线之转角称为偏角，如图5-8中的角。（8）弦切角：梁中心线与桥墩中心处线路中线的切线之夹角称为弦切角，如图5-8中的角。（9）交点距：两相邻桥墩中心或相邻两交点（梁中线与相邻的左、右两梁中心线相交的两个交点）之间的距离称为交点距，但边孔的交点距是指桥台 第33页，共69页。胸墙中点与相邻桥墩中心之距离。曲线桥测定桥墩中心位置有两种方法：（1）弧距法：根据各孔桥跨的弧距与桥墩偏距来测定桥墩中心位置。（2）偏角法：根据桥梁工作线的偏角与交点距（工作线长度）来测定桥
20、墩中心位置。第34页，共69页。一、概述第35页，共69页。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”第36页，共69页。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 运营维护测量第37页，共69页。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200
21、6189号）时速200250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南（试行）（铁建设200776号）第38页，共69页。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/h350km/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:第39页，共69页。（1）无碴轨道静态几何尺寸允许偏差高低轨向水平轨距扭曲基长6.25m350v200km/h22112V=200km/h222+1-23弦长（m）10第40页，共69
22、页。（2）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+4在建筑物上-6紧靠站台+402轨道中线与设计中线差103线间距+100第41页，共69页。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。第42页，共69页。二、传统的铁路工程测量方法及其不足之处第43页，共69页。2.1传统的铁路工程测量方法交点、直线、曲线控制桩
23、（五大桩）交点、直线、曲线控制桩（五大桩）以定测控制桩作为施工测量基准穿线法、弦线支距法或偏角法测量第44页，共69页。2.2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第45页，共69页。施工高程面参考椭球面投影面改正值平均高程H高程投影每km边长变形值H/R第46页，共69页。2）传统的铁路测量方法的缺点（1）不利于采用采用GPS RTK、全站仪等新技术采用坐标法定位法进行勘测和施工放线；（2）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
24、连续丢失后，很难进行恢复。第47页，共69页。3）测量精度低：导线测角中误差12.5、方位角闭合差25n；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,设计线形被改变第48页，共69页。4）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。第49页，共69页。三 客运专线铁路精密工程测量的特点第50页，共69页。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1）第51页，共69页。2）“三网合一”的内容和要求：勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网
25、坐标高程系统的统一；勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网起算基准的统一；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；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；第52页，共69页。3）三网合一的重要性 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 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 净空限界不足第53页，共69页。3.2、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a)第一级:基础平面控制网（CP）,为勘测、施工
26、、运营维护提供坐标基准；b)第二级:线路控制网（CP,为勘测和施工提供控制基准；c)第三级:基桩控制网/施工加密网（CP）,为线下工程、无碴轨道施工和运营维护提供控制基准。第54页，共69页。d)客运专线铁路工程测量三级平面控制网示意图 线路中线CPCPCP150-200mCPCPCP4km1000m800-1000mCPCPCPCP4km1000mCP第55页，共69页。e)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。f)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第56页，共69页
27、。四客运专线无碴轨道铁路工程测量技术要求第57页，共69页。1.平面控制测量 1.1各级平面控制网布网要求控制网级别控制网级别测量方法测量方法测量等级测量等级点间距点间距备注备注CPGPSB级1000m4km一对点CPGPSC级8001000m导线四等CP导线五等150200m自由设站边角交会5060m1020m一对点第58页，共69页。1.2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 CP 10mm8+D10-6mmCP 15mm10mmCP导线测量 6mm5mmCP后方交会测量 5mm1mm第59页，共69页。1.3 各级平面控制网的测量精度 （1）GPS测量精度控制
28、网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CP1.31/170000CP1.71/100000第60页，共69页。（）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CP440060052.5101/400005n四等CP11502003451/200008n五等第61页，共69页。平面控制测量方法（1）GPS测量：用于建立CP、CP控制网；（2）导线测量：用于建立CP、CP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。第62页，共69页。3.高程控制测量3.1第63页，共69页。（
29、）各级高程控制测量等级及布点要求控制网级别测量等级点间距勘测高程控制测量二等水准测量2000m四等水准测量水准基点高程控制测量二等水准测量2000mCP高程测量精密水准测量200m注：长大桥隧及特殊路基结构施工高程控制网等级应按相关专业要求执行。第64页，共69页。（）高程控制网精度控制点类型 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CP控制点 精密水准L4L8L4L8第65页，共69页。各等级水准测量精度要求（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二等水准1.
30、02.0 精密水准2.04.0 三等水准3.06.0 四等水准5.010.0 第66页，共69页。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二等2400DS1因瓦往返往返4L精密水准42DS1因瓦往返往返8L三等6150DS1因瓦往返往测12LDS3双面往返四等1030DS3双面往返往返20L第67页，共69页。各等级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（m）视线高度（m）二等因瓦DS1501.03.0下丝读数0.3DS0560精密水准因瓦DS1602.04.0下丝读数0.3DS0565三等双面DS3653.06.0三丝能读数因瓦DS1/DS0580四等双面DS3805.010.0三丝能读数因瓦DS1100第68页，共69页。谢谢第69页，共69页。
