1、高速铁路精密控制测量技术高速铁路精密控制测量技术客运专线无砟轨道工程测量基本工作流程图“三网合一”的理念及内容精测网的概念及包含的内容客运专线铁路精密工程测量的特点客运专线无砟轨道测量工作讲座客运专线无砟轨道测量工作讲座客运专线无砟轨道测量工作讲座客运专线无砟轨道测量工作讲座 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。巴哈曼先生德国睿铁公司（RailOne）执行副总裁 目前铁道部对高速铁路测量工作定位 部2008246号文，在总结客运专线建设的关键技术，排在第一位是“精密测量”；与测量工作相关的有“沉降控制”、“轨道精调”部200880号文，对CPIII的
2、建设和管理进行明确规定；部200920号文，明确工程控制网作为工程的一部分（固定资产的一部分）。对精测网的维护和管理工作的责任主体进行了明确。一、客运专线无砟轨道测量流程框图一、客运专线无砟轨道测量流程框图确定了客运专线铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系“三网合一三网合一”的理念及内容的理念及内容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；“三网合一三网合一”的理念及内
3、容的理念及内容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“三网合一三网合一”的理念及内容的理念及内容精测网的概念及工作内容精测网的概念及工作内容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。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”精
4、测网的概念及工作内容精测网的概念及工作内容 平面控制网 CP0 坐标框架基准网 CPI 基础平面控制网 CP 线路控制网 CP 轨道控制网 高程控制网 基岩水准点 深埋水准点 二等水准点 解决全线坐标基准问题，高速铁路框架控制网具有系统性和完整性，一条线的CP0采用整网平差数据处理。CP0点间距50公里为宜。基线解算采用IGS公布的最终精密星历，GPS基线解算软件推荐采用Gamit或Bernese。框架控制网(CP0)基础平面控制网（CP）主要为勘测设计、施工、运营维护提供坐标基准，按B级GPS网精度要求测量，全线（段）一次布网，统一测量，整体平差。GPS基础平面控制网（CP）沿线路每4km布
5、设1对GPS点，GPS点间距不小于1000m，采用大地四边形或三角锁的形式构成整个CP网。基础平面控制网(CP)CP网测量应在CP网的基础上采用四等导线或C级GPS测量方法施测。CP控制点的点间距以800 1000m为宜，离线路中线一般在50100m，便于施工放线且不易破坏的范围内。CP控制网测量 60mCPIIICPIIICPIICPIICPICPICPIII边角交会网测量CP客运专线铁路精密工程测量的特点线路中线CPCPCPCP150-200 mCPCPCP4 km1000m800-1000 mCP客运专线铁路精密工程测量的特点 1、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
6、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 2、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曲线外矢距F=C/8R C为弦长，R为半径客运专线铁路精密工程测量的特点 3、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 (1)首级高程控制网按二等水准测量精度要求施测 (2)铺轨高程控制测量按精密水准测量精度要求施测客运专线铁路精密工程测量的特点 4、提出了客运专线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）检查评估内容包括：平面高程控制网测量技术设计、选点埋
7、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）外业观测数据检验评估。（3）平差计算数据处理质量评估。（4）控制网计算成果的整理和质量验证。铁路客运专线测量工作的几个指标的解释1、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题项目高低轨向水平轨距幅值（mm）221110m弦长幅值（mm）101011150m弦长轨道沿线路方向的竖向平顺性称为前后高低。高低误差示意图2A2A左轨右轨L L2 2L L2 21、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题2A左轨右轨L L2 22AL L2 2轨向是轨道方向的简称，是指轨道中心线在水平面上的平顺性；曲线上称为正矢。1、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题轨
8、向是轨道方向的简称，是指轨道中心线在水平面上的平顺性；曲线上称为正矢。1、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差；曲线上称为超高。2 A左 轨右 轨L L 2 2L L 2 21、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题轨距是钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。轨距16mm1、关于衡量无砟轨道平顺性的指标问题控制点复测限差相对点位精度CP2010CP158CP导线测量后方交会测量12、控制点的定位精度指标的解释 控制点的定位精度要求（mm）2、控制点的定位精度指标的解释 可重复性测量精度：控制点两次定位坐标差的中误差或补设、增设控制点时，由现有已知控制
9、点发展的新控制点相对于已知点的坐标中误差；表中数据为X、Y坐标方向的中误差；D为基线边长，单位为mm。3、关于高斯投影的有关问题3、关于高斯投影的有关问题 高斯投影的概念示意图3、关于高斯投影的有关问题高斯投影的经纬线图形有以下特点 1、投影后的中央子午线为直线，无长度变化。其余的经线投影为凹向中央子午线的对称曲线，长度较球面上的相应经线略长。2、赤道的投影也为一直线，并与中央子午线正交。其余的纬线投影为凸向赤道的对称曲线。3、经纬线投影后仍然保持相互垂直的关系，说明投影后的角度无变形。4、关于高斯投影的有关问题高斯投影的经纬线图形有以下特点 1、投影后的中央子午线为直线，无长度变化。其余的经
10、线投影为凹向中央子午线的对称曲线，长度较球面上的相应经线略长。2、赤道的投影也为一直线，并与中央子午线正交。其余的纬线投影为凸向赤道的对称曲线。3、经纬线投影后仍然保持相互垂直的关系，说明投影后的角度无变形。4、CP测量与数据处理的有关问题CP平面控制网的测量网形与联测方法平面控制网的测量网形与联测方法1.CP平面网是一个非常规则的测量控制网,CP 自由网各点的精度是均匀的。2.当CP点纵向间距为60m、自由测站点间距为120m，每次设站观测CP点的个数为12个，前后各3排，这时各CP点被交会三次。3.当CP点纵向间距为60m、自由测站点间距为60m，每次设站观测CP点的个数为8个，前后各2排
11、，这时各CP点被交会四次。4、CP测量与数据处理的有关问题 4.CP平面网观测时采用全站仪自由设站的方法，因此不存在仪器对中误差，测站点均匀分布在线路中线附近；5.CP点采用特殊的强制固定装置，保证了目标点重复安装的精度，也最大程度消减了棱镜安装时的对中误差；6.CP控制网是一个三维控制网，其平面坐标和高程对应的点位是虚拟点（棱镜中心），因此其标志的设计至关重要；7.CP网的精度要求非常高，其主要精度指标应该为相邻点位的相对中误差，应1mm；8.CP平面网的观测必须是自动观测，测量仪器必须是测量机器人；9.联测方式为：线路中需联测的每个上一级的控制网点CP或CP均需要和三个连续的自由设站点相连
12、；10.CP控制网的数据处理必须采用专门研制的数据处理软件。4、CP测量与数据处理的有关问题n观测方法：观测方法：CP平面网的观测方法实际上就是自由设站极坐标多测回全圆观测法。n测量仪器测量仪器:根据CP平面网点位与相对点位精度估算情况可知：能够用于进行CP平面网标准网形观测的全站仪的标称精度不应低于：一测回水平方向观测的中误差1.0，测距中误差(1mm+2ppm)，并且全站仪应该具有马达驱动、自动照准和数据自动记录功能等，其它精度的全站仪基本不能满足CP平面网测量的精度要求。n测站限差测站限差:CP平面网水平方向测量的方法是全圆方向观测法，全圆方向观测法观测应该控制的主要精度指标包括：同一目
13、标点两次照准的方向值较差、半测回归零差、2C差、同一测回不同方向的2C值互差和不同测回的同一方向值互差。CP平面网的观测方法、仪器及其限差标准平面网的观测方法、仪器及其限差标准 4、CP测量与数据处理的有关问题CP平面网的观测方法、仪器及其限差标准平面网的观测方法、仪器及其限差标准 其他精度控制指标：其他精度控制指标：平差后水平方向的改正数应该3（指的是测站到CP点）平差后水平距离的改正数应该1mm（指的是测站到CP点）平差后水平方向的单位权中误差应该2.5 平差后CP点的相临点位相对中误差应该1mm CP、CP点与CP网的兼容性误差应该5mm 4、CP测量与数据处理的有关问题CP平面控制网平
14、差方法平面控制网平差方法 平差处理过程中不降低CP网的实际观测精度，保证轨道施工铺轨的平顺性。平差主要有以下三种计算模型：自由网平差与校正、传统的约束网平差计算和CP网置平算法。自由网平差与校正：先把CP网中各网点连同与其联测的控制点一起进行自由网平差；自由网平差后，这样控制点就有两套坐标，一套是它们在自由网平差后得到的新坐标，另一套是它们在控制点建网时的旧坐标；当CP网联测控制点数量超过两个时，就可以按照最小二乘原理，求解新旧两套坐标系统的坐标转换参数，然后根据坐标转换参数对自由网平差后的坐标及精度参数进行坐标系统的转换。4、CP测量与数据处理的有关问题CP平面控制网平差方法平面控制网平差方
15、法 平差处理过程中不降低CP网的实际观测精度，保证轨道施工铺轨的平顺性。平差主要有以下三种计算模型：自由网平差与校正、传统的约束网平差计算和CP网置平算法。传统的约束网平差：为方便编程实现，约束平差通常采用间接平差计算的方法。若CP网联测的某个点为CP网点和CP网点，则该点的坐标在本次平差计算过程中是固定的，该点的改正量为零；当CP网联测的控制点超过CP网的必要起算个数时，这样的间接平差就变成了约束平差。4、CP测量与数据处理的有关问题CP平面控制网平差方法平面控制网平差方法 平差处理过程中不降低CP网的实际观测精度，保证轨道施工铺轨的平顺性。平差主要有以下三种计算模型：自由网平差与校正、传统
16、的约束网平差计算和CP网置平算法。CP网置平算法：在CP网及其自由网平差时，可以把CP网视为一个二维的平面刚体，而作为CP网沿线控制基准也可视为一个二维的平面刚体，这两个二维的平面刚体如何匹配的最好，就是CP网的置平平差算法需要解决的问题。该算法的实质就是在不改变CP网网形刚体及其精度和不改变CP控制基准网网形刚体及其精度的前提下，通过坐标转换实现CP自由网与CP、CP网的最优匹配。5、CP高程控制网的观测及其平差方法高程控制网的观测及其平差方法观测及平差方法与特点：观测及平差方法与特点：从图中所示的观测路线可以看出，无论是往测还是返测，都能够联测到线路中所有CP水准点。每次测量时测站均摆设在
17、四个CP点之间，联测时也不必来回搬动仪器，从而最大程度上提高了外业观测的效率。水准路线中所有CP点间的水准路线长度也基本相等。线路采用独立往返观测的方式对水准线路进行检核，保证了CP水准测量的正确性 CP高程控制网平差方法采用间接平差的方法进行，并采用联测铁路沿线的二等水准点对其进行约束平差。图4：往测水准路线示意图 图5：返测水准路线示意图 高速铁路线下工程沉降变形测量方法和标准线下工程沉降变形测量方法和标准一、前一、前 言言 无碴轨道客运专线运行的高平顺性、高舒适性对工后沉无碴轨道客运专线运行的高平顺性、高舒适性对工后沉降要求非常严格；要求工后沉降不应大于降要求非常严格；要求工后沉降不应大
18、于15mm，路桥、路，路桥、路隧结构物过渡段的不均匀沉降差不大于隧结构物过渡段的不均匀沉降差不大于5mm，纵向变形折角，纵向变形折角不大于不大于1，且必须经分析评估满足要求方可铺设无砟轨道，且必须经分析评估满足要求方可铺设无砟轨道，铺设后继续观测铺设后继续观测13年。年。铁道部十分重视，要求铁道部十分重视，要求“建设、设计、咨询、施工、管建设、设计、咨询、施工、管理理”各方要统一思想，建立各方要统一思想，建立“零零”沉降的理念，以确保工后沉降的理念，以确保工后沉降满足要求。沉降满足要求。线下工程沉降变形测量方法和标准沉降观测的意义：沉降观测的意义：科学研究的意义科学研究的意义 验证设计验证设计
19、 验证施工验证施工 验证工程安全验证工程安全 高速铁路建设更有必要高速铁路建设更有必要线下工程沉降变形测量方法和标准执行的规范和标准执行的规范和标准(1)客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南（铁建设（铁建设2006158号）；号）；(2)高速铁路测量规范高速铁路测量规范(TB10601-2009)(3)国家一、二等水准测量规范国家一、二等水准测量规范（GB128972006）；）；(4)建筑沉降变形测量规程建筑沉降变形测量规程（JGJ/T8-2007）；）；(5)铁路客运专线竣工验收暂行办法铁路客运专线竣工验收暂行办法（铁建设（铁建设2007183号
20、）；号）；(6)客运专线无砟轨道铁路施工技术指南客运专线无砟轨道铁路施工技术指南（TZ216-2007）；）；(7)工程测量规范工程测量规范（GB 500262007）(8)全球定位系统（全球定位系统（GPS）铁路测量规程）铁路测量规程（TB1005497）；）；(9)客运专线无砟轨道铁路设计指南客运专线无砟轨道铁路设计指南（铁建设函（铁建设函2005754号）；号）；(10)客专线下工程沉降变形观测及评估实施方案客专线下工程沉降变形观测及评估实施方案；线下工程沉降变形测量方法和标准杭甬客运专线沉降观测评估依据杭甬客运专线沉降观测评估依据线下工程沉降观测管理规定（细则）线下工程沉降观测管理规定
21、（细则）铁路线下变形观测方案（局指）铁路线下变形观测方案（局指）专项工程铁路线下变形观测实施方案（各工区）专项工程铁路线下变形观测实施方案（各工区）铁路线下变形观测方案技术交底（设计单位）铁路线下变形观测方案技术交底（设计单位）铁路线下工程沉降观测及评估补充规定铁路线下工程沉降观测及评估补充规定线下工程沉降变形测量方法和标准工期问题的挑战？区域沉降的挑战？工期问题的挑战？区域沉降的挑战？当务之急：当务之急：学习标准（培训）学习标准（培训）落实人员落实人员落实仪器落实仪器落实方案落实方案落实点位落实点位。线下工程沉降变形测量方法和标准沉降观测培训达到的目的沉降观测培训达到的目的测量人员了解测量人
22、员了解统一数据处理与数据提交方法统一数据处理与数据提交方法测量人员了解不同结构物测量精度及频次要求测量人员了解不同结构物测量精度及频次要求测量人员了解不同结构物测点布设原则测量人员了解不同结构物测点布设原则 测量人员明确职责与工作内容测量人员明确职责与工作内容 测量人员了解基准点、工作基点布设原则测量人员了解基准点、工作基点布设原则 桥梁墩台水准路线观测桥梁墩台水准路线观测按二等水准测量精度要求形成按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设于墩台两侧，水准闭合水准路线，沉降观测点位布设于墩台两侧，水准路线观测示意图如下图所示：路线观测示意图如下图所示：桥墩观测点工作基点观测方向桥
23、梁墩台沉降观测点位布设及水准路线观测示意图桥梁墩台沉降观测点位布设及水准路线观测示意图线下工程沉降变形测量方法和标准隧道水准路线观测隧道水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合按二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设于观测断面隧道内壁两水准路线，沉降观测点位布设于观测断面隧道内壁两侧，水准路线观测示意图如图侧，水准路线观测示意图如图3.3.43.3.4所示：所示：隧道内壁观测点工作基点观测方向图3.3.4 隧道沉降观测点位布设及水准路线观测示意图线下工程沉降变形测量方法和标准路基水准路线观测路基水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测
24、示意图如图3.3.5所示：沉降桩观测点工作基点观测方向沉降板观测点图3.3.5 沉降观测点位布设及水准路线观测示意图线下工程沉降变形测量方法和标准桥梁梁部徐变桥梁梁部徐变水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如下图示准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如下图示,其中其中测点测点1 1，2 2，3 3，4 4构成第一个闭合环，测点构成第一个闭合环，测点3 3，4 4，5 5，6 6构成第二个构成第二个闭合环。闭合环。梁体观测点观测方向651432桥梁梁部徐变沉降观测点位布设及水准路线观测示意图桥
25、梁梁部徐变沉降观测点位布设及水准路线观测示意图线下工程沉降变形测量方法和标准线下工程沉降变形测量方法和标准1、水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为沉降变形的参考点，并应有一定数量稳固定的点作为沉降变形的参考点，并应有一定数量稳固可靠的点以资校核。可靠的点以资校核。2、每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，确保仪器的各项指标参数附合测量要求，并保留检验确保仪器的各项指标参数附合测量要求，并保留检验记录。记录。沉降测量工作基本要求沉降测量工作基本要求线下工程沉降变形测量方法和
26、标准3、每次沉降变形观测时应符合：（1）严格按国家二等水准技术要求施测。沉降监测网的首期观测沉降监测网的首期观测（“零零周期周期”）要求往返观测）要求往返观测2 2次，其余各期往返观测次，其余各期往返观测1 1次；次；沉降变形点的首期观沉降变形点的首期观测测（“零周期零周期”）要求往返观测）要求往返观测1 1次，其余各期单程观测次，其余各期单程观测1 1次；次；并取观测结并取观测结果的中数作为变形测量初始值。果的中数作为变形测量初始值。（2）参与观测的人员必须经过培训才能上岗，并固定观测人员。固定观测人员。（3）为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观各次观测应使用同一台仪器
27、和设备，前后视观测最好用同一水平尺，必须按照固测应使用同一台仪器和设备，前后视观测最好用同一水平尺，必须按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形成附合或闭合路线定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。沉降测量工作基本要求沉降测量工作基本要求五固定：即“固定水准基点、工作基点、固定人、固定测量仪器、固定监测环境条件、固定测量路线和方法”，以提高观测数据的准确性。线下工程沉降变形测量方法和标准沉降测量工作基本要沉降测量工作基本要求求3 3、每次沉降变形观测时应符合：、每次沉降变形观测时应符合：（4）观测时要避免阳光直射，且在
28、基本相同的环境和观测条件）观测时要避免阳光直射，且在基本相同的环境和观测条件下工作。下工作。（5）成像清晰、稳定时再读数。）成像清晰、稳定时再读数。（6）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中断。断。（7）对工作基点的稳定性要定期检核对工作基点的稳定性要定期检核，在雨季前后要联测，检在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动，在区域沉降地区每次对沉降查水准点的标高是否有变动，在区域沉降地区每次对沉降变形观测点进行观测前、后都应对工作基点的稳定性进行变形观测点进行观测前、后都应对工作基点的稳定性进行检核，检核，如果工作基点的沉降量
29、超过限差范围，应对沉降变如果工作基点的沉降量超过限差范围，应对沉降变形观测点的沉降观测量进行修正后再入库。形观测点的沉降观测量进行修正后再入库。标准化标准化观测方法、数据处理、数据组织观测方法、数据处理、数据组织重中之重重中之重信息化信息化管理与分析的手段方法管理与分析的手段方法流程化流程化数据处理、管理、分析数据处理、管理、分析是信息化和流程化的前提是信息化和流程化的前提55高速就是高精度，测量高精度必须标准化高速就是高精度，测量高精度必须标准化线下工程沉降变形测量方法和标准 56高速高速就是就是高精高精度，度，测量测量高精高精度必度必须标须标准化准化线下工程沉降变形测量方法和标准线下工程沉降变形测量方法和标准某高速铁路某标段的成功经验人员投入215人仪器投入53台领导重视制度建设技术交流培训谢 谢！
