高速鐵路工程測量控制網(wǎng)復(fù)測技術(shù)

摘 要：高速鐵路工程項目建設(shè)的周期中，測量控制工作是一項重要的技術(shù)保障，文章主要從施工單位的角度出發(fā)，較為詳細(xì)地介紹了平面控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點的復(fù)測方法、作業(yè)程序和技術(shù)要點，形成了一套較為完整的控制網(wǎng)復(fù)測技術(shù)總結(jié)，為同類鐵路工程控制網(wǎng)復(fù)測提供了一個可參考的技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：控制網(wǎng)復(fù)測；GPS測量；二等水準(zhǔn)測量

1 測量控制網(wǎng)的概述

在高速鐵路平面控制測量工作開展前，為了滿足平面GPS控制測量三維約束平差的要求，首先采用GPS測量方法建立高速鐵路框架控制網(wǎng)（CP0）。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(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；，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(zhǔn)；第三級為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），主要為軌道鋪設(shè)和運營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。

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(zhǔn)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(zhǔn)；第二級軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），為高速鐵路軌道施工、維護(hù)提供高程基準(zhǔn)。

2 測量控制網(wǎng)的復(fù)測內(nèi)容和頻次

高速鐵路工程建設(shè)期間，要加強CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點控制網(wǎng)復(fù)測工作。控制網(wǎng)復(fù)測分為定期復(fù)測和不定期復(fù)測，定期復(fù)測多由建設(shè)單位組織實施，不定期復(fù)測由施工單位實施。

定期復(fù)測是對高速鐵路平面高程控制網(wǎng)全面復(fù)測，復(fù)測內(nèi)容包括全線CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點。復(fù)測頻次要求如下：

（1）施工單位接樁后，應(yīng)對CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點進(jìn)行復(fù)測；（2）CPⅢ建網(wǎng)前，CP0、CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點應(yīng)復(fù)測一次；（3）工程靜態(tài)驗收前，CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ及線路水準(zhǔn)基點復(fù)測一次；（4）特殊地區(qū)、地面沉降地區(qū)或施工期間出現(xiàn)異常的地段，適當(dāng)增加復(fù)測次數(shù)。

不定期復(fù)測的測周期一般不大于6個月，施工單位要根據(jù)工程的施工階段需要及時開展。不定期復(fù)測的內(nèi)容包括CPⅠ、CPⅡ、線路水準(zhǔn)基點等，主要是檢查控制點位的相對精度是否滿足規(guī)范要求，點間的相對位置是否發(fā)生位移。當(dāng)復(fù)測成果較差超出規(guī)范要求時，要分析原因，測量結(jié)果報相關(guān)單位確認(rèn)。

3 平面控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點控制網(wǎng)施工復(fù)測一般規(guī)定

工程開工前，施工單位會同設(shè)計單位參加由業(yè)主組織并有監(jiān)理單位參與的控制樁和測量成果資料交接工作。施工單位要對設(shè)計單位交付的CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)和線路水準(zhǔn)基點控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。為確保高速鐵路軌道的線性，相鄰施工標(biāo)段、相鄰施工單位之間應(yīng)共同協(xié)商并現(xiàn)場確認(rèn)交界處附近的同一對CPⅠ平面控制點和同一個水準(zhǔn)點作為搭接和公共點進(jìn)行復(fù)測。雙方應(yīng)簽訂共用控制點協(xié)議并使用滿足精度要求的相同坐標(biāo)和高程成果。標(biāo)段內(nèi)施工分段也需要進(jìn)行確認(rèn)搭接，并現(xiàn)場放樣檢查。線下工程開工前或至遲在結(jié)構(gòu)工程施工前應(yīng)完成CPⅠ、CPⅡ控制點和二等水準(zhǔn)點的復(fù)測工作?；A(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ采用GPS測量。線路控制網(wǎng)CPⅡ宜優(yōu)先選用GPS測量，也可采用常規(guī)導(dǎo)線測量。CPⅠ控制網(wǎng)的復(fù)測工作一般宜單獨進(jìn)行，當(dāng)接GPS接收機數(shù)量較多時，也可和CPⅡ的復(fù)測同時進(jìn)行，但要分別處理數(shù)據(jù)。因為精度等級不一樣，CPⅡ需要附合到CPⅠ控制點上。線路水準(zhǔn)基點復(fù)測采用幾何水準(zhǔn)測量，跨河水準(zhǔn)依據(jù)《國家一二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》可以采用三角高程法、GPS高程法。

4 平面、高程控制網(wǎng)復(fù)測布網(wǎng)要求及主要技術(shù)要求

平面、高程控制網(wǎng)復(fù)測布網(wǎng)要求及主要技術(shù)要求與原設(shè)計單位施測時一致，具體要按表1、表2、表3規(guī)定執(zhí)行。

5 測量儀器的配置

（1）GPS接收機：CPⅠ、CPⅡ控制測量要采用雙頻接收機，其標(biāo)稱精度不低于5mm±1ppm；同步觀測的接收機數(shù)量要不少于4臺。

（2）全站儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于2″、2mm±2ppm。

（3）水準(zhǔn)儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于DS1并應(yīng)配相應(yīng)的因瓦尺。

6 平面控制網(wǎng)的復(fù)測

6.1 CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)復(fù)測

復(fù)測平面控制網(wǎng)時應(yīng)采用邊聯(lián)結(jié)方式構(gòu)網(wǎng)，并組成三角形或大地四邊形相連的帶狀網(wǎng)?？梢詫PⅠ、CPⅡ同時構(gòu)網(wǎng)觀測，但要提前做好規(guī)劃設(shè)計，要滿足CPⅠ有獨立的邊聯(lián)結(jié)方式的三角形或大地四邊形相連的帶狀網(wǎng)，以便于后續(xù)的基線解算和網(wǎng)平差。現(xiàn)場觀測作業(yè)時嚴(yán)格按照相應(yīng)等級的技術(shù)要求進(jìn)行觀測，做好相應(yīng)的記錄工作。若需要聯(lián)測CP0時，可將其納入CPⅠ控制網(wǎng)，每個CP0最好有三個方向與之相連。

原始觀測數(shù)據(jù)采集完成后，利用對應(yīng)儀器的或?qū)Ｓ玫幕€解算軟件進(jìn)行基線解算，要分別進(jìn)行CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)的基線解算，生成各自復(fù)測需要的CPⅠ、CPⅡ基線向量文件。解算的基線向量結(jié)果要滿足該儀器以及解算軟件的質(zhì)量指標(biāo)，同時檢查同步環(huán)和獨立環(huán)的閉合差以及重復(fù)觀測基線的較差，并應(yīng)符合表4的規(guī)定。

表4 基線質(zhì)量檢驗限差表

注： ，其中？滓為基線弦長標(biāo)準(zhǔn)差（mm）

a固定誤差（mm）；b比例誤差系數(shù)（mm/km）；d相鄰點間距離（km）；n閉合環(huán)邊數(shù)。

在基線的質(zhì)量檢驗符合要求后，利用專用的GPS測量平差軟件，將所有獨立基線構(gòu)成控制網(wǎng)，以三維基線向量及其相應(yīng)的方差、協(xié)方差陣作為觀測信息，以復(fù)測區(qū)段中的一個點的WGS-84的三維坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行無約束平差。CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)分別各自平差。無約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)絕對值需滿足對應(yīng)等級的限差要求：

利用滿足無約束平差指標(biāo)要求的基線向量網(wǎng)，在本次復(fù)測區(qū)段或標(biāo)段對應(yīng)的獨立坐標(biāo)系（與設(shè)計坐標(biāo)系相同的基準(zhǔn)，如中央子午線經(jīng)度、坐標(biāo)系投影面高程和高程異常值等）下，進(jìn)行二維約束平差。CPⅠ控制網(wǎng)約束平差時選取本次復(fù)測區(qū)段中較為牢固穩(wěn)定的首、中、尾三個點或首、尾兩個點作為約束點，進(jìn)行二維約束平差，用作CPⅠ控制網(wǎng)約束平差的約束點間邊長相對中誤差需滿足1/250000；CPⅡ控制網(wǎng) 約束平差時選取本次復(fù)測區(qū)段內(nèi)所有聯(lián)測的CPⅠ點作為約束點，進(jìn)行二維約束平差，用作CPⅡ控制網(wǎng)約束平差的約束點間邊長相對中誤差需滿足1/180000。

約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線改正數(shù)的較差應(yīng)符下式的規(guī)定，否則，認(rèn)為參與約束的已知坐標(biāo)誤差太大，應(yīng)刪除誤差較大的約束值，直至下式滿足：

對于復(fù)測控制網(wǎng)長度太長、橫跨多個投影帶，可采用分區(qū)平差。平差時相鄰兩分網(wǎng)應(yīng)有一定數(shù)量的重合點，重合點在兩分網(wǎng)中坐標(biāo)之差不得大于點位中誤差的2倍。

二維約束平差后輸出的平差成果即為與設(shè)計坐標(biāo)系相同基準(zhǔn)的復(fù)測坐標(biāo)成果，將CPⅠ、CPⅡ控制點復(fù)測成果與設(shè)計成果的坐標(biāo)和相鄰點間坐標(biāo)差之差的相對精度進(jìn)行比較，限差要求見表5。當(dāng)以上兩項比較滿足限差要求時，采用原設(shè)計成果。當(dāng)較差超限時，要進(jìn)行再次復(fù)測，查明原因，并采用同精度擴展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表5 CPⅠ、CPⅡ控制點復(fù)測坐標(biāo)較差限差要求

注：表中坐標(biāo)較差限差指X、Y坐標(biāo)分量較差。

表中相鄰點間坐標(biāo)差之差的相對精度按下式計算：

式中：

S為相鄰點間的二維平面距離或三維空間距離；

復(fù)測結(jié)果比較樣表：

表6 CPⅠ、CPⅡ坐標(biāo)比較表

表7 相鄰CPⅠ點對比較表

6.2 CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測

CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測要附合在穩(wěn)定可靠的CPⅠ控制點上，水平角觀測采用方向觀測法。導(dǎo)線邊長測量進(jìn)行儀器加常數(shù)、乘常數(shù)和氣象改正，距離歸算至工程設(shè)計的投影高程面上。導(dǎo)線水平角、距離觀測滿足表8和表9的相關(guān)規(guī)定。

表8 導(dǎo)線水平角觀測限差規(guī)定及技術(shù)要求

表9 導(dǎo)線測邊限差規(guī)定和技術(shù)要求

注：1、一測回是全站儀盤左、盤右各測量一次的過程

2、測距儀精度等級如下

Ⅰ級 |mD|≤2mm

Ⅱ級 2mm<|mD|≤5mm

mD為每千米測距標(biāo)準(zhǔn)偏差。即按測距儀出廠標(biāo)稱精度的絕對值，歸算到1km的測距標(biāo)準(zhǔn)偏差。

CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測的外業(yè)完成后，利用專用平差計算軟件，選取導(dǎo)線附合的CPⅠ點作為已知點進(jìn)行平差計算，平差結(jié)果中的導(dǎo)線復(fù)測的測角精度、測邊精度、以及導(dǎo)線全長相對閉合差和方位角閉合差，都要應(yīng)符合表3的規(guī)定。

符合表3規(guī)定后，將復(fù)測成果與設(shè)計單位成果進(jìn)行比較。復(fù)測與設(shè)計的導(dǎo)線水平角、導(dǎo)線邊長和導(dǎo)線點坐標(biāo)較差的限差應(yīng)符合表10的要求。

表10 CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測成果限差要求

注： 為儀器標(biāo)稱精度。

當(dāng)隧道洞內(nèi)CPⅡ控制測量的導(dǎo)線附合長度大于7km時，導(dǎo)線等級為隧道二等。

當(dāng)以上各項比較滿足限差要求時，采用原設(shè)計成果，不能滿足限差要求時，要進(jìn)行再次復(fù)測，查明原因，并采用同精度擴展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表11 復(fù)測水平角比較表

表12 復(fù)測邊長比較表

表13 復(fù)測坐標(biāo)比較表

7 高程控制網(wǎng)復(fù)測

高程控制網(wǎng)復(fù)測就是對線路水準(zhǔn)基點的復(fù)測，從本次復(fù)測區(qū)段或標(biāo)段與相鄰標(biāo)段共樁點開始聯(lián)測區(qū)段內(nèi)所有線路水準(zhǔn)基點至區(qū)段結(jié)束段與相鄰標(biāo)段的共樁點，多采用滿足精度要求電子水準(zhǔn)儀，按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求施測。水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)采集完成后，對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行各項指標(biāo)檢查、驗算，各項精度指標(biāo)和限差滿足要求后，利用專用的測量平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差計算。平差計算時選取本次復(fù)測區(qū)段內(nèi)首、中、尾三個或首、尾兩個水準(zhǔn)點作為已知點進(jìn)行平差計算，平差結(jié)果中的高差偶然中誤差M？駐和按環(huán)閉合差算得的全中誤差MW要滿足二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)指標(biāo)。

當(dāng)檢測已測測段高差之差滿足表14中規(guī)定要求時，采用原設(shè)計成果，當(dāng)較差超限時，要進(jìn)行再次復(fù)測，查明原因，并采用同精度擴展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表14 水準(zhǔn)測量精度要求

注：1K為測段水準(zhǔn)路線長度，單位為km；L為水準(zhǔn)路線長度，單位為km；RⅠ為檢測測段長度，以千米計；n為測段水準(zhǔn)測量站數(shù)。

2當(dāng)山區(qū)水準(zhǔn)測量每公里測站數(shù)n≥25站以上時，采用測站數(shù)計算高差測量限差。

當(dāng)復(fù)測區(qū)段內(nèi)有跨河情況時，嚴(yán)格按照國家二等水準(zhǔn)的跨河水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求進(jìn)行測量。

高程控制網(wǎng)復(fù)測結(jié)果比較樣表：

表15 復(fù)測高差統(tǒng)計表

表16 與設(shè)計高差比較表

表17 高程復(fù)測比較表

8提交的復(fù)測成果報告

復(fù)測成果報告包括以下內(nèi)容：（1）工程概況、復(fù)測范圍、設(shè)計CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)點控制網(wǎng)概況、測量時間等情況；（2）CPⅠ控制網(wǎng)測量網(wǎng)形略圖、CPⅡ測量網(wǎng)形略圖；（3）測量儀器、人員情況；（4）測量外業(yè)作業(yè)情況（技術(shù)指標(biāo)）與測量結(jié)果（含閉合環(huán)、重復(fù)基線檢核、往返高差測量匯總）；（5）網(wǎng)平差與后處理結(jié)果（基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采用與檢驗、基線邊改正數(shù)與精度、無約束和約束平差坐標(biāo)及其精度、基線邊距離和方位及其精度、約束平差高程控制網(wǎng)精度等）；（6）復(fù)測與設(shè)計成果比較結(jié)果（坐標(biāo)、距離、方位、復(fù)測與設(shè)計高程或高差比較結(jié)果等）；（7）復(fù)測結(jié)論；（8）標(biāo)段搭接測量用樁協(xié)議；（9）主要測量人員的專業(yè)證書、儀器檢定證書、測繪資質(zhì)附件。