福平鐵路平潭段精密測量控制網復測技術

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050)

·測量·

福平鐵路平潭段精密測量控制網復測技術

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050)

針對福平鐵路平潭段的工況特點，闡述了客運專線鐵路施工精密控制網復測方法及要點，指出采用測距三角高程法測量大跨度海域水準，取得了良好的效果，對其他類似橋梁建設具有借鑒意義。

鐵路，精密控制網，復測技術，精度

1 概述

新建福州至平潭鐵路平潭段起訖里程為DK70+564～DK88+099，線路途經平潭縣大練鄉、蘇澳鎮、平原鎮、中樓鄉，正線全長17.535 km，其中公鐵合建長度5.287 km。技術標準為Ⅰ級雙線鐵路，設計時速200 km；雙向六車道高速公路，設計時速100 km。本標段測區內線路所處區域場地狹小，交通運輸以水運為主；北東口水道特大橋跨越海壇海峽，橋位處水深、浪高、潮差大，臺風多。

2 復測內容

本次內容包括CPⅠ，CPⅡ，高程控制點的精密控制網復測。根據2013年11月中鐵第四勘察設計院《福平鐵路精密控制測量建網成果》《精密測量控制網交樁后更新成果表》(2014年5月)，參考2013年11月復測成果報告，補充觀測CPⅠ042點，使全標段CPⅡ點均被CPⅠ包住；在大練島碼頭增設CPⅡ076A點，并增加起算點的穩定性檢驗。復測的點位如下：1)基礎平面控制網(CPⅠ)復測：11個CPⅠ點(點號DQ17，DQ18，CPⅠ034，CPⅠ035，CPⅠ036，CPⅠ037，CPⅠ038，CPⅠ039，CPⅠ040，CPⅠ041，CPⅠ042)。2)線路平面控制網(CPⅡ)復測：包括復測合格的11個CPⅠ點和12個CPⅡ點(點號CPⅡ76，CPⅡ77，GCPⅡ78，CPⅡ79，CPⅡ080，CPⅡ081，CPⅡ082(已破壞，補點編號為CPⅡ082A)，CPⅡ083，GCPⅡ084，CPⅡ085，CPⅡ086，CPⅡ087)同時增設CPⅡ076A點。3)二等水準網復測：深埋水準點2個(點號SMBSⅡ010,SMBSⅡ011)；二等水準點24個(點號BSⅡ011～BSⅡ014，CPⅠ035，CPⅠ037～CPⅠ041，CPⅡ076，CPⅡ077，GCPⅡ078，CPⅡ079～CPⅡ087，DQ17，DQ18)。

3 測量人員及儀器情況

本次復測人員分1個GPS平面測量組、1個水準測量組。主要人員具有工程測量專業資格，其中高級工程師1人，工程師1人，助理工程師1人，技術員5人。復測使用的儀器設備均經測繪儀器計量檢定單位檢定合格，并在有效期內，可用于相應等級精度要求的測量工作。儀器設備清單見表1。

4 與相鄰標段共用點情況

小里程端與FPZQ-3相鄰，平面共用點DQ17,DQ18，高程共用點DQ17,DQ18。

5 平面坐標和高程系統

本標段平面坐標系統采用獨立工程坐標系，WGS-84坐標系橢球參數，長半軸a=6 378 137.0，扁率1/f=298.257 223 563，測區平均高程異常值15 m(見表2)。高程系統采用1985國家高程基準。平差計算時，坐標及高程起算點選取位于標段兩端、經起算點穩定性檢驗、確認滿足相鄰點間坐標差之差的相對精度小于1/25 000的點。

表1 測量儀器表

表2 坐標系統

6 測量精度等級及施測方法

6.1 控制網等級

平面控制網分兩個等級：CPⅠ網按二等GPS網精度施測；CPⅡ網按三等GPS網精度施測。復測前在點位勘驗時，用手持GPS將需要復測的各個點進行現場采集其大地坐標，將大地坐標通過同濟大學的GeoTrans軟件將采集的大地坐標轉換成相應的平面坐標，再將平面坐標利用快速展點小程序展點進AutoCAD當中，依據展點圖、測區內結構物位置等因素進行GPS外業的觀測計劃排點。這樣排出的外業數據采集計劃，觀測后的圖形同步環、異步環圖形強度剛強、穩定、科學合理。水準測量按二等水準網精度施測。

6.2 控制網施測方法

1)GPS網施測。a.復測構網要求。本次平面控制網復測采用GPS靜態定位技術施測，按GPS測量精度要求，構網形式與原測相同，同步作業圖形之間采用邊連接形式，由大地四邊形構成。b.GPS測量前的準備工作。測量前首先進行現場勘查，檢查標石的完好性。對儀器進行檢定，檢查技術參數設置，檢查腳架是否松動、基座水準器、光學對點器狀態是否正常。準備交樁資料、點之記、測量記錄等。

2)水準網施測。a.觀測方式。本標段共有深埋水準點兩個(SMBⅡ011，SMBⅡ010)，與相鄰標段搭接水準點兩個(DQ18，DQ17)，本次采用附合水準線路測量。水準復核測量按原測二等精度進行，采用單線路往返觀測。同一區段的往返測量使用固定的儀器和轉點尺測，沿同一道路進行。水準線路圖如圖1所示。同一區段的往測(或返測)與返測(或往測)應盡量分別在上午與下午進行。b.觀測順序和方法。二等水準測量應形成附合水準路線，每一測段都以偶數站結束。電子水準儀的觀測順序是：往、返測奇數測站照準標尺順序為：后—前—前—后；往、返測偶數測站照準標尺順序為：前—后—后—前。

3)跨海水準測量。本標段進行跨海水準測量的水準點為海壇海峽兩岸的BSⅡ013，BSⅡ011。跨海水準測量采用測距三角高程法，使用徠卡天寶S8全站儀、徠卡單棱鏡組、裝有自動數據采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計、氣壓表。距離、垂直角觀測使用全站儀的自動照準(ATR)功能，多測回測角功能。 每站觀測4組，每組觀測12個測回。觀測時間選擇在氣象條件相對穩定的陰天進行，共進行2次觀測。

7 CPⅠ，CPⅡ網數據處理及精度分析

當天外業采集的數據上傳到計算機上之后，通過Convert To RINEX3.02軟件，將所采集的數據轉換成標準的RINEXT格式。

7.1 CPⅠ基線向量解算及精度分析

基線解算使用商用軟件Trimble Business Center按靜態相對定位模式進行，采用廣播星歷，多基線向量的雙差固定解求解模式。利用觀測值殘差的均方差(RMS)統計結果，對所有觀測值殘差絕對值大于3倍的RMS的觀測值進行數據屏蔽，不讓其參與平差。同一時段觀測值的數據剔除率小于10%。

1)基線向量異步環閉合差。在解算出每一時段的CPⅠ基線向量后，以三角形作為構環圖形，并計算閉合環坐標分量閉合差，各坐標分量及全長閉合差應符合下式規定：

CPⅠ觀測11個點，全網共有閉合環25個，異步閉合環閉合差最大值為CPⅠ040～CPⅠ038～CPⅠ039，閉合差為32.99 mm，環長10 263.102 7 m，限差為54.53 mm，滿足要求。CPⅠ控制網復測基線向量所有異步環閉合差均滿足限差要求，所有基線質量合格。

CPⅠ全網控制網共取重復基線37條，重復觀測基線不同時段較差最大值在CPⅠ042～CPⅠ039，Ws=9.669 3 mm，邊長為11 238.06 m，其重復觀測基線較差限差為34.784 8 mm，滿足要求。由以上統計數據表明，CPⅠ控制網復測所有重復觀測基線較差均滿足規范限差要求，基線解算成果可靠。

2)復測坐標較差。通過CPⅠ復測坐標與設計坐標比較，各點ΔX差值最大值為4.2 mm，ΔY值最大值為8.6 mm，平面點位精度滿足不大于20 mm的規定。

7.2 CPⅡ網平差及精度分析

控制網平差采用武漢大學的COSA GPS(5.20版本)后處理軟件進行平差處理。

1)三維無約束平差。獨立環和重復基線滿足要求后，進行控制網無約束平差，無約束平差中基線向量各分量的改正數絕對值應滿足下式要求：

VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。

三維無約束平差時固定CPⅠ042點，全網最弱點DQ17MX=0.63 cm,MY=1.06 cm,MP=1.39 cm。最弱邊CPⅡ084～CPⅠ085邊長相對中誤差為1/243 000，小于1/13 000，滿足規范要求。

由三維無約束平差精度統計數據可知，控制網的基線向量自身的內符合精度好，基線向量網的質量可靠，在此基礎上，可以進行二維約束平差。

2)CPⅡ網復測結論。CPⅡ控制網復測過程及精度滿足《高速鐵路工程測量規范》中相關規定，基線邊方向中誤差最大值為1.11″<1.7″，最弱邊相對中誤差1/191 000<1/100 000。

CPⅡ復測坐標和設計坐標比較，ΔX差值最大值為9.2 mm，ΔY值最大值為13.7 mm，滿足不大于15 mm的規定。相鄰點間約束平差后二維坐標差之差的相對精度最大值為1/100 332<1/80 000。

認為原測成果可靠，點位穩定。

8 水準測量數據處理及精度分析

跨海水準測量。本標段進行跨海水準測量的水準點為海壇海峽兩岸的BSⅡ013,BSⅡ011(見表3，表4)。

表3 BSⅡ013～BSⅡ011高差計算表

表4 BSⅡ013～BSⅡ011跨海高程測量精度評定表

跨海水準測量采用測距三角高程法，使用天寶S8全站儀、徠卡3棱鏡組、裝有自動數據采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計、氣壓表。

距離、垂直角觀測使用全站儀的自動照準(ATR)功能。 每站觀測4組，每組觀測12個測回。觀測時間選擇在氣象條件相對穩定的陰天成像清晰時進行，共進行2次觀測。

兩次測量高差互差-4.54 mm，水準點距離2.67 km，按二等水準往返測計算限差為6.54 mm，合格。

復測高差與設計高差的差值為0.44 mm，按二等水準檢測已測測段高差之差計算限差為9.8 mm，合格。

9 結語

通過對原測成果的復測，認為原設計成果可靠，點位穩定，可以用于本工程施工測量控制。大跨度寬闊海域二等水準的復測采用測距三角高程法，更好地驗證了這一方法在寬闊水域應用的合理性，為以后類似工程測量控制積累了經驗，對其他鐵路施工測量控制網施測具有指導意義。

[1] 福建福平鐵路有限責任公司.關于福州至平潭鐵路復測、加密作業指導書(定稿)[Z].2013.

[2] 張坤宜.交通土木工程測量[M].北京：人民交通出版社,1999.

[3] TB 10101—2009,鐵路工程測量規范[S].

[4] TB 10054—2010，鐵路工程衛星定位測量規范[S].

[5] GB 12897—2006，國家一、二等水準測量規范[S].

The retest technology of precision measurement control network in Fuping railway Pingtan section

Huang Wei

(ChinaRailwayWuhanBridgeEngineeringConsultingManagementLimitedCompany,Wuhan430050,China)

According to the construction characteristics of Fuping railway Pingtan section, this paper elaborated the retest method and key points of precision control network of passenger dedicated railway construction, pointed out that using the trigonometric elevation method measurement of large span sea level, obtained good effect, had reference significance for other similar bridges construction.

railway, precision control network, retest technology, precision

2014-11-23

黃 維(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0208-03

TU198

A