鐵路建設不同階段布設精密測量控制網的實施技術研究

傅成棟

（甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司 甘肅蘭州 730000）

0 前言

鐵路列車的行駛速度較快，對軌道的平順性、精度及幾何線性有較高的要求，需控制在毫米級范圍內。就此，勘測單位需構建符合鐵路勘測設計要求、鐵路工程施工及運營維護的精密測量體系，為鐵路施工和運營維護管理提供精確數據，保障鐵路的正常使用和安全運營，延長鐵路的使用壽命。

1 工程概況

本文以包銀鐵路為例，闡述鐵路精密測量控制網的應用要點。該鐵路包括包頭至銀川段、阿拉善支線兩部分。其中，包銀鐵路全長505.78km，共有17 個車站；橋梁總長245.30km，橋隧比重48.5%；設計速度為250km/h；最大坡度為20‰。阿拉善支線與銀川樞紐的包蘭線黃羊灘站連接，通過包蘭線引入銀川站，線路全長129.95km，新建線路長度為100.8km，橋梁比14.9%；設計速度為160km/h，預留速度為200km/h；限制坡度為13‰。

在工程施工前，勘測單位（甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司）根據和《鐵路工程測量規范》，遵循分級布網、逐級控制的原則，構建精密控制網，建立任務范圍內的精密測量控制網，包括以下四部分：①框架控制網（CP0）布設及測量；②基礎平面控制網（CPⅠ）布設及測量；③線路控制網（CPⅡ）布設及測量；④高程控制網布設及測量[1]。在鐵路不同建設階段，勘測單位開展的測量工作不同。在定測環節，進行基礎平面控制網的布設；在施工圖設計環節，進行補充精測，與原本GPS 點進行連測；在施工環節，進行每條切線的連測；在深度開工環節，進行CPⅠ、CPⅡ及精密水準的補測。本文主要以平面控制網為例，分析精密測量控制網的布設要點，為其他單位提供經驗參考。

2 精密測量控制網在包銀鐵路的實施技術

2.1 平面測量控制網實施技術

2.1.1 布設前的準備

在布設前，勘測單位需收集相關資料，如沿線國家的GPSA、B 級點、包銀鐵路所在區域的鐵路控制網CP0 點等。在上述資料中，對于通過初測控制階段檢驗，和線路距離低于10km，且點位穩定、精度符合控制網布設要求的點位，可直接用于平面測量控制網的布設，將其作為起算數據，不需布設CP0 點。在包銀鐵路工程中，先期開工段（銀川樞紐起向北延伸3km）與銀西高鐵并行，銀西線中存在的CPⅠ、CPⅡ點符合上述要求，將其用于包銀鐵路的相應點位。

2.1.2 選點

在進行平面控制網的選點時，勘測單位需注意以下幾點：①選擇土質堅實、便于觀測、不易受影響的區域；②選擇的點位應符合GPS 接收機安裝要求，可有效接收GPS 衛星信號；③點位應遠離大功率無線電發射源超過200m，如電視臺、微波站等，遠離高壓輸電線50m 以上；④點位應遠離大面積水域；⑤在明確CPⅠ、CPⅡ控制點后，應在點位現場標注說明，并做好點之記，用AutoCAD 繪制。

2.1.3 埋石

在包銀鐵路中，勘測單位分別設置控制點標志、基巖埋標及一般情況下埋樁。

控制點標志選擇直徑為20mm、長30mm 的不銹鋼材料，通過普通倒T 字型鋼筋將材料下部焊接，如圖1 所示。在材料頂部刻0.5mm 深的十字分劃絲，并安裝標牌，表示點位信息，如包銀線CPⅠXXX、包銀線CPⅡXXX 等。

圖1 控制點標志

基巖埋標是在基巖裸露的區域埋設基巖樁，巖樁選擇穩定性強、未風化的巖石埋樁，通過鉆孔方式埋樁，放置標芯，再通過強力膠填充空隙，使用水泥材料抹平。

一般情況下埋樁選擇混凝土預制樁，其內部設置鋼筋籠，提高預制樁強度，按照標準規范埋設。如果水準基點和CPⅡ在平面點出現共樁現象，則需將CPⅡ點與CPⅠ點采用相同的規格埋設。

2.1.4 施測

在包銀鐵路中，勘測單位通過邊聯結方式整合CPⅠ、CPⅡ網，獲得帶狀網。其中，CPⅠ控制網和國家GPSA、B 級點、銜接區域其他線路的CP0 點實現直接基線聯測，共同形成附合網；CPⅡ則與CPⅠ聯測形成附合網。在施測過程中，選擇Leica 雙頻GPS 接收機進行觀測，觀測精度要求如表1 所示。在觀測前，勘測單位統一設置測量儀器的參數，將數據采樣間隔設置為15s，將高度角設計為15°；在觀測過程中，需做好天線整平工作，要求其對中誤差低于1mm。在每個觀測時段，前后分別兩區天線高，要求兩者差值低于3mm，平均數為最終觀測值。

表1 GPS 精度檢測精度指標

2.1.5 基線解算

在基線解算中，勘測單位選擇徠卡LGO8.4 基線解算軟件，通過廣播星歷進行計算，選擇國家GPSB 級點等三維坐標為起算點?；€解算的各項參數需遵循如下要求：

①對于同一時段的觀測值，需將其資料剔除率控制在10%以內；②對于同一條邊任意兩個時段的解算值，其差值控制在（mm）；③對于采用獨立觀測方式的邊閉合環，其各坐標分量間的閉合差需遵循如下要求：Wx≤3·σ；Wy≤3·σ；Wz≤3·σ；W≤3·σ。如果觀測中發現上述指標不符合要求，需重新測量。

2.1.6 坐標轉換

在基線解算完成后，需進行網平差與坐標轉換工作。首先，將聯測GPSA、B 級點、銜接區域其他線路的CP0 點作為CPⅠ的起算數據，開展兼容性檢驗工作；其次，通過Cosa GPS 數據處理系統進行網平差處理，選擇2000 國家大地坐標系，網平差選擇三維無約束平差，將起算點的三維成果為CPⅠ的計算基礎，將CPⅠ的二維成果為CPⅡ的計算基礎。

在無約束平差處理中，對基線分量有明確要求，V△x、V△y、V△z等改正數絕對值需符合如下要求：V△x≤3σ；V△y≤3σ；V△z≤3σ。

在網平差處理完成后，可獲得CPⅠ、CPⅡ的坐標、基線向量、改正數及精度信息等參數；再按照獨立坐標系投影帶，進行CPⅠ、CPⅡ分帶坐標系的計算，要求不同帶間具備兩個以上的公共點。

2.1.7 CPⅡ測量

在隧道貫通施工完成后，勘測單位進行CPⅡ測量，其流程如下：

（1）在測量前，進行測量點的布設，勘測單位將CPⅡ控制點布設于隧道洞內的電纜槽位置，該點位可用作隧道洞內的二等水準基點，要求點間視線和洞內設置間的距離大于0.2m，勘測人員將點位編號為XXXCPⅡ01。其中，XXX 是指隧道的名稱。

（2）在測量過程中，勘測人員開啟測量儀器，放置20min，使其適應外界環境，再按照規范要求，讀取氣象參數與溫度參數。測量結果顯示，溫度為0.2℃，氣壓為50Pa。在開展導線觀測前，需按照檢校、照準、參數設置的流程合理配置全站儀，并遵循規范流程，觀測限差；再通過目標點尋標，一一輸入準確的導線點號，并將測站儀器的實際高度和目標高共同輸入采集軟件中，進行學習，即可開展自動化數據采集工作。需要注意的是，在測量過程中，需實時監測儀器運行狀況，避免儀器故障引發系統誤差。

（3）數據處理。在測量完成后，勘測人員進行數據處理，結合外業電子記錄數據，進行測站方向、邊長觀測值的限差、中誤差及對向觀測邊較差等數據的計算；再將隧道洞口或斜井端的CPⅠ為起算數據，進行導線閉合差的計算，如全長相對閉合差、坐標閉合差等。在上述參數指標計算完成后，與標準數值對比。包銀鐵路隧道與導線的參數均符合規定，勘測人員通過嚴密平差方法進行深入分析，選擇地面網數據處理軟件FSDIGDPAS 計算，該軟件可提供點位坐標、中誤差及點位橢圓誤差等精度評定數據的計算，確保各項精度評定數據符合標準要求，保障精密測量控制網的布設質量[2]。

2.2 精密測量控制網運維復測

對于鐵路工程而言，精密測量控制網的布設具有系統性、持續性特征，需勘測單位在布設期間做好維護與復測工作，方可保障控制網的精度，使其滿足鐵路建設需求。其中，復測是勘測單位選擇的復測方法、復測儀器及精度，均需遵循建網時相應等級的規定。在包銀鐵路中，勘測單位開展的運維復測工作要點如下：

（1）維護周期。在包銀鐵路的建設期間，CPⅠ、CPⅡ平面控制網、線路水準基點控制網進行持續復測。在各個控制網交樁后，施工單位需進行復測。

（2）復測工作?？睖y單位開展不定期復測工作，復測地點為鐵路建設沿線的特殊區域、出現地面沉降的區域或施工中出現異常的區域，這類區域需增加復測次數。同時，考慮到控制網的點位處于鐵路工程的施工沿線，易受鐵路施工影響，出現丟樁或樁位移動等現象，勘測人員在發現這類現象后，需進行復測[3]。

3 結論

綜上所述，鐵路精密測量控制網的布設流程較為復雜，勘測單位需結合工程參數及標準規范，開展布設工作。借鑒包銀鐵路的成功經驗，勘測單位在布設平面測量控制網時，可按照資料收集、選點、埋石、施測、基線解算、坐標轉換、CPⅡ測量的流程開展工作，并做好測量控制網的運維復測工作，保障控制網的精度。