高速鐵路軌道控制網精密測量技術要點探討

摘 要：當前我國軌道控制網精密測量是高速鐵路軌道施工測量中較為重要的一個環節。近年來，我國高速鐵路建設里程逐年增加，相關測量工作人員為了滿足高速鐵路建設和運營維護的需求，逐漸引進了國外高速鐵路精密測量技術，后續對其作出了技術分析，在技術分析的過程中又對其進行了創新，從而構建了符合我國高速鐵路發展的精密測量技術體系。基于此，本文重點對高速鐵路軌道控制精密測量技術要點作出分析，主要針對當前我國高速鐵路測量的現狀，提出軌道控制網精密測量技術的方法和措施。

關鍵詞：高速鐵路；軌道；控制網；測量技術；要點文章編號：2095-4085（2024）04-0093-03

0 引言

高速鐵路主要指的是高速化、標準化運營速度可以達到200km/h以上的鐵路系統。當前我國新建客運專線營運速度可以達到250km/h以上，我國高速鐵路營運時速需要達到250～350km/h之間。在高速鐵路建設工程中，精密工程測量是建設工作中較為核心的技術之一，也是確保鐵路自身質量和運行是否可以達到安全性的關鍵工序，因此測量工作尤為重要。在相關從業人員的不懈努力下，現階段高速鐵路建設在精密工程測量工作方面滿足了科學、先進、可靠的需求，同時在技術方面也逐步得到了完善。

1 高鐵精密工程測量技術的特點

1.1 分級布網的精密測量

在當前的精密工程測量工作中，尤其針對控制網需要明確基礎平面控制網、線路平面控制網以及軌道控制網三個內容。每個控制網在運行過程中都會發揮出相應的作用，并在相互配合下可以滿足各個階段的需要。其中基礎平面控制網主要針對高速鐵路設計勘察服務，以此確保是否可以滿足設計的需要。如果是在施工工作中，則需要運用線路控制網對鐵路施工提供基準服務；如果是在鐵路鋪設和后期運營方面則需軌道控制網的支持。在三級控制網約束下，才可保證后期運營的水平和質量，也為鐵路運營維護提供保障。此時相關施工人員在施工過程中只需按照相應標準對三級控制網進行測設，即可為三網運行達成保障，促使正常運行，從而提升鐵路建設的整體質量［1］。如果是普通的鐵路建設，需要保證三個控制網處于獨立的運行狀態；如果是高鐵建設則需保證三級控制網可以達成統一勘測和施工的需求。在運營維護方面也需對精密測量體系作出設置，在實際設置過程中需要盡可能實現三網合一的標準。針對高鐵項目施工，相關從業人員應該保證勘測設計、施工建設、運營維護都在統一的坐標系統中，以此保證三者的一致性。

1.2 測量系統的獨立坐標系

當前我國對高鐵質量的要求越來越高，目前針對勘測中的相關數據在誤差方面也逐漸降低，整體數據比值更加接近數據真實比值。在平面坐標系統中，施工人員需要構建較為獨立的測量體系，但是在實際構建過程中很難不被施工測量的影響因素所干擾，因此在測量精度方面存在一定差異性。除此之外，各個高鐵項目的運營需要保持連續性需求，因此在測量過程中需要對前后期的項目進行有效測量，以確保前后期可以有效銜接。同時，針對獨立的坐標體系需要保證測量項目前后的連續性。此時如果選擇應用較為獨立的坐標系統可以對網形作出有效約束，并可對其進行加以控制，還可保證高鐵工程施工中各個施工項目都可達到順利實施的目標。基于此，在獨立測量坐標體系中，可以為高鐵項目的精度提供相應的保障。獨立的坐標體系現已成為精密工程中測量技術的一個較為顯著的特征之一。

1.3 高精度的各級控制網

在改革開放的前期階段，我國經濟發展處于落后的狀態，測量技術水平較低，并不能滿足實際的工作需求。當時對于鐵路建設的質量要求也達不到相關要求和標準，因此對于軌道的線型和平順度測量方面未達到一定的水平。除此之外，相關從業人員在測量工作中，測量技術和測量方法相對落后，導致多項工作不能達成預期的測量效果。尤其精度問題，相關施工部門缺乏較為完善的測量體系，所以高速鐵路工程建設過程中由于精度所造成的質量影響較為嚴重［2］。隨著當前科技的不斷發展，精密工程測量技術現已被廣泛應用在各類高鐵工程領域之中。在如今的高鐵建設過程中，可以對軌道線型作出設計，在設計過程中也可以為后續維護工作提供支持。因此在現代測量技術支持下，有效保障了各個級別平面控制網的精度需要，讓其可以符合相應的規定和要求。

2 高速鐵路精密工程測量內容和目的

2.1 測量內容

站在當前我國現階段高速鐵路建設的具體需求角度，可以看出精密工程測量能夠為鐵路勘測的施工、設計、維護等多個方面提供技術支持。因此，此類工程測設方法現已成為高速鐵路建設工作中不可或缺的一部分，其更是提高工程整體性質量的關鍵因素。在測量方面主要包括多項內容，比如鐵路運行過程中的維護，軌道施工中的測量工作，或者高速鐵路平面和高程控制工作。為了有效提高高速鐵路總體質量，測量內容需要有參考依據，才可促使相關從業人員重視精密測量技術的開發工作，從而對后續高速鐵路建設提供有效的技術支撐［3］。

2.2 測量目的

高速鐵路建設中任何一個環節都需具備目的性，同時最終的目標需要保持一致，才可從根本上保證高速鐵路自身行駛的安全性和乘坐的舒適性。作為高速鐵路工程中較為關鍵的環節，相關從業人員應針對精密工程測量需要結合具體的問題作出分析，以此合理對三網作出測設，保證精密測量可以達到高鐵建設和后期運營維護的需要。當前我國高速鐵路的建設整體要求較高，因此需要精密測量工作的支持，才可保證軌道在建設時可以達到平順性需求，最終滿足高速鐵路各個階段的技術要求，將誤差問題控制在標準范圍內。

3 高速鐵路軌道控制網精密測量技術要點

為直觀說明高速鐵路軌道控制網精密測量技術要點，本文引入某地高速鐵路項目輔助闡述。案例項目線路長度為1 318km，設計運行速度為350km/h，規劃環節對無砟軌道穩定性、連續性、平順性提出了較高要求。其中10m弦長軌道高低偏差、軌向偏差均不能超過2mm；150弦長軌道高低偏差、軌向偏差均不能超過10mm。下面對其控制網精密測量技術應用情況進行經驗總結。

3.1 提前做好測量準備工作

要提前進行CPⅢ預埋件和高程桿的重復性和互換性檢測。所有標志的加工誤差均要在允許范圍之內；防腐性能、耐磨性能均要符合設計要求；在同條線路之上，使用的CPⅢ標志應當是相同的［4］。標志運送到現場后，使用千分尺進行規格檢驗，確保內徑、外徑、長度等符合設計要求后方可驗收。接著開展預埋件的安裝工作，路基地段需要先安裝CPⅢ標志樁，然后在樁體高于軌面30cm的部分鉆孔，孔洞傾斜度以5°為佳。鉆孔完畢使用壓縮空氣吹掃干凈，然后嵌入CPⅢ預埋件。橋梁地段的預埋件主要安裝于橋梁固定端的防護墻上，每隔大約60m布設一對點，鉛錘鉆入110mm深的孔洞，鉆頭直徑不得小于25mm，完成后按要求清孔、涂刷錨固劑，然后插入預埋件即可。隧道地段，預埋件則要安裝于隧道內側墻之上，且位置最好設定在電纜槽上方。預埋件安裝完畢后依照說明書安裝水準測量桿、棱鏡組件等，由棱鏡安裝引發的高程誤差不能超過0.02mm。在此基礎上進行設備儀器的校準調試，本次配備的全站儀采用自動化測量方式，支持目標搜索、自動記錄、自動判別等功能。對于測得數據超出限差的情況，還可以自動開展重測，儀器配備徠卡TS60和徠卡GP121棱鏡，能夠較好地滿足使用需求。同時配備了高精度電子水準儀、高精度溫度氣壓計。

3.2 科學開展平面測量工作

CPIII平面測量時，推薦使用自由設站邊角交會法施測。在CPIII布設過程中，需要將其架設在CPII線路后面位置，此時為了保證軌道施工控制線路位置和工程施工的線路位置保持一致，需要明確軌道控制網的原則。此時在沿線道路方面，每側布設點間隔需要控制在60m左右。在布設點方面需要使用全站儀對邊角交會的位置進行測量，以此提高控制網測量方面的精度。一般情況下，觀測過程中全程1″儀器需要完成三個測回，0.5″儀器需要觀測兩個測回。注意測量環節需要設置一定長度的測段銜接區域，區域內采用重復觀測CPIII點的方式控制精度，搭接區段測量的重復點位數量不能少于6對。收集到數據后及時進行對比分析，前后測段的獨立平差坐標應當相近，差值不能超過3mm。在滿足該要求的基礎上，計算后一測段的約束平差。內業處理環節，統一使用TSDI_HESADJ軟件，該軟件通過鐵道部評審，可以在自動化設備支持下完成數據測量、數據預處理、平差計算等工作。將測站觀測數據、已知點數據輸入軟件平臺之后，采用導線推算、邊長交會、方向交會算法計算近似坐標，依次推算出經典平差、擬穩平差，切實提高數據質量。

部分情況下受到不良天氣干擾，觀測數據會出現波動過大、質量較差的問題，系統導出數據中可能會存在固定點數據錯誤、數據格式錯誤等情況，此時還需要進行特殊質量把控。要提前做好環境分析，盡可能排除高低溫、粉塵、風力等的影響，并通過適當復測提升數據精度。本次測量工作中，初段平差精度較低，分析后發現是因為測量時現場氣溫過低，夜間甚至下降到了-10℃，因此及時采取了測回數加倍觀測思路，從原先的3測回轉為6測回，結果發現精度有所提升。

3.3 嚴格把控高程測量要點

完成平面測量工作后，還需要嚴格把控高程測量關鍵點。當前常用的CPIII網高程測量方式共有矩形環單程水準網、往返測水準網兩種。前者的觀測精度介于二等、三等水準之間，是較為常用的測量方式；后者多用于CPIII水準網、線路水準基點聯測項目中。考慮到案例工程施工現場存在較為明顯的干擾問題，往返測量可行性較低，因此使用了矩形環單程水準網施測方法。實際測量環節，由2觀測站承擔單個閉合環數據的采集工作，依照“后-前-前-后”的順序進行高差數據測量，也可根據實際需求調整為“前-后-后-前”。整個過程中均要加強質量控制，避免出現測量值偏差過大、測量精度明顯下降的情況。此外，矩形環單程水準網測量技術雖然自動化水平高、可行性好，但對精度的要求非常高。這是因為現場測量的矩形環數量較多，環閉合差會在多次測量中出現累積問題，進而導致結構誤差異常增大。因此實踐過程中要給予嚴格控制，單個矩形環中，環閉合差通常要控制在0.3mm以內，防止測段超限。

3.4 明確控制網復測重要性

CPIII建網完成后，還需要進行科學的復測和維護。這是因為測設好的CPIII網網點會在運行過程中，受到天氣變化、梁體伸縮、二次載荷甚至是人為破壞等的干擾，出現測網失點的狀況。因此需要開展不定期巡查維護，發現破壞網點之后，要及時進行重埋和重測，及時更新坐標成果。測網正式使用時，也要與其他點進行核校，對于間隔時間較長的點位，要科學組織復測。高速鐵路后續建造、鋪板、鋪軌的過程中，還需要加強對特殊結構部位的分析，做好對應點位CPIII網的復測工作，最大限度提升無砟軌道施工精度［5］。復測質量也要有所保障，針對控制網精度，應該先從統一平面和高程控制網技術標準和精度、作業方法方面達到統一。同時在復測過程中還需選擇一致的設備和儀器進行精密的復核工作。針對復測工作每年需要進行一次全面復測。如果此項工作處于較為特殊的地質條件下，各個區域還需針對地理變化作出復測分析。復測時使用的測量方法、精度指標均要與原測方案保持一致，測量成果偏差不可過大。通常與原測成果保持3mm以內的較差，相鄰點位之間，復測、原測坐標增量較差也要控制在2mm以內，若發生超限情況要及時進行專項評估和判斷。

4 結語

綜上所述，高速鐵路軌道控制網精密測量技術具有外業工作量大、點位分布密集等特征，實踐中務必要給予充分重視。要提前做好CPⅢ標志的采購和檢驗工作，按照作業指導書所述內容調試設備儀器，科學開展精密軌道控制網的平面測量和高程測量工作，借助TSDI_HESADJ軟件提高內業處理效率。同時還要認識到CPⅢ控制網點維護更新的重要性，要及時安排復測任務，為高速鐵路無砟軌道的建設和運營提供強有力的保障。

參考文獻：

［1］郭送民，寇朝軍.高速鐵路軌道控制網精密測量技術的研究［J］.建設科技，2016（14）：172-174.

［2］杜兆宇.膠濟客專既有鐵路軌道控制網精密測量方法研究［J］.科技資訊，2023，21（2）：42-45.

［3］蔡子民.關于高速鐵路線上精密控制網測量技術的研究［J］.中國設備工程，2022（22）：207-209.

［4］尚安康，張河焰.有軌電車控制網中CPⅢ精密測量技術的應用［J］.工程技術研究，2020，5（15）：93-94.

［5］傅成棟.鐵路建設不同階段布設精密測量控制網的實施技術研究［J］.建材與裝飾，2020（13）：237-238.