高速铁路精密工程测量(王长进)

304050高速铁路精密工程测量演 绎 诚 信 之 本追 求 卓 越 之 路铁道第三勘察设计院集团公司2010年7月报告人：王长进304050目 录一、精密工程测量的概念及常用的设备 二、高速铁路建精测网的必要性 三、传统的铁路工程测量的方法 四、高速铁路精密工程测量的特点 五、高速铁路精密工程测量的内容和方法 六、一体化测量系统简介304050一、精密工程测量的概念及常用技术设备u什么叫精密工程测量 u精密工程测量的特点 u如何理解测量的精度 u高速铁路工程中哪些测量属于精密工程测量 范畴 uGPSu全站仪 u电子水准仪304050什么叫精密工程测量u工程测量分普通工程测量和精密工程测量 u所谓精密，顾名思义是精确严密 u精密工程测量主要是研究地球空间中具体几 何实体的精密测量描述和抽象几何实体的精 密测设实现的理论、方法和技术。精密工程 测量代表着工程测量学的发展方向304050精密工程测量的特点u精密工程测量的最大特点是要求的测量精度很高。 u精密工程测量的另一个特点是对测量的可靠性要求 很高，包括测量仪器的鉴定检核，测量标志的稳定 、测量方法的严密、测量方案的优选、观测量之间 的相互检查控制，以及严密的数据处理和对测量的 质量检查控制以及监理等等。304050如何理解测量的精度u精度这一概念包含的意义很广，分相对精度和绝对 精度。 u相对精度又有两种 u一种是观测量的精度与观测量的比值，比值越小则 精度越高，如边长的相对精度。但比值与观测量及 其精度这两个量都相关，同样是1/1000000,观测量是 10m和10km，精度分别为0.01mm和10mm，故有可 比性差的缺点；另一种是一点相对于另一点，特别 是临近点的精度，这种相对精度与基准无关，便于 比较，但是各种组合太多，如有100个点，每一个点 就有99个这样的相对精度。304050如何理解测量的精度u绝对精度也有两种 u一是指一个观测量相对于其真值的精度，这一精度 指标应用最多。由于真值难求，通常用其最或是值 代替。但这一绝对精度指标也有弊病，有时，它也 与观测量的大小有关，如长度观测量 u另一种是指一点相对于基准点的精度，该精度与基 准有关，并且只能在相同的基准下比较304050如何理解测量的精度u由于精度的含义较多，而且随着测量技术的 发展又在不断地提高，那么，有什么精度要 求的测量才能称之为精密工程测量很难给出 一个确切的定义。 u这里我们给出以下定义：凡是采用一般的、 通用的测量仪器和方法不能满足工程对测量 或测设精度要求的测量，统称精密工程测量 。304050高速铁路那些测量属于精密工程测量u大型工程、特种工程中并非所有的测量都是 精密工程测量，因此大型工程、特种工程不 能与精密工程并列。 u大型、特种工程中一定包括一些或许多精密 工程测量304050高速铁路那些测量属于精密工程测量u高速铁路工程变形监测和轨道板铺设、轨道 精调属于精密工程测量，就其精度而言，其 相对精度可能要求达到毫米至亚毫米级 u高速铁路工程控制网从分级布设，最弱边长 相对精度从几万分之一到上百万之一，临近 点坐标精度一般10毫米左右 u长大隧道的横向贯通精度虽然在厘米到分米 级，但其对方向测量精度要求很高，也属于 精密工程测量304050GPS304050304050GPS304050GPS304050GPS304050GPS304050GPS RTK304050全站仪304050电子水准仪304050二、高速建精密工程测量体系的必要性u高速铁路行车速度快，列车运行安全和舒适 度对轨道的高平顺性和高稳定性要求高； u高速铁路建设需要大量铺设无砟轨道，轨道 板的铺设和轨道（道岔）精调都需要高精度 、高可靠性的测量技术做保证； u高速铁路勘察设计、施工和运营检测过程中 的测量很多都属于精密工程测量的范畴 u“三网合一”建设的需要； u高速铁路建设工程测量成套技术标准体系的 建设需要。304050三、传统的铁路工程测量的方法u 铁路速度目标值低，对平顺性要求不高，勘测设计、施工和运营养护维修 没有要求建立统一的坐标基准（控制网不唯一，各自一体），没有“三网合 一”的概念 u 各级控制网测量精度指标主要考虑线下工程施工要求制定，没有考虑过轨 道施工和运营对测量控制网的要求 u 作业模式和流程一般是：初测、定测、线下工程施工测量、铺轨测量 u 高斯投影变形和高程投影变形大。北京54和西安80坐标系统一般采用3度带 投影，不利于GPS RTK、全站仪进行勘测和施工放样。高程投影变形在高 原地区和线路高差大的地方投影变形大。 u 测量精度要求低，平面一般五等导线精度，高程测量采用五等水准，多属 于普通工程测量的范畴。经常出现曲线偏角超限问题，施工单位只有已改 变曲线要素的方法进行施工 u 施工交桩一般也是只交中桩，不给施工单位交导线点和GPS控制点，施工 单位也不用坐标法施工304050四、高速铁路精密工程测量的特点u从控制网网形上看属于带状，CPI直接闭合到国家高等 级GPS点（A/B级）困难，所以有时需要做CP0；u高速铁路精密工程测量最大的特点是精度要求高。轨 道基准点和轨道（道岔）精调需要达到亚毫米级测量 精度；轨道板的铺设需达到亚毫米毫米级的测量精 度；轨道控制网CPIII测量要求1毫米测量精度；u高速铁路精密工程测量层次多，领域广，工作量繁重 ，是铁路建设成败的关键技术之一。304050五、高速精密工程测量的内容及方法u主要技术支持性文件或规范 u平面控制测量的内容和作业方法 u高程控制测量的内容和作业方法 u控制网复测及加密作业方法 u线下施工阶段的测量作业方法 u无砟轨道铺设阶段的测量作业方法 u构筑物变形测量作业方法 u线路整理及竣工测量作业方法 u运营及养护维修测量304050主要技术支持性文件或规范1、高速铁路工程测量规范（TB10601-2009） 2、新建铁路工程测量规范 （TB10101-2009） 3、高速铁路无砟轨道工程施工精调作业指南（铁建设函2009674号） 4、高速铁路无砟轨道施工测量暂行标准（报批稿） 5、客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2006 158号 ） 6、客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南（TZ216-2007） 7、客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准（铁建设200785 号） 8、时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CP）测量管理办法（铁 建设200880号）9、关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知（铁建设200920号） 304050平面控制测量的内容和作业方法平面控制按分级布网的原则布设uGPS框架网CPO D×10-6 u基础平面控制网（CP） 10 u线路平面控制网（CP） 8 u线下施工控制网加密 8 u轨道控制网(CP) 1 u加密基标 0.2304050GPS框架网CP0按每50100km左右设置一座，按国家A/B级GPS标准 施测。若国家A/B级GPS点密度和兼容性好可以代替 CP0。测量方法：使用双频GPS接收机，按静态测量方式观 测两个时段，每个时段24小时（A级）或4小时（ B级 ），使用精密星历解算基线。精度指标要求：最弱边相对中误差：1/1000000304050基础平面控制网（CP）按二等GPS施测，小于4km布设一个点或一个 点对，点对间距大于等于800m。测量方法：使用双频GPS接收机，按静态测量 方式观测两个时段，每个时段90分钟，使用广 播星历解算基线。基线边方向中误差:1.3秒最弱边相对中误差：1/180000相对点位精度：10 mm304050线路控制网（CP）采用GPS法测量，按三等GPS测量施测，点间 距在600800m。测量方法：使用双频GPS接收机，按静态测 量方式观测两个时段，每个时段60分钟，使用 广播星历解算基线。基线边方向中误差:1.7秒最弱边相对中误差：1/100000相对点位精度：8mm304050暂规规定无砟轨道客运专线水准基点高程 控制测量采用二等水准施测，点间距小于等于 2km，CPIII高程测量采用精密水准测量。 沿线布设基岩点、深埋水准点和一般水准点（ 线路水准基点）三种类型，组成统一的高程控 制网，水准点位设在线路施工的影响范围以外 。高程控制测量304050基岩点：按约每100km设置一座。京津城际高 速在北京和天津共设置2座，京沪高速北京至徐 州段采用既有和新布设基岩点共计6座。大西客专大同至运城段利用国家基岩点三个。作业方法：使用电子水准仪和条码尺，按一等 或二等水准测量要求施测。高程控制测量304050深埋水准点：京津城际每4km设置一个深埋水准点，共设 置28个，京沪高速北京至济南段部分路段地处区域性 地面沉降区，按每6-8km设置一个深埋水准点。大西客 专20-25 6-8km设置一个。深度根据地质地层条件及桥 梁墩设计深度单独进行设计，平均深度约50m左右。 作业方法：使用电子水准仪和条码尺，按二等水准测量 要求施测。 高程控制测量304050一般水准点（线路水准基点） ：沿线一般水准点 不大于2km布设一个，在特大桥、隧道附近和车 站范围内增设水准点。为便于施工单位施工放 样对高程点的引用，一般水准点尽量与CPI、 CP点位共用。 作业方法：使用电子水准仪和条码尺，按二等水 准测量要求施测。 高程控制测量3040501、水准加密观测按照国家二等水准施测，采用单 路线往返观测。加密点设置同平面点，测量时附合 在相邻的水准点上。2、仪器使用不低于DS1级的精密电子水准仪用配 套2m或3m铟瓦条码水准尺、尺垫。水准仪与水准尺 在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪 视准轴与水准管轴的夹角均不超过15。外业测量自 动观测记录，一条路线的往返测使用同一类型仪器 和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和 取舍按国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）有关要求执行。二等水准测量具体方法及精度要求3040503、观测时，视线长度50m，前后视距差1.0 m（光学） ，1.5 m（电子）；前后视距累积差3.0m（光学），6.0 m （电子）；视线高度0.3m（光学），0.5m（电子）；测站 限差：两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6 mm，检 测间歇点高差之差1.0 mm；观测读数和记录的数字取位：使 用DS05 或DS1级仪器，读记至0.05mm或0.1mm；使用数字水 准仪读记至0.01mm。4、观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇 偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行。往测：奇数站为后前前后，偶数站为前后后前； 返测：奇数站为前后后前，偶数站为后前前后二等水准测量具体方法及精度要求3040505、每一测段均为偶数测站。一组往返测一般安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，互换前后尺再进行 观测；晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借 助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。6、观测前30分钟，将仪器置于露天阴影处，使仪器与 外界气温趋于一致；对于数字式水准仪，进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接 对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中 截长的20%。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。二等水准测量具体方法及精度要求3040507、自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其中两脚螺旋与水准路线方向平 行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路线 拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一 般为接近一条直线。8、观测过程中为了保证水准尺的稳定性，选用2.5KG以上的