蘇 濤 牛洪柳

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，中國(guó) 天津 300251)

綏芬河口岸是我國(guó)對(duì)俄羅斯貿(mào)易的重要陸路口岸，連接口岸的濱綏鐵路則承擔(dān)著中俄國(guó)際聯(lián)運(yùn)和中外旅客運(yùn)輸任務(wù)。隨著兩國(guó)貿(mào)易推進(jìn)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，貨運(yùn)壓力隨之加大，既有濱綏鐵路運(yùn)力不足制約了口岸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。因此，對(duì)濱綏鐵路牡丹江至綏芬河段的擴(kuò)能改造，以增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸力來(lái)滿足口岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)囊?，是鐵路“十一五”規(guī)劃中加大鐵路口岸建設(shè)的重要工程。

1 擴(kuò)能改造工程概況

線路自牡丹江站向東到達(dá)綏芬河車(chē)站，全長(zhǎng)138.823km。通過(guò)地區(qū)主要為低山丘陵及中低山區(qū)兩種地貌。全線共設(shè)計(jì)隧道17座，根據(jù)全線長(zhǎng)大隧道分布情況，結(jié)合沿線工程地質(zhì)條件，無(wú)砟軌道鋪設(shè)區(qū)段總長(zhǎng)度為26.520km(雙線)，約占線路長(zhǎng)度的19.1%，其余地段均采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。

1.1 既有資料的利用

線路范圍內(nèi)主要的既有資料包括：（1）1:50000和1:2000線路平面圖；（2）定測(cè)階段GPS點(diǎn)及四等水準(zhǔn)點(diǎn)成果；（3）國(guó)家A/B級(jí)GPS點(diǎn)2個(gè)；（4）國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)6個(gè)。

1.2 坐標(biāo)系統(tǒng)選擇

全線航測(cè)、初測(cè)階段采用1954年北京坐標(biāo)系平面坐標(biāo)，后期階段為了滿足鐵路定測(cè)和施工需要，保證控制網(wǎng)及后續(xù)放設(shè)線路控制樁、施工測(cè)量的精度，控制網(wǎng)采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系。工程獨(dú)立坐標(biāo)系采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)，任意帶高斯投影，依據(jù)線路設(shè)計(jì)方案位置東西方向坐標(biāo)差值及路肩設(shè)計(jì)高程計(jì)算中央子午線值及投影面高程，滿足測(cè)區(qū)投影長(zhǎng)度變形值不大于1/40000(25mm/km)的要求。根據(jù)計(jì)算將整個(gè)測(cè)區(qū)建立3個(gè)工程獨(dú)立坐標(biāo)系，工程獨(dú)立坐標(biāo)系形式為任意帶高斯正形投影抵償坐標(biāo)系[2]。高程坐標(biāo)系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2 控制測(cè)量方案

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1.1 平面控制網(wǎng)的布設(shè)

平面控制網(wǎng)按分級(jí)布網(wǎng)的原則，分三級(jí)布設(shè)[3,4]。第一級(jí)為框架控制網(wǎng)(CP0)，直接利用既有資料中的2個(gè)國(guó)家A/B級(jí)GPS控制點(diǎn)作為全線CPI控制網(wǎng)的坐標(biāo)起算基準(zhǔn)；第二級(jí)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPI)，按二等和三等GPS網(wǎng)要求進(jìn)行施測(cè)，采用邊聯(lián)接方式構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)；第三級(jí)為線路控制網(wǎng)(CPII)，按四等網(wǎng)要求進(jìn)行施測(cè)，并與CPI聯(lián)測(cè)構(gòu)成附合網(wǎng)。

控制點(diǎn)布設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮即將施工的影響，布設(shè)在不易被破壞的范圍內(nèi)，對(duì)高路基、橋梁等段落，盡量考慮將CPI、CPII布設(shè)于線路一側(cè)，避免因施工后高路基、橋墩等造成點(diǎn)間不通視的現(xiàn)象，以方便施工使用。

2.1.2 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

為滿足無(wú)砟軌道隧道段落施工需要，高程控制網(wǎng)無(wú)砟軌道隧道段按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)，起閉于國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)；有砟軌道段落按國(guó)家三等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)，起閉于滿足規(guī)范要求的二等水準(zhǔn)點(diǎn)。

水準(zhǔn)路線沿線布設(shè)，每10～20km布設(shè)1個(gè)水準(zhǔn)墻標(biāo)，每2km左右布設(shè)1個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，在2km以上的隧道進(jìn)口和出口布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、安全僻靜、觀測(cè)方便和利于長(zhǎng)期保存的地方。水準(zhǔn)路線盡可能聯(lián)測(cè)地面埋石的CPI和CPII點(diǎn)，以方便施工和監(jiān)測(cè)。

2.2 數(shù)據(jù)測(cè)量

2.2.1 GPS 數(shù)據(jù)觀測(cè)

GPS觀測(cè)前，按規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)儀器檢校，保持接收機(jī)設(shè)備工作狀態(tài)正常，并根據(jù)測(cè)前狀況按衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)表、GPS接收機(jī)數(shù)量、交通情況編制觀測(cè)計(jì)劃，避開(kāi)衛(wèi)星分布狀態(tài)不好的情況。按設(shè)計(jì)控制網(wǎng)網(wǎng)形進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)GPS天線進(jìn)行統(tǒng)一指北定向。作業(yè)中，儀器對(duì)中誤差應(yīng)小于1mm，每個(gè)時(shí)段觀測(cè)前、后各量天線高一次，兩次較差值小于2mm，取均值作為最后成果；觀測(cè)時(shí)自動(dòng)記錄點(diǎn)號(hào)、天線高，并觀測(cè)記錄氣象元素、填寫(xiě)GPS靜態(tài)觀測(cè)手簿。

2.2.2 水準(zhǔn)數(shù)據(jù)測(cè)量

作業(yè)前對(duì)所使用的水準(zhǔn)儀進(jìn)行常規(guī)檢校，保證所使用的水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺各項(xiàng)性能指標(biāo)良好。觀測(cè)時(shí)，奇數(shù)站按后－前－前－后的順序進(jìn)行，偶數(shù)站時(shí)按前－后－后－前的順序進(jìn)行。每一測(cè)段應(yīng)為偶數(shù)測(cè)站。一組往返測(cè)量安排在不同的時(shí)間段進(jìn)行；由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，互換前后尺再進(jìn)行觀測(cè)；晴天觀測(cè)時(shí)給儀器打傘，避免陽(yáng)光直射；扶尺時(shí)借助尺撐，使標(biāo)尺上的氣泡居中，標(biāo)尺垂直。

3 數(shù)據(jù)處理與精度分析

3.1 平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與精度分析

3.1.1 控制網(wǎng)基線解算

GPS數(shù)據(jù)采集完成后,經(jīng)預(yù)處理沒(méi)有任何問(wèn)題后,將原始觀測(cè)文件均轉(zhuǎn)換為RINEX文件，并對(duì)點(diǎn)號(hào)、天線量高方式、天線高復(fù)核后進(jìn)行基線解算。基線解算采用廣播星歷和商用軟件LGO進(jìn)行基線解算。GPS觀測(cè)值加入Hopfild模型的對(duì)流層改正、雙頻改正模型的電離層改正，解算出整周未知數(shù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理后基線質(zhì)量不符合要求或環(huán)閉合差超限的需要進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，直到基線及環(huán)閉合差成果均滿足要求。

獨(dú)立閉合環(huán)檢核時(shí)，X，Y、Z 坐標(biāo)分量閉合差 Wx，Wy，Wz和環(huán)線全長(zhǎng)閉合差W需分別滿足式（1）和式（2）的要求[5]：

基線觀測(cè)值重復(fù)邊長(zhǎng)度的檢核應(yīng)滿足式（3）要求：

分別計(jì)算三級(jí)控制網(wǎng)中獨(dú)立基線形成的獨(dú)立環(huán)閉合差和重復(fù)基線邊的長(zhǎng)度較差是否滿足相應(yīng)的限差要求。

3.1.2 平差計(jì)算

（1）無(wú)約束平差

全部重復(fù)基線及獨(dú)立環(huán)滿足要求后，采用TGPPS軟件進(jìn)行整網(wǎng)平差計(jì)算。首先在WGS84坐標(biāo)系中進(jìn)行無(wú)約束平差，對(duì)單位權(quán)中誤差、觀測(cè)值改正數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查GPS基線向量是否有粗差和明顯的系統(tǒng)誤差，剔除有粗差和明顯的系統(tǒng)誤差后，檢驗(yàn)基線向量改正數(shù)是否滿足（V△X、V△Y、V△Z）≤3σ 的精度要求。 從網(wǎng)平差報(bào)告中分析無(wú)約束平差基線向量改正數(shù)滿足要求才說(shuō)明基線向量網(wǎng)內(nèi)符合精度高，質(zhì)量可靠。

（2）約束平差

提供控制網(wǎng)對(duì)應(yīng)的起算點(diǎn)進(jìn)行三維約束平差計(jì)算。為保證控制網(wǎng)的精度，采用基線對(duì)應(yīng)等級(jí)的GPS點(diǎn)進(jìn)行兼容性分析，推算已知控制點(diǎn)平面坐標(biāo)，并與原始坐標(biāo)進(jìn)行較差分析。

3.1.3 精度分析

CPI（二等）控制網(wǎng)起算點(diǎn)為兩個(gè)國(guó)家GPS點(diǎn)的坐標(biāo)成果，采用任意帶高斯正形投影抵償坐標(biāo)系在軟件上整體平差，重復(fù)基線較差最大值為ds=16mm，獨(dú)立閉合環(huán)閉合差最大值為Wx=13mm，Wy=1mm，Wz=6mm，W=15m，基線向量改正數(shù)最大值 VΔX為 10.2mm，VΔY為-12.9mm，VΔZ為12.8mm，相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差最大值為3.4mm，基線邊方向中誤差最大值為0.5"，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/394985，以上精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

CPI（三等）基線解算、獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)合格后，以二等CPI點(diǎn)作為起算點(diǎn)，分四段進(jìn)行平差計(jì)算。CPII（四等）數(shù)據(jù)以二、三等CPI點(diǎn)作為起算點(diǎn)，分五段進(jìn)行平差計(jì)算，坐標(biāo)成果保留到0.1mm。統(tǒng)計(jì)各段精度指標(biāo)與限差進(jìn)行比較，所有精度均滿足相應(yīng)規(guī)范要求[6]。

表1 水準(zhǔn)測(cè)量閉合精度表

3.2 高程數(shù)據(jù)解算及精度分析

采用NASEW網(wǎng)平差軟件包對(duì)高程測(cè)量數(shù)據(jù)分四段進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，由平差分析報(bào)告獲取水準(zhǔn)測(cè)量的精度如表1所示，水準(zhǔn)網(wǎng)精度滿足相應(yīng)要求。

4 結(jié)論與建議

既有鐵路擴(kuò)能改造是增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸力的重要方法，設(shè)計(jì)的測(cè)量方案必須滿足相應(yīng)的規(guī)范要求才能保證鐵路質(zhì)量。以濱綏鐵路牡綏段的擴(kuò)能工程為例，有以下結(jié)論與建議：

4.1 跨度范圍大、地形復(fù)雜的鐵路，要合理設(shè)計(jì)控制網(wǎng)。

4.2 在施工放樣過(guò)程中，如果控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)的高差較大，需要對(duì)放樣距離進(jìn)行高程投影反改化，以保證測(cè)量精度。

4.3 在成果使用過(guò)程中，應(yīng)注意標(biāo)段接頭處的線路銜接問(wèn)題，保證相鄰?fù)队皫е睾喜糠种芯€放樣位置的一致性與線路順接。

4.4 對(duì)于無(wú)砟軌道隧道以及長(zhǎng)大隧道需要建立隧道工程獨(dú)立坐標(biāo)系，以滿足隧道貫通及后期控制網(wǎng)布設(shè)的精度要求。

［1］夏勇,于春英.濱綏鐵路牡綏段擴(kuò)能改造的思考與分析[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2011,33(10):14-16.

［2］徐萬(wàn)鵬.高速鐵路精密測(cè)量基準(zhǔn)的確定[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2012(9):7-12，38.

［3］王錫和.高速鐵路精密控制測(cè)量技術(shù)[J].地理空間信息,2010,8(1):127-130.

［4］安國(guó)棟.高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用[J].鐵道學(xué)報(bào),2010,32(2):98-104.

［5］付恒友,楊松林.高速鐵路超長(zhǎng)越嶺隧道GPS洞外控制測(cè)量方案研究[J].測(cè)繪科學(xué),2009,34(05):166-167，228.

［6］TB10105-2009改建鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2009.