劉 凱

(中鐵二院測(cè)繪工程設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610031)

0 引 言

新建柳州至南寧客運(yùn)專線(以下簡(jiǎn)稱柳南鐵路)按Ⅰ級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度250 km/h，全線為有砟軌道。線路起自廣西柳州市，經(jīng)來(lái)賓、黎塘，止于南寧市，線路全長(zhǎng)約193.6 km，南寧-黎塘段與南廣客運(yùn)專線并行。2008年5月，柳南鐵路CPⅠ建網(wǎng)時(shí)，按《時(shí)速200～250公里有砟軌道鐵路工程測(cè)量指南(試行)》[1](以下簡(jiǎn)稱《指南》)技術(shù)要求建立。TB10601-2009《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》[2](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)自2009年12月1日起施行，適用于新建250～350 km/h的高速鐵路工程測(cè)量。柳南鐵路既有CPⅠ不能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》的要求，需要進(jìn)行變更測(cè)量。2011年9月，中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司完成了柳南鐵路精測(cè)網(wǎng)變更測(cè)量工作。

1 柳南鐵路既有CPⅠ評(píng)價(jià)

1.1 《指南》與《規(guī)范》CPⅠ主要技術(shù)要求對(duì)比

《指南》與《規(guī)范》中CPⅠ的主要技術(shù)要求對(duì)比情況如表1所示。

相對(duì)于《指南》 ，《規(guī)范》將投影長(zhǎng)度變形值從25 mm/km提高到了10 mm/km；將控制網(wǎng)從C級(jí)GPS測(cè)量要求提高到了二等GPS測(cè)量要求。

表1 《指南》與《規(guī)范》CPⅠ技術(shù)要求對(duì)比表

1.2 柳南鐵路既有CPⅠ介紹

柳南鐵路既有CPⅠ采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系，1954年北京坐標(biāo)系參考橢球，高斯投影，劃分為兩個(gè)投影帶，中央子午線分別為108°30′、109°00′；投影高程面正常高112 m.經(jīng)計(jì)算，邊長(zhǎng)最大投影差為14.6 mm/km.既有CPⅠ按C級(jí)GPS點(diǎn)觀測(cè)要求觀測(cè)，基線邊方向最大中誤差為1.37″，最弱邊相對(duì)中誤差為1/124150，滿足《指南》要求。

1.3 柳南鐵路既有CPⅠ評(píng)價(jià)

柳南鐵路既有CPⅠ無(wú)法滿足《規(guī)范》的精度要求，主要存在以下問(wèn)題[3]：

1) 柳南鐵路既有CPⅠ投影帶中央子午線分別為東經(jīng)108°30′、109°00′，邊長(zhǎng)最大投影差為14.6 mm/km，不能滿足《規(guī)范》投影長(zhǎng)度變形值不宜大于10 mm/km的要求。

2) 柳南鐵路既有CPⅠ按C級(jí)GPS點(diǎn)要求觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)段數(shù)、時(shí)段時(shí)長(zhǎng)達(dá)不到《規(guī)范》中的二等GPS點(diǎn)要求；基線邊方向最大中誤差1.37″、最弱邊相對(duì)中誤差為1/124150，無(wú)法滿足《規(guī)范》中CPⅠ基線邊方向最大中誤差1.3″、最弱邊相對(duì)中誤差為1/180000的要求。

3) 部分隧道出入口、長(zhǎng)大橋梁處未布設(shè)CPⅠ控制點(diǎn)，個(gè)別CPⅠ控制點(diǎn)被破壞，無(wú)法滿足施工及監(jiān)測(cè)要求。

2 柳南鐵路CPⅠ變更測(cè)量

2.1 投影帶劃分

根據(jù)《規(guī)范》投影長(zhǎng)度變形值不宜大于10 mm/km要求，重新劃分投影帶。共劃分三個(gè)投影帶，中央子午線為東經(jīng)108°30′、109°00′、109°30′.

2.2 柳南鐵路變更 CPⅠ測(cè)量

變更CPⅠ應(yīng)全線一次布網(wǎng)，統(tǒng)一測(cè)量，整體平差。測(cè)量前，對(duì)原CPⅠ控制點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，對(duì)于點(diǎn)位穩(wěn)固、位置合理的CPⅠ控制樁直接利用；當(dāng)沿線路每4 km左右及長(zhǎng)大隧道進(jìn)出口、長(zhǎng)大橋梁等重點(diǎn)工點(diǎn)沒(méi)有CPⅠ控制點(diǎn)時(shí)，按《規(guī)范》埋石標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)設(shè)CPⅠ控制點(diǎn)。 與原CPⅠ相同，變更CPⅠ采用邊聯(lián)結(jié)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)。

柳南鐵路變更CPⅠ采用12臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)(標(biāo)稱精度為±5 mm+1 ppm)按靜態(tài)相對(duì)定位模式進(jìn)行測(cè)量，按《規(guī)范》中二等GPS控制網(wǎng)測(cè)量要求，每條邊觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥2，有效時(shí)段長(zhǎng)度≥90 min，衛(wèi)星高度角≥15°，接收機(jī)采樣間隔為15 s，PDOP值均≤6[2].

2.3 數(shù)據(jù)處理及精度評(píng)定

2.3.1 基線向量結(jié)算

柳南鐵路變更CPⅠ基線解算采用TGO軟件，用衛(wèi)星廣播星歷按靜態(tài)相對(duì)定位模式進(jìn)行。解算前對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除觀測(cè)質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)；對(duì)不理想的解算成果采用改變衛(wèi)星高度角、刪除觀測(cè)值殘差比較大的時(shí)段、選取不同的參考衛(wèi)星等方法進(jìn)行干預(yù)，并重新解算[4]。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環(huán)閉合差最大為BCPⅠ～CPⅠ50～CPⅠ48，其閉合差為53.4 mm，環(huán)長(zhǎng)25 905 m，限差為±89.8 mm，其余基線向量閉合環(huán)閉合差同樣滿足限差要求。

表2 變更CPⅠ基線向量網(wǎng)閉合環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)表

柳南鐵路變更CPⅠ重復(fù)觀測(cè)基線長(zhǎng)度較差統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

表3 變更CPⅠ重復(fù)觀測(cè)基線長(zhǎng)度較差統(tǒng)計(jì)表

《規(guī)范》要求同一邊不同觀測(cè)時(shí)段基線較差ds≤±2σmm，變更CPⅠ重復(fù)觀測(cè)基線長(zhǎng)度較差最大為CPⅠ131～CPⅠ136：較差為26.5 mm，邊長(zhǎng)為8 690.2 m，限差為±28.4 mm，其余基線向量同樣滿足限差要求。

2.3.2 三維無(wú)約束平差

柳南鐵路變更CPⅠ測(cè)量平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換均采用中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司與西南交通大學(xué)共同研制的ESGPS software軟件包進(jìn)行。

以CPⅠ128的WGS84坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維無(wú)約束平差。經(jīng)過(guò)三維無(wú)約束平差計(jì)算，基線向量各分量的改正數(shù)絕對(duì)值 (VΔx、VΔy、VΔz)均滿足《規(guī)范》的要求。

2.3.3 二維約束平差

先進(jìn)行點(diǎn)位踏勘，選擇點(diǎn)位穩(wěn)定，可靠性高且均勻分布的CPⅠ01、CPⅠ02、CPⅠ115、CPⅠ134、CPⅠ135、CPⅠ138、CPⅠ59作為已知點(diǎn)。 在二維約束平差前，對(duì)已知點(diǎn)的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。以CPⅠ01為起算點(diǎn)，進(jìn)行三維無(wú)約束平差，得到其它6個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算7點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)、方位角，與原測(cè)邊長(zhǎng)、方位角進(jìn)行比較。經(jīng)計(jì)算，最大邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/590623，最大方位角較差0.2″，均對(duì)應(yīng)CPⅠ135～CPⅠ138.選擇的已知點(diǎn)間邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差滿足≤1/250000的要求，可作為變更CPⅠ二維約束平差的已知點(diǎn)。

柳南鐵路變更CPⅠ測(cè)量二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 變更CPⅠ二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)表

從表4可以看出，柳南鐵路變更CPⅠ最弱邊方位角中誤差、最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差均能滿足《規(guī)范》中CPⅠ基線邊方向中誤差≤1.3″、最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差≤1/180000的精度要求。

2.4 既有CPⅠ與新CPⅠ比較分析

變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進(jìn)行比較，兩者點(diǎn)位較差最大為CPⅠ60(ΔX：41.4 mm，ΔY：50.2 mm)，點(diǎn)位較差最小為CPⅠ139(ΔX：-1.8 mm，ΔY：4.2 mm)，具體統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 變更CPⅠ與既有CPⅠ點(diǎn)位較差統(tǒng)計(jì)表

變更CPⅠ與既有CPⅠ個(gè)別控制點(diǎn)點(diǎn)位較差較大，主要原因是提高了CPⅠ觀測(cè)等級(jí)以及平差所用已知點(diǎn)不相同。變更CPⅠ成果通過(guò)了技術(shù)評(píng)審，后續(xù)施工時(shí)采用本次變更成果。

3 結(jié)束語(yǔ)

在柳南鐵路變更CPⅠ測(cè)量項(xiàng)目中，分析了《指南》與《規(guī)范》中CPⅠ測(cè)量要求的區(qū)別及既有CPⅠ存在的問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題，對(duì)既有CPⅠ進(jìn)行了升級(jí)變更。根據(jù)基線向量精度、三維無(wú)約束平差精度、二維約束平差精度及變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進(jìn)行比較情況，表明變更CPⅠ滿足《規(guī)范》中規(guī)定的二等GPS要求。

同樣，《規(guī)范》中的CPⅡ要求相對(duì)《指南》要求也有了提高?！吨改稀芬驝PⅡ可以采用D級(jí)GPS或四等導(dǎo)線要求觀測(cè)，而《規(guī)范》中規(guī)定CPⅡ須按三等GPS或三等導(dǎo)線要求觀測(cè)。根據(jù)客運(yùn)專線鐵路精密工程測(cè)量“三網(wǎng)合一”及平面控制網(wǎng)“三級(jí)布設(shè)”的原則[5]，應(yīng)根據(jù)變更CPⅠ成果，對(duì)既有CPⅡ成果進(jìn)行變更。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.時(shí)速200～250 km有砟軌道鐵路工程測(cè)量指南(試行)[R]. 鐵道部建設(shè)管理司, 2007.

[2] 中鐵二院工程集團(tuán)有限公司.TB10601-2009.高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)鐵道部，2009.

[3] 賈陳君.膠濟(jì)客運(yùn)專線精控網(wǎng)的分析處理[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2010,23(6):25-29.

[4] 盧 榮,林 鴻.GZCORS在花莞高速公路首級(jí)控制測(cè)量中的應(yīng)用 [J].城市勘測(cè),2012(4):118-120.

[5] 丁建華.高速鐵路工程測(cè)量特點(diǎn)[J].鐵道勘察,2009(5):1-4.