黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

·測量·

福平鐵路平潭段精密測量控制網(wǎng)復(fù)測技術(shù)

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

針對福平鐵路平潭段的工況特點，闡述了客運專線鐵路施工精密控制網(wǎng)復(fù)測方法及要點，指出采用測距三角高程法測量大跨度海域水準(zhǔn)，取得了良好的效果，對其他類似橋梁建設(shè)具有借鑒意義。

鐵路，精密控制網(wǎng)，復(fù)測技術(shù)，精度

1 概述

新建福州至平潭鐵路平潭段起訖里程為DK70+564～DK88+099，線路途經(jīng)平潭縣大練鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)，正線全長17.535 km，其中公鐵合建長度5.287 km。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ級雙線鐵路，設(shè)計時速200 km；雙向六車道高速公路，設(shè)計時速100 km。本標(biāo)段測區(qū)內(nèi)線路所處區(qū)域場地狹小，交通運輸以水運為主；北東口水道特大橋跨越海壇海峽，橋位處水深、浪高、潮差大，臺風(fēng)多。

2 復(fù)測內(nèi)容

本次內(nèi)容包括CPⅠ，CPⅡ，高程控制點的精密控制網(wǎng)復(fù)測。根據(jù)2013年11月中鐵第四勘察設(shè)計院《福平鐵路精密控制測量建網(wǎng)成果》《精密測量控制網(wǎng)交樁后更新成果表》(2014年5月)，參考2013年11月復(fù)測成果報告，補(bǔ)充觀測CPⅠ042點，使全標(biāo)段CPⅡ點均被CPⅠ包?。辉诖缶殟u碼頭增設(shè)CPⅡ076A點，并增加起算點的穩(wěn)定性檢驗。復(fù)測的點位如下：1)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)復(fù)測：11個CPⅠ點(點號DQ17，DQ18，CPⅠ034，CPⅠ035，CPⅠ036，CPⅠ037，CPⅠ038，CPⅠ039，CPⅠ040，CPⅠ041，CPⅠ042)。2)線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)復(fù)測：包括復(fù)測合格的11個CPⅠ點和12個CPⅡ點(點號CPⅡ76，CPⅡ77，GCPⅡ78，CPⅡ79，CPⅡ080，CPⅡ081，CPⅡ082(已破壞，補(bǔ)點編號為CPⅡ082A)，CPⅡ083，GCPⅡ084，CPⅡ085，CPⅡ086，CPⅡ087)同時增設(shè)CPⅡ076A點。3)二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測：深埋水準(zhǔn)點2個(點號SMBSⅡ010,SMBSⅡ011)；二等水準(zhǔn)點24個(點號BSⅡ011～BSⅡ014，CPⅠ035，CPⅠ037～CPⅠ041，CPⅡ076，CPⅡ077，GCPⅡ078，CPⅡ079～CPⅡ087，DQ17，DQ18)。

3 測量人員及儀器情況

本次復(fù)測人員分1個GPS平面測量組、1個水準(zhǔn)測量組。主要人員具有工程測量專業(yè)資格，其中高級工程師1人，工程師1人，助理工程師1人，技術(shù)員5人。復(fù)測使用的儀器設(shè)備均經(jīng)測繪儀器計量檢定單位檢定合格，并在有效期內(nèi)，可用于相應(yīng)等級精度要求的測量工作。儀器設(shè)備清單見表1。

4 與相鄰標(biāo)段共用點情況

小里程端與FPZQ-3相鄰，平面共用點DQ17,DQ18，高程共用點DQ17,DQ18。

5 平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)

本標(biāo)段平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用獨立工程坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系橢球參數(shù)，長半軸a=6 378 137.0，扁率1/f=298.257 223 563，測區(qū)平均高程異常值15 m(見表2)。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。平差計算時，坐標(biāo)及高程起算點選取位于標(biāo)段兩端、經(jīng)起算點穩(wěn)定性檢驗、確認(rèn)滿足相鄰點間坐標(biāo)差之差的相對精度小于1/25 000的點。

表1 測量儀器表

表2 坐標(biāo)系統(tǒng)

6 測量精度等級及施測方法

6.1 控制網(wǎng)等級

平面控制網(wǎng)分兩個等級：CPⅠ網(wǎng)按二等GPS網(wǎng)精度施測；CPⅡ網(wǎng)按三等GPS網(wǎng)精度施測。復(fù)測前在點位勘驗時，用手持GPS將需要復(fù)測的各個點進(jìn)行現(xiàn)場采集其大地坐標(biāo)，將大地坐標(biāo)通過同濟(jì)大學(xué)的GeoTrans軟件將采集的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的平面坐標(biāo)，再將平面坐標(biāo)利用快速展點小程序展點進(jìn)AutoCAD當(dāng)中，依據(jù)展點圖、測區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)物位置等因素進(jìn)行GPS外業(yè)的觀測計劃排點。這樣排出的外業(yè)數(shù)據(jù)采集計劃，觀測后的圖形同步環(huán)、異步環(huán)圖形強(qiáng)度剛強(qiáng)、穩(wěn)定、科學(xué)合理。水準(zhǔn)測量按二等水準(zhǔn)網(wǎng)精度施測。

6.2 控制網(wǎng)施測方法

1)GPS網(wǎng)施測。a.復(fù)測構(gòu)網(wǎng)要求。本次平面控制網(wǎng)復(fù)測采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)施測，按GPS測量精度要求，構(gòu)網(wǎng)形式與原測相同，同步作業(yè)圖形之間采用邊連接形式，由大地四邊形構(gòu)成。b.GPS測量前的準(zhǔn)備工作。測量前首先進(jìn)行現(xiàn)場勘查，檢查標(biāo)石的完好性。對儀器進(jìn)行檢定，檢查技術(shù)參數(shù)設(shè)置，檢查腳架是否松動、基座水準(zhǔn)器、光學(xué)對點器狀態(tài)是否正常。準(zhǔn)備交樁資料、點之記、測量記錄等。

2)水準(zhǔn)網(wǎng)施測。a.觀測方式。本標(biāo)段共有深埋水準(zhǔn)點兩個(SMBⅡ011，SMBⅡ010)，與相鄰標(biāo)段搭接水準(zhǔn)點兩個(DQ18，DQ17)，本次采用附合水準(zhǔn)線路測量。水準(zhǔn)復(fù)核測量按原測二等精度進(jìn)行，采用單線路往返觀測。同一區(qū)段的往返測量使用固定的儀器和轉(zhuǎn)點尺測，沿同一道路進(jìn)行。水準(zhǔn)線路圖如圖1所示。同一區(qū)段的往測(或返測)與返測(或往測)應(yīng)盡量分別在上午與下午進(jìn)行。b.觀測順序和方法。二等水準(zhǔn)測量應(yīng)形成附合水準(zhǔn)路線，每一測段都以偶數(shù)站結(jié)束。電子水準(zhǔn)儀的觀測順序是：往、返測奇數(shù)測站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序為：后—前—前—后；往、返測偶數(shù)測站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序為：前—后—后—前。

3)跨海水準(zhǔn)測量。本標(biāo)段進(jìn)行跨海水準(zhǔn)測量的水準(zhǔn)點為海壇海峽兩岸的BSⅡ013，BSⅡ011?？绾Ｋ疁?zhǔn)測量采用測距三角高程法，使用徠卡天寶S8全站儀、徠卡單棱鏡組、裝有自動數(shù)據(jù)采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計、氣壓表。距離、垂直角觀測使用全站儀的自動照準(zhǔn)(ATR)功能，多測回測角功能。 每站觀測4組，每組觀測12個測回。觀測時間選擇在氣象條件相對穩(wěn)定的陰天進(jìn)行，共進(jìn)行2次觀測。

7 CPⅠ，CPⅡ網(wǎng)數(shù)據(jù)處理及精度分析

當(dāng)天外業(yè)采集的數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)上之后，通過Convert To RINEX3.02軟件，將所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RINEXT格式。

7.1 CPⅠ基線向量解算及精度分析

基線解算使用商用軟件Trimble Business Center按靜態(tài)相對定位模式進(jìn)行，采用廣播星歷，多基線向量的雙差固定解求解模式。利用觀測值殘差的均方差(RMS)統(tǒng)計結(jié)果，對所有觀測值殘差絕對值大于3倍的RMS的觀測值進(jìn)行數(shù)據(jù)屏蔽，不讓其參與平差。同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率小于10%。

1)基線向量異步環(huán)閉合差。在解算出每一時段的CPⅠ基線向量后，以三角形作為構(gòu)環(huán)圖形，并計算閉合環(huán)坐標(biāo)分量閉合差，各坐標(biāo)分量及全長閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定：

CPⅠ觀測11個點，全網(wǎng)共有閉合環(huán)25個，異步閉合環(huán)閉合差最大值為CPⅠ040～CPⅠ038～CPⅠ039，閉合差為32.99 mm，環(huán)長10 263.102 7 m，限差為54.53 mm，滿足要求。CPⅠ控制網(wǎng)復(fù)測基線向量所有異步環(huán)閉合差均滿足限差要求，所有基線質(zhì)量合格。

CPⅠ全網(wǎng)控制網(wǎng)共取重復(fù)基線37條，重復(fù)觀測基線不同時段較差最大值在CPⅠ042～CPⅠ039，Ws=9.669 3 mm，邊長為11 238.06 m，其重復(fù)觀測基線較差限差為34.784 8 mm，滿足要求。由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，CPⅠ控制網(wǎng)復(fù)測所有重復(fù)觀測基線較差均滿足規(guī)范限差要求，基線解算成果可靠。

2)復(fù)測坐標(biāo)較差。通過CPⅠ復(fù)測坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)比較，各點ΔX差值最大值為4.2 mm，ΔY值最大值為8.6 mm，平面點位精度滿足不大于20 mm的規(guī)定。

7.2 CPⅡ網(wǎng)平差及精度分析

控制網(wǎng)平差采用武漢大學(xué)的COSA GPS(5.20版本)后處理軟件進(jìn)行平差處理。

1)三維無約束平差。獨立環(huán)和重復(fù)基線滿足要求后，進(jìn)行控制網(wǎng)無約束平差，無約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足下式要求：

VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。

三維無約束平差時固定CPⅠ042點，全網(wǎng)最弱點DQ17MX=0.63 cm,MY=1.06 cm,MP=1.39 cm。最弱邊CPⅡ084～CPⅠ085邊長相對中誤差為1/243 000，小于1/13 000，滿足規(guī)范要求。

由三維無約束平差精度統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，控制網(wǎng)的基線向量自身的內(nèi)符合精度好，基線向量網(wǎng)的質(zhì)量可靠，在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行二維約束平差。

2)CPⅡ網(wǎng)復(fù)測結(jié)論。CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測過程及精度滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，基線邊方向中誤差最大值為1.11″<1.7″，最弱邊相對中誤差1/191 000<1/100 000。

CPⅡ復(fù)測坐標(biāo)和設(shè)計坐標(biāo)比較，ΔX差值最大值為9.2 mm，ΔY值最大值為13.7 mm，滿足不大于15 mm的規(guī)定。相鄰點間約束平差后二維坐標(biāo)差之差的相對精度最大值為1/100 332<1/80 000。

認(rèn)為原測成果可靠，點位穩(wěn)定。

8 水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理及精度分析

跨海水準(zhǔn)測量。本標(biāo)段進(jìn)行跨海水準(zhǔn)測量的水準(zhǔn)點為海壇海峽兩岸的BSⅡ013,BSⅡ011(見表3，表4)。

表3 BSⅡ013～BSⅡ011高差計算表

表4 BSⅡ013～BSⅡ011跨海高程測量精度評定表

跨海水準(zhǔn)測量采用測距三角高程法，使用天寶S8全站儀、徠卡3棱鏡組、裝有自動數(shù)據(jù)采集軟件的天寶TSCⅡ手簿、溫度計、氣壓表。

距離、垂直角觀測使用全站儀的自動照準(zhǔn)(ATR)功能。 每站觀測4組，每組觀測12個測回。觀測時間選擇在氣象條件相對穩(wěn)定的陰天成像清晰時進(jìn)行，共進(jìn)行2次觀測。

兩次測量高差互差-4.54 mm，水準(zhǔn)點距離2.67 km，按二等水準(zhǔn)往返測計算限差為6.54 mm，合格。

復(fù)測高差與設(shè)計高差的差值為0.44 mm，按二等水準(zhǔn)檢測已測測段高差之差計算限差為9.8 mm，合格。

9 結(jié)語

通過對原測成果的復(fù)測，認(rèn)為原設(shè)計成果可靠，點位穩(wěn)定，可以用于本工程施工測量控制。大跨度寬闊海域二等水準(zhǔn)的復(fù)測采用測距三角高程法，更好地驗證了這一方法在寬闊水域應(yīng)用的合理性，為以后類似工程測量控制積累了經(jīng)驗，對其他鐵路施工測量控制網(wǎng)施測具有指導(dǎo)意義。

[1] 福建福平鐵路有限責(zé)任公司.關(guān)于福州至平潭鐵路復(fù)測、加密作業(yè)指導(dǎo)書(定稿)[Z].2013.

[2] 張坤宜.交通土木工程測量[M].北京：人民交通出版社,1999.

[3] TB 10101—2009,鐵路工程測量規(guī)范[S].

[4] TB 10054—2010，鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范[S].

[5] GB 12897—2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].

The retest technology of precision measurement control network in Fuping railway Pingtan section

Huang Wei

(ChinaRailwayWuhanBridgeEngineeringConsultingManagementLimitedCompany,Wuhan430050,China)

According to the construction characteristics of Fuping railway Pingtan section, this paper elaborated the retest method and key points of precision control network of passenger dedicated railway construction, pointed out that using the trigonometric elevation method measurement of large span sea level, obtained good effect, had reference significance for other similar bridges construction.

railway, precision control network, retest technology, precision

2014-11-23

黃 維(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0208-03

TU198

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