李石貴

摘要： 我國高鐵建設(shè)發(fā)展突飛猛進，已成為對外的一張靚麗名片，高鐵安全問題越來越受到人們密切關(guān)注，精密工程測量技術(shù)是確保高鐵系統(tǒng)安全運行的基本前提。本文對高速鐵路精密工程測量技術(shù)相對傳統(tǒng)鐵路測量技術(shù)的特點進行了充分的分析和論述，以便于高速鐵路管理人員對高速鐵路精密工程測量技術(shù)的掌握和使用。

Abstract： The development of high-speed railway construction in China is rapid very much， and it has become a beautiful foreign name card， at the same time， more attention has been paid to the high-speed rail security. Precision engineering measurement technology is the basic premise of the safe operation of the high-speed rail system. In this paper， the characteristics of the technology of precision engineering measurement of high-speed railway relative to traditional railway measurement technology are analyzed and discussed fully， in order to facilitate the high-speed railway staff to grasp and use this technology.

關(guān)鍵詞： 高鐵；精密；工程；測量

Key words： high-speed railway；precision；engineering；measurement

中圖分類號：U238 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0126-02

0 引言

高速鐵路對軌道的精度、平順性等幾何參數(shù)要求十分嚴格，要求以毫米級的標準來控制各部分的測量精度。從這個角度來講，高速鐵路也屬于精密工程測量范疇。與傳統(tǒng)鐵路工程測量技術(shù)相比，高鐵工程測量技術(shù)對測量儀器、測量方法等要求都更加嚴格，而且測量精度要求精確到毫米級。我們將適用于高速鐵路工程測量的技術(shù)體系叫作高速鐵路精密工程測量。

1 傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法和不足

1.1 傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法

在鐵路工程勘測與線路設(shè)計中，傳統(tǒng)鐵路工程測量技術(shù)是將線路中線控制樁作為坐標基準，從初測開始，到定測，再到線下測量、鋪軌測量，依靠經(jīng)緯儀和鋼尺逐步展開軌道測量工作。

①初測。初測階段主要涉及導(dǎo)線平面控制測量和水準高程控制測量兩項主要任務(wù)。平面控制測量的坐標基準為1954年北京坐標系，測角中誤差12.5"（25"），導(dǎo)線全長相對閉合差：光電測距1/6000，鋼尺丈量1/2000。

高程控制測量的坐標基準為1956年黃海高程/1985年國家高程基準，采用五等水準（30）精度標準。

②定測。根據(jù)初測結(jié)果，以初測導(dǎo)線的精度指標放出交點、直線控制樁、曲線控制樁（五大樁）的實際參數(shù)。

③線下工程施工測量。線下工程施工測量主要以定測階段得到的參數(shù)以及初測水準點作為坐標基準，逐步測放出高程參數(shù)。

④鋪軌測量。通過經(jīng)緯儀穿線法進行直線測量，通過用弦線矢距法/偏角法進行曲線測量，以此得到精確的鋪軌精度數(shù)據(jù)。

1.2 傳統(tǒng)的鐵路工程測量方法的缺陷

上述主要測控工序主要通過鋼尺、經(jīng)緯儀等完成測控，只能用在對軌道線形精度要求較低的普速鐵路工程的測量中。隨著電子水準儀、GPS、全站儀等先進測量儀器的開發(fā)應(yīng)用，以鋼尺、經(jīng)緯儀為主的傳統(tǒng)鐵路軌道測量技術(shù)的劣勢逐漸顯現(xiàn)出來，主要表現(xiàn)在：

①測量精度低：傳統(tǒng)鐵路工程測量技術(shù)對導(dǎo)線方位角測量精度的規(guī)定較低（25″）。實際施工中對導(dǎo)線方位角進行復(fù)測時常常出現(xiàn)曲線偏角超限現(xiàn)象，施工隊不得不調(diào)整曲線要素來保證正常施工秩序。該方法基本能滿足普通速度的列車對行車舒適度和安全性的要求，但如果是高速列車，將無法達到運行要求。

②線路平面測量可重復(fù)性差：以中線控制樁為坐標基準，無法實現(xiàn)對平面高程的分級測控，僅通過定測得到的坐標參數(shù)全面控制線路精度，如果中線控制樁連續(xù)丟失，恢復(fù)時十分困難，客觀上會耽誤工程測量進度。另外，分級平面控制網(wǎng)的缺失使得工程測量始終缺少穩(wěn)固的平面控制基準，施工完畢后會直接將線路中線控制樁毀掉，不可重復(fù)利用，也就不能采用統(tǒng)一的平面控制基準進行軌道測量。

③平面坐標系投影差大：采用1954年北京坐標系30帶投影，投影帶邊緣邊長投影最大變形值為340mm/km，使用全站儀、GPS進行測量放線可能會出現(xiàn)較大的誤差。

2 高速鐵路精密工程測量的內(nèi)容

高速鐵路精密測量主要涉及平面高程控制測量、線下工程施工測量、構(gòu)筑物變形測量、軌道施工測量、竣工測量以及鐵路投入運營后的運營維護測量。

3 高速鐵路精密工程測量技術(shù)的特點

在鐵路工程勘測以及對平面線形的測控工程中，傳統(tǒng)測量方法主要采用定測中線控制樁為坐標基準，施工單位通常在工程全面竣工后直接將中線控制樁損毀，這就使得鐵路平面測控工作失去了可參照的坐標基準，如果鐵路在工后或者投入運營后需要對線路進行復(fù)測，就只能使用相對測量法完成完成測量任務(wù)。嚴格來講，這種測量模式在普通速度鐵路軌道測量任務(wù)中基本不會出現(xiàn)問題，但是距離高鐵線路測控要求尚有一大段差距。高鐵線路精度非常高，線形參數(shù)都以毫米級精度標準進行測控。相對測量所得到的參數(shù)遠遠達不到高鐵毫米級的精度指標，應(yīng)該采用絕對測量技術(shù)構(gòu)建一套十分精確的精密測控體系，才能確保實現(xiàn)毫米級的測控目標。

3.1 “三網(wǎng)合一”的測量體系

高速鐵路工程測量的平面高程控制網(wǎng)，按施工階段、測量目的及功能不同分為：勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)。我們把高速無砟軌道鐵路工程測量的這三個階段的測量控制網(wǎng)，簡稱為“三網(wǎng)”?？睖y控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)均采用CPI為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，以二等水準基點網(wǎng)為基礎(chǔ)高程控制網(wǎng)，簡稱為“三網(wǎng)合一”。

3.2 高速鐵路平面控制網(wǎng)的分級布網(wǎng)

①平面控制網(wǎng)分級布網(wǎng)的原則。 如圖1所示，高速鐵路工程測量平面控制網(wǎng)應(yīng)在框架控制網(wǎng) （CP0）基礎(chǔ)上分三級布設(shè)，第一級為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng) （CPI），第二級為線路平面控制網(wǎng)（CPⅡ），第三級為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）。

②各級平面控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求。高速鐵路工程平面控制測量各級平面控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求見表1。

3.3 高程控制測量的精度標準

高速鐵路工程測量的高程系統(tǒng)應(yīng)采用1985國家高程基準，高程控制網(wǎng)分二級布設(shè)，第一級線路水準基點控制網(wǎng)，為高速鐵路工程勘測設(shè)計、施工提供高程基準，采用二等水準測量等級控制；第二級軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），為高速鐵路軌道施工、維護提供高程基準，采用精密水準測量等級控制。高程控制網(wǎng)的技術(shù)要求見表2。

3.4 CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)測量

作為高鐵軌道敷設(shè)加密基標以及軌道精調(diào)基準的CPⅢ為軌道控制網(wǎng)，在高鐵軌道測控中發(fā)揮了重要作用。按照測控要求，控制網(wǎng)中各點位之間的距離應(yīng)設(shè)為60m，以確保點位坐標基準為工程測控提供精確的測控參數(shù)。在實際測控中，必須按照設(shè)計要求通過自由測站邊角交會網(wǎng)組建測控網(wǎng)，以CPI/CPⅡ作為坐標基準以固定數(shù)據(jù)進行平差約束。圖2為CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)。該控制網(wǎng)將自由測站之間的距離設(shè)為120m，各測控點位包含3個自由測站點的距離、方向交會。

相對于與常規(guī)導(dǎo)線網(wǎng)測量技術(shù)而言，CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯，主要體現(xiàn)在以下幾方面： ①CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)中均勻分布的點位有助于精確控制軌道敷設(shè)加密基標準以及精調(diào)參數(shù)。②CPⅢ自由測站邊角交會網(wǎng)結(jié)構(gòu)對稱，點位均勻，圖形整體強度較高，各個點位有三個方向交匯，觀測余量多，這對實現(xiàn)精確測控大有裨益。③相鄰點位之間的相對精度比較精確，且具有良好的兼容特點，可以保證軌道平順。④控制點采用強制對中標志，自由測站不存在對中誤差，因此測控精度就不會受到點位對中點誤差的干擾。

3.5 構(gòu)筑物變形監(jiān)測

高速鐵路軌道走線長，軌道施工涉及隧道、路橋、涵洞等重要節(jié)點的施工內(nèi)容，施工任務(wù)繁重，而且軌道沿線地質(zhì)狀況復(fù)雜，一定程度上增加了施工難度。另外，針對無砟軌道鐵路測控工程，要特別注意對線下構(gòu)筑物變形的測控，該環(huán)節(jié)可以為設(shè)計、施工提供精確的參數(shù)依據(jù)，同時與鐵路投入運營后對線路及軌道系統(tǒng)的運行及維護工作息息相關(guān)，因此，一定要注意該環(huán)節(jié)的測控質(zhì)量。

4 結(jié)語

近年來，隨著高速鐵路在鐵路客運系統(tǒng)的普及應(yīng)用，百年來一直沿用至今的傳統(tǒng)鐵路工程測控技術(shù)逐漸表現(xiàn)出與現(xiàn)代鐵路客運系統(tǒng)不相適應(yīng)的特點。為了提高國內(nèi)鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平，我國不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外高速鐵路先進測控技術(shù)，目前已掌握了高速鐵路精密工程測量技術(shù)，為適合本國國情的高鐵精密工程測量模式的成形打下了堅實的基礎(chǔ)。高鐵精密工程測量技術(shù)在我國的應(yīng)用，為國內(nèi)高鐵工程的測控提供了精確的技術(shù)指標，為我國建設(shè)世界一流的高速鐵路提供了技術(shù)支撐，為高速鐵路的安全運行提供了保障。

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