高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)測量誤差來源及外業(yè)操作注意事項(xiàng)

司炳新 王帥 伊春市國土資源局，黑龍江 伊春 153000

高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)測量誤差來源及外業(yè)操作注意事項(xiàng)

司炳新 王帥 伊春市國土資源局，黑龍江 伊春 153000

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，原有的傳統(tǒng)鐵路的運(yùn)載力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，從中國的第一條設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h的京津城際鐵路開始，到目前為止已建或在建的高速鐵路有京津城際、哈大線、武廣線、鄭西線、京石線、漢宜線、港深廣、京津城、京滬線等,到2020年，計(jì)劃用6萬億修建5萬公里高速鐵路。

高速鐵路何以能滿足如此高速的列車行駛？是因?yàn)檫@些鐵路在建設(shè)及軌道鋪設(shè)過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，嚴(yán)要求，高精度。要滿足高精度的施工，必須要有高精度測量的輔助，高精度的測量必須以高精度的測量控制點(diǎn)為基礎(chǔ)。

1 高速鐵路控制測量相關(guān)概念

基礎(chǔ)框架平面控制網(wǎng)CP0：為滿足線路平面控制測量起閉聯(lián)測的要求，沿線路每50km左右建立的衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)，作為全線勘測設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)的坐標(biāo)基準(zhǔn)。

基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ：在基礎(chǔ)框架平面控制網(wǎng)（CP0）或國家高等級平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，沿線路走向布設(shè)，按GPS靜態(tài)相對定位原理建立的線路平面控制網(wǎng)起閉的基準(zhǔn)。在勘測階段按靜態(tài)GPS相對定位原理建立，點(diǎn)間距為4km左右，測量精度為GPS B級網(wǎng)。

平面控制網(wǎng)CPⅡ：在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）上沿線路附近布設(shè)，為勘測、施工階段的線路平面控制和軌道控制網(wǎng)起閉的基準(zhǔn)?？捎肎PS靜態(tài)相對定位原理測量或常規(guī)導(dǎo)線網(wǎng)測量，在勘測階段建立。點(diǎn)間距為400～800m左右，測量精度為GPS C級網(wǎng)或三等導(dǎo)線。

控制網(wǎng)CPⅢ：沿線路布設(shè)的三維控制網(wǎng)，起閉于基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）或線路控制網(wǎng)（CPⅡ），一般在線下工程施工完成后進(jìn)行施測，為軌道施工和運(yùn)營維護(hù)的基準(zhǔn)。CPⅢ網(wǎng)按自由設(shè)站邊角交會方法測量。點(diǎn)間距為縱向60m左右、橫向?yàn)榫€路結(jié)構(gòu)物寬度，測量精度為相鄰點(diǎn)位的相對中誤差小于1m m。在施工、檢測中直接應(yīng)用最多的就是CPⅢ控制點(diǎn)。

2 CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)要求及施測方法

2.1 布設(shè)要求

沿線路方向通常每公里有16對即32個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)通常設(shè)置在接觸網(wǎng)桿上（路基部分）、防撞墻上固定端（橋梁部分）和圍巖上（隧道部分）。CPⅢ測量標(biāo)志通常由永久性的預(yù)埋件、平面測量桿、高程測量桿和精密棱鏡組成；每個(gè)控制點(diǎn)與相鄰5個(gè)控制點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差均要求小于1m m；平面網(wǎng)測量要求全站儀具有電子驅(qū)動、目標(biāo)自動搜索和操作系統(tǒng)功能的測量機(jī)器人（如 Leica TCA2003和 TCRA1201、Trimble S6和S8系列全站儀等）；高程測量一律采用電子水準(zhǔn)儀（如Trimble DiNi12、Leica DNA03 等）；

2.2 施測方法

2.2.1 CPⅢ平面測量

CPⅢ平面網(wǎng)是一個(gè)邊角控制網(wǎng)，但其測量方法較傳統(tǒng)邊角網(wǎng)測量有很大差異。傳統(tǒng)的邊角網(wǎng)測量儀器都是架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行觀測，距離必須進(jìn)行往返觀測，但CPⅢ平面網(wǎng)卻采用自由設(shè)站進(jìn)行邊角交會測量，而其距離只能進(jìn)行單程觀測。

（1）測站間距為120m時(shí)，CPⅢ平面控制網(wǎng)測量網(wǎng)形示意圖如圖1所示。

圖1 測站間距120m時(shí)CPⅢ平面控制網(wǎng)聯(lián)測網(wǎng)圖

（2）測站間距為60m時(shí)，CPⅢ平面控制網(wǎng)測量網(wǎng)形示意圖如圖2所示。

圖2 測站間距60m時(shí)CPⅢ平面控制網(wǎng)聯(lián)測網(wǎng)圖

（3）CPⅢ平面網(wǎng)的水平方向觀測的技術(shù)要求應(yīng)滿足表1的規(guī)定。

（4）CPⅢ平面網(wǎng)的距離測量應(yīng)滿足下列要求：

a.CPⅢ控制點(diǎn)的距離測量應(yīng)與全圓方向觀測同時(shí)進(jìn)行。

b.距離測量采用多測回距離觀測。方向觀測時(shí)，盤左和盤右分別對同一CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行距離測量，盤左和盤右距離測量的平均值為一測回的距離測量值。

c.測量的測回?cái)?shù)應(yīng)與水平方向相同，各測回間距離較差應(yīng)≤1.5m m。

2.2.2 CPⅢ高程測量

CPⅢ高程控制網(wǎng)測量采用矩形法進(jìn)行，矩形法水準(zhǔn)測量閉合環(huán)的情況如圖3所示。其中，箭頭方向?yàn)楦卟顐鬟f方向。由圖3可知，每相鄰兩對CPⅢ點(diǎn)均構(gòu)成獨(dú)立的矩形閉合環(huán)，方便形成閉合差檢核，可靠性高。

圖3 矩形法水準(zhǔn)測量閉合環(huán)示意圖

CPⅢ高程網(wǎng)水準(zhǔn)測量測站的主要技術(shù)要求，應(yīng)符合表2的規(guī)定。

3 誤差來源

在觀測過程中，常常遇到某次測站頻繁超限的情況，經(jīng)總結(jié)發(fā)現(xiàn)主要來源于如下幾個(gè)因素：

a.儀器因素：儀器本身軸系關(guān)系較差；溫度和氣壓沒有正確輸入；棱鏡常數(shù)不匹配等。

b.環(huán)境因素：溫度突變；測區(qū)有較強(qiáng)逆光；測區(qū)可見度低（如有霧）等。

c.人為因素：照準(zhǔn)目標(biāo)；點(diǎn)號錯(cuò)誤輸入；棱鏡安裝不到位；扶尺不正等。

4 外業(yè)施測注意事項(xiàng)

表2 CPⅢ高程網(wǎng)水準(zhǔn)測量測站的主要技術(shù)要求

表1 CPⅢ平面網(wǎng)的水平方向觀測技術(shù)要求

通過平時(shí)工作經(jīng)驗(yàn)的積累，總結(jié)出了以下外業(yè)施測注意事項(xiàng)。

4.1 CP Ⅲ平面網(wǎng)外業(yè)觀測時(shí)，應(yīng)該注意下列問題：

a.在施測之前，要對棱鏡桿及棱鏡組進(jìn)行檢查，每個(gè)棱鏡桿或棱鏡之間的誤差不得超過0.3mm，最大不超過0.5mm。

b.對全站儀進(jìn)行檢校，檢查指標(biāo)差及2c差值，如果過大，應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，并校準(zhǔn)補(bǔ)償器。

c.在每個(gè)自由測站測量之前，均應(yīng)量測溫度和氣壓，并實(shí)時(shí)輸入全站儀對距離進(jìn)行氣象改正。溫度和氣壓量測誤差應(yīng)分別不大于0.5℃和50Pa。

d.平面觀測時(shí)間宜安排在晚上或陰天進(jìn)行。晚間觀測時(shí)應(yīng)注意視線方向不能有強(qiáng)光直射。自由測站附近不能有震動干擾。

e.CPⅢ控制點(diǎn)的棱鏡桿與預(yù)埋件連接應(yīng)保證兩者完全套合。應(yīng)確保棱鏡在棱鏡桿上安裝到位并應(yīng)正對全站儀。

f.全站儀盡量架設(shè)在橋梁固定端，檢查全站儀電子氣泡是否偏離中心位置，如果發(fā)現(xiàn)氣泡偏離值大于20，則需重新整平，但該測站需重新觀測。

g.用于架設(shè)在CPⅡ點(diǎn)上的棱鏡基座必須進(jìn)行嚴(yán)格檢校，每次對中誤差不得大于1m m。

h.注意溫度是否有突變，如果太陽光強(qiáng)烈，務(wù)必給儀器打傘。

i.注意測站周圍是否有其他施工影響，及時(shí)協(xié)商加以解決。

j.注意觀測視線前方是否有強(qiáng)烈光源（主要為晚上作業(yè)），及時(shí)協(xié)商加以解決。

k.注意目標(biāo)范圍是否有障礙物干擾，如有及時(shí)加以排除。

l.注意相鄰目標(biāo)點(diǎn)是否距離很近（多出現(xiàn)在曲線和直線過渡段、橋梁路基過渡段），如果是則應(yīng)適當(dāng)挪動測站或者人為干預(yù)進(jìn)行測量。

4.2 CP Ⅲ高程網(wǎng)外業(yè)觀測時(shí)，應(yīng)該注意下列問題：

a.在施測之前，要對高程桿及水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢查，每個(gè)高程桿或水準(zhǔn)尺之間的誤差不得超過0.3mm，最大不超過0.5mm。

b.對水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢校，檢查i值，如果過大，應(yīng)在地面上根據(jù)操作步驟進(jìn)行校準(zhǔn)，并校準(zhǔn)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的水準(zhǔn)氣泡。

d.高程觀測時(shí)間宜安排在早上、下午陽光不強(qiáng)或陰天的時(shí)間段進(jìn)行，自由測站附近不能有震動干擾。

e.CPⅢ控制點(diǎn)的高程桿與預(yù)埋件連接應(yīng)保證兩者完全套合，應(yīng)確保高程桿安裝到位并扶直水準(zhǔn)尺。

f.檢查水準(zhǔn)儀氣泡是否偏離中心位置，如果發(fā)現(xiàn)偏離，則需重新整平，重新觀測。

g.晴天觀測時(shí)，應(yīng)給儀器打傘，避免陽光直射，扶尺時(shí)應(yīng)使用尺撐，使水準(zhǔn)尺上的氣泡居中和水準(zhǔn)尺豎直。

h.各測段的一組往返測宜安排在不同的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

i.儀器設(shè)置應(yīng)采用至少兩次讀數(shù)，并設(shè)定兩次讀數(shù)限差，一般兩次讀數(shù)差不大于0.2mm，最大不大于0.5mm；兩次讀數(shù)所測高差之差不大于0.5mm，最大不大于0.7mm。

5 結(jié)束語

CPⅢ控制網(wǎng)是整個(gè)高速鐵路的施工及檢測的重要依據(jù)，做好CPⅢ控制測量意義重大。在CPⅢ控制網(wǎng)測量過程中必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范實(shí)施，總結(jié)、熟記外業(yè)施測注意事項(xiàng)，才能保證測量成果的可靠性，減少不必要的返工情況出現(xiàn)，提高作業(yè)效率，保證工期，保證鐵路施工精度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.183