高速鐵路工程測(cè)量控制網(wǎng)復(fù)測(cè)技術(shù)

摘 要：高速鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)的周期中，測(cè)量控制工作是一項(xiàng)重要的技術(shù)保障，文章主要從施工單位的角度出發(fā)，較為詳細(xì)地介紹了平面控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點(diǎn)的復(fù)測(cè)方法、作業(yè)程序和技術(shù)要點(diǎn)，形成了一套較為完整的控制網(wǎng)復(fù)測(cè)技術(shù)總結(jié)，為同類鐵路工程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)提供了一個(gè)可參考的技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：控制網(wǎng)復(fù)測(cè)；GPS測(cè)量；二等水準(zhǔn)測(cè)量

1 測(cè)量控制網(wǎng)的概述

在高速鐵路平面控制測(cè)量工作開展前，為了滿足平面GPS控制測(cè)量三維約束平差的要求，首先采用GPS測(cè)量方法建立高速鐵路框架控制網(wǎng)（CP0）。在框架控制網(wǎng)（CP0）基礎(chǔ)上分三級(jí)布設(shè)，第一級(jí)為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ），主要為勘測(cè)、施工、運(yùn)營維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；，第二級(jí)為線路平面控制網(wǎng)（CPⅡ），主要為勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn)；第三級(jí)為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），主要為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。

高速鐵路工程測(cè)量高程控制網(wǎng)分二級(jí)布設(shè)，第一級(jí)線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)，為高速鐵路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工提供高程基準(zhǔn)；第二級(jí)軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），為高速鐵路軌道施工、維護(hù)提供高程基準(zhǔn)。

2 測(cè)量控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)內(nèi)容和頻次

高速鐵路工程建設(shè)期間，要加強(qiáng)CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)工作。控制網(wǎng)復(fù)測(cè)分為定期復(fù)測(cè)和不定期復(fù)測(cè)，定期復(fù)測(cè)多由建設(shè)單位組織實(shí)施，不定期復(fù)測(cè)由施工單位實(shí)施。

定期復(fù)測(cè)是對(duì)高速鐵路平面高程控制網(wǎng)全面復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)內(nèi)容包括全線CP0、CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)。復(fù)測(cè)頻次要求如下：

（1）施工單位接樁后，應(yīng)對(duì)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)；（2）CPⅢ建網(wǎng)前，CP0、CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)復(fù)測(cè)一次；（3）工程靜態(tài)驗(yàn)收前，CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ及線路水準(zhǔn)基點(diǎn)復(fù)測(cè)一次；（4）特殊地區(qū)、地面沉降地區(qū)或施工期間出現(xiàn)異常的地段，適當(dāng)增加復(fù)測(cè)次數(shù)。

不定期復(fù)測(cè)的測(cè)周期一般不大于6個(gè)月，施工單位要根據(jù)工程的施工階段需要及時(shí)開展。不定期復(fù)測(cè)的內(nèi)容包括CPⅠ、CPⅡ、線路水準(zhǔn)基點(diǎn)等，主要是檢查控制點(diǎn)位的相對(duì)精度是否滿足規(guī)范要求，點(diǎn)間的相對(duì)位置是否發(fā)生位移。當(dāng)復(fù)測(cè)成果較差超出規(guī)范要求時(shí)，要分析原因，測(cè)量結(jié)果報(bào)相關(guān)單位確認(rèn)。

3 平面控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)施工復(fù)測(cè)一般規(guī)定

工程開工前，施工單位會(huì)同設(shè)計(jì)單位參加由業(yè)主組織并有監(jiān)理單位參與的控制樁和測(cè)量成果資料交接工作。施工單位要對(duì)設(shè)計(jì)單位交付的CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)和線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。為確保高速鐵路軌道的線性，相鄰施工標(biāo)段、相鄰施工單位之間應(yīng)共同協(xié)商并現(xiàn)場確認(rèn)交界處附近的同一對(duì)CPⅠ平面控制點(diǎn)和同一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)作為搭接和公共點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。雙方應(yīng)簽訂共用控制點(diǎn)協(xié)議并使用滿足精度要求的相同坐標(biāo)和高程成果。標(biāo)段內(nèi)施工分段也需要進(jìn)行確認(rèn)搭接，并現(xiàn)場放樣檢查。線下工程開工前或至遲在結(jié)構(gòu)工程施工前應(yīng)完成CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)和二等水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測(cè)工作。基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ采用GPS測(cè)量。線路控制網(wǎng)CPⅡ宜優(yōu)先選用GPS測(cè)量，也可采用常規(guī)導(dǎo)線測(cè)量。CPⅠ控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)工作一般宜單獨(dú)進(jìn)行，當(dāng)接GPS接收機(jī)數(shù)量較多時(shí)，也可和CPⅡ的復(fù)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，但要分別處理數(shù)據(jù)。因?yàn)榫鹊燃?jí)不一樣，CPⅡ需要附合到CPⅠ控制點(diǎn)上。線路水準(zhǔn)基點(diǎn)復(fù)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量，跨河水準(zhǔn)依據(jù)《國家一二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》可以采用三角高程法、GPS高程法。

4 平面、高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)布網(wǎng)要求及主要技術(shù)要求

平面、高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)布網(wǎng)要求及主要技術(shù)要求與原設(shè)計(jì)單位施測(cè)時(shí)一致，具體要按表1、表2、表3規(guī)定執(zhí)行。

5 測(cè)量儀器的配置

（1）GPS接收機(jī)：CPⅠ、CPⅡ控制測(cè)量要采用雙頻接收機(jī)，其標(biāo)稱精度不低于5mm±1ppm；同步觀測(cè)的接收機(jī)數(shù)量要不少于4臺(tái)。

（2）全站儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于2″、2mm±2ppm。

（3）水準(zhǔn)儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于DS1并應(yīng)配相應(yīng)的因瓦尺。

6 平面控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)

6.1 CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

復(fù)測(cè)平面控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)采用邊聯(lián)結(jié)方式構(gòu)網(wǎng)，并組成三角形或大地四邊形相連的帶狀網(wǎng)。可以將CPⅠ、CPⅡ同時(shí)構(gòu)網(wǎng)觀測(cè)，但要提前做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，要滿足CPⅠ有獨(dú)立的邊聯(lián)結(jié)方式的三角形或大地四邊形相連的帶狀網(wǎng)，以便于后續(xù)的基線解算和網(wǎng)平差。現(xiàn)場觀測(cè)作業(yè)時(shí)嚴(yán)格按照相應(yīng)等級(jí)的技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)，做好相應(yīng)的記錄工作。若需要聯(lián)測(cè)CP0時(shí)，可將其納入CPⅠ控制網(wǎng)，每個(gè)CP0最好有三個(gè)方向與之相連。

原始觀測(cè)數(shù)據(jù)采集完成后，利用對(duì)應(yīng)儀器的或?qū)Ｓ玫幕€解算軟件進(jìn)行基線解算，要分別進(jìn)行CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)的基線解算，生成各自復(fù)測(cè)需要的CPⅠ、CPⅡ基線向量文件。解算的基線向量結(jié)果要滿足該儀器以及解算軟件的質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)檢查同步環(huán)和獨(dú)立環(huán)的閉合差以及重復(fù)觀測(cè)基線的較差，并應(yīng)符合表4的規(guī)定。

表4 基線質(zhì)量檢驗(yàn)限差表

注： ，其中？滓為基線弦長標(biāo)準(zhǔn)差（mm）

a固定誤差（mm）；b比例誤差系數(shù)（mm/km）；d相鄰點(diǎn)間距離（km）；n閉合環(huán)邊數(shù)。

在基線的質(zhì)量檢驗(yàn)符合要求后，利用專用的GPS測(cè)量平差軟件，將所有獨(dú)立基線構(gòu)成控制網(wǎng)，以三維基線向量及其相應(yīng)的方差、協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息，以復(fù)測(cè)區(qū)段中的一個(gè)點(diǎn)的WGS-84的三維坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行無約束平差。CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)分別各自平差。無約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)絕對(duì)值需滿足對(duì)應(yīng)等級(jí)的限差要求：

利用滿足無約束平差指標(biāo)要求的基線向量網(wǎng)，在本次復(fù)測(cè)區(qū)段或標(biāo)段對(duì)應(yīng)的獨(dú)立坐標(biāo)系（與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系相同的基準(zhǔn)，如中央子午線經(jīng)度、坐標(biāo)系投影面高程和高程異常值等）下，進(jìn)行二維約束平差。CPⅠ控制網(wǎng)約束平差時(shí)選取本次復(fù)測(cè)區(qū)段中較為牢固穩(wěn)定的首、中、尾三個(gè)點(diǎn)或首、尾兩個(gè)點(diǎn)作為約束點(diǎn)，進(jìn)行二維約束平差，用作CPⅠ控制網(wǎng)約束平差的約束點(diǎn)間邊長相對(duì)中誤差需滿足1/250000；CPⅡ控制網(wǎng) 約束平差時(shí)選取本次復(fù)測(cè)區(qū)段內(nèi)所有聯(lián)測(cè)的CPⅠ點(diǎn)作為約束點(diǎn)，進(jìn)行二維約束平差，用作CPⅡ控制網(wǎng)約束平差的約束點(diǎn)間邊長相對(duì)中誤差需滿足1/180000。

約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線改正數(shù)的較差應(yīng)符下式的規(guī)定，否則，認(rèn)為參與約束的已知坐標(biāo)誤差太大，應(yīng)刪除誤差較大的約束值，直至下式滿足：

對(duì)于復(fù)測(cè)控制網(wǎng)長度太長、橫跨多個(gè)投影帶，可采用分區(qū)平差。平差時(shí)相鄰兩分網(wǎng)應(yīng)有一定數(shù)量的重合點(diǎn)，重合點(diǎn)在兩分網(wǎng)中坐標(biāo)之差不得大于點(diǎn)位中誤差的2倍。

二維約束平差后輸出的平差成果即為與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系相同基準(zhǔn)的復(fù)測(cè)坐標(biāo)成果，將CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)復(fù)測(cè)成果與設(shè)計(jì)成果的坐標(biāo)和相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度進(jìn)行比較，限差要求見表5。當(dāng)以上兩項(xiàng)比較滿足限差要求時(shí)，采用原設(shè)計(jì)成果。當(dāng)較差超限時(shí)，要進(jìn)行再次復(fù)測(cè)，查明原因，并采用同精度擴(kuò)展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表5 CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差限差要求

注：表中坐標(biāo)較差限差指X、Y坐標(biāo)分量較差。

表中相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度按下式計(jì)算：

式中：

S為相鄰點(diǎn)間的二維平面距離或三維空間距離；

復(fù)測(cè)結(jié)果比較樣表：

表6 CPⅠ、CPⅡ坐標(biāo)比較表

表7 相鄰CPⅠ點(diǎn)對(duì)比較表

6.2 CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測(cè)

CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測(cè)要附合在穩(wěn)定可靠的CPⅠ控制點(diǎn)上，水平角觀測(cè)采用方向觀測(cè)法。導(dǎo)線邊長測(cè)量進(jìn)行儀器加常數(shù)、乘常數(shù)和氣象改正，距離歸算至工程設(shè)計(jì)的投影高程面上。導(dǎo)線水平角、距離觀測(cè)滿足表8和表9的相關(guān)規(guī)定。

表8 導(dǎo)線水平角觀測(cè)限差規(guī)定及技術(shù)要求

表9 導(dǎo)線測(cè)邊限差規(guī)定和技術(shù)要求

注：1、一測(cè)回是全站儀盤左、盤右各測(cè)量一次的過程

2、測(cè)距儀精度等級(jí)如下

Ⅰ級(jí) |mD|≤2mm

Ⅱ級(jí) 2mm<|mD|≤5mm

mD為每千米測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差。即按測(cè)距儀出廠標(biāo)稱精度的絕對(duì)值，歸算到1km的測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差。

CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測(cè)的外業(yè)完成后，利用專用平差計(jì)算軟件，選取導(dǎo)線附合的CPⅠ點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，平差結(jié)果中的導(dǎo)線復(fù)測(cè)的測(cè)角精度、測(cè)邊精度、以及導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差和方位角閉合差，都要應(yīng)符合表3的規(guī)定。

符合表3規(guī)定后，將復(fù)測(cè)成果與設(shè)計(jì)單位成果進(jìn)行比較。復(fù)測(cè)與設(shè)計(jì)的導(dǎo)線水平角、導(dǎo)線邊長和導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)較差的限差應(yīng)符合表10的要求。

表10 CPⅡ?qū)Ь€復(fù)測(cè)成果限差要求

注： 為儀器標(biāo)稱精度。

當(dāng)隧道洞內(nèi)CPⅡ控制測(cè)量的導(dǎo)線附合長度大于7km時(shí)，導(dǎo)線等級(jí)為隧道二等。

當(dāng)以上各項(xiàng)比較滿足限差要求時(shí)，采用原設(shè)計(jì)成果，不能滿足限差要求時(shí)，要進(jìn)行再次復(fù)測(cè)，查明原因，并采用同精度擴(kuò)展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表11 復(fù)測(cè)水平角比較表

表12 復(fù)測(cè)邊長比較表

表13 復(fù)測(cè)坐標(biāo)比較表

7 高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)就是對(duì)線路水準(zhǔn)基點(diǎn)的復(fù)測(cè)，從本次復(fù)測(cè)區(qū)段或標(biāo)段與相鄰標(biāo)段共樁點(diǎn)開始聯(lián)測(cè)區(qū)段內(nèi)所有線路水準(zhǔn)基點(diǎn)至區(qū)段結(jié)束段與相鄰標(biāo)段的共樁點(diǎn)，多采用滿足精度要求電子水準(zhǔn)儀，按二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)。水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集完成后，對(duì)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢查、驗(yàn)算，各項(xiàng)精度指標(biāo)和限差滿足要求后，利用專用的測(cè)量平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算。平差計(jì)算時(shí)選取本次復(fù)測(cè)區(qū)段內(nèi)首、中、尾三個(gè)或首、尾兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，平差結(jié)果中的高差偶然中誤差M？駐和按環(huán)閉合差算得的全中誤差MW要滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)。

當(dāng)檢測(cè)已測(cè)測(cè)段高差之差滿足表14中規(guī)定要求時(shí)，采用原設(shè)計(jì)成果，當(dāng)較差超限時(shí)，要進(jìn)行再次復(fù)測(cè)，查明原因，并采用同精度擴(kuò)展方法更新成果，提交相關(guān)單位確認(rèn)。

表14 水準(zhǔn)測(cè)量精度要求

注：1K為測(cè)段水準(zhǔn)路線長度，單位為km；L為水準(zhǔn)路線長度，單位為km；RⅠ為檢測(cè)測(cè)段長度，以千米計(jì)；n為測(cè)段水準(zhǔn)測(cè)量站數(shù)。

2當(dāng)山區(qū)水準(zhǔn)測(cè)量每公里測(cè)站數(shù)n≥25站以上時(shí)，采用測(cè)站數(shù)計(jì)算高差測(cè)量限差。

當(dāng)復(fù)測(cè)區(qū)段內(nèi)有跨河情況時(shí)，嚴(yán)格按照國家二等水準(zhǔn)的跨河水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量。

高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)結(jié)果比較樣表：

表15 復(fù)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)表

表16 與設(shè)計(jì)高差比較表

表17 高程復(fù)測(cè)比較表

8提交的復(fù)測(cè)成果報(bào)告

復(fù)測(cè)成果報(bào)告包括以下內(nèi)容：（1）工程概況、復(fù)測(cè)范圍、設(shè)計(jì)CPⅠ、CPⅡ和線路水準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)概況、測(cè)量時(shí)間等情況；（2）CPⅠ控制網(wǎng)測(cè)量網(wǎng)形略圖、CPⅡ測(cè)量網(wǎng)形略圖；（3）測(cè)量儀器、人員情況；（4）測(cè)量外業(yè)作業(yè)情況（技術(shù)指標(biāo)）與測(cè)量結(jié)果（含閉合環(huán)、重復(fù)基線檢核、往返高差測(cè)量匯總）；（5）網(wǎng)平差與后處理結(jié)果（基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采用與檢驗(yàn)、基線邊改正數(shù)與精度、無約束和約束平差坐標(biāo)及其精度、基線邊距離和方位及其精度、約束平差高程控制網(wǎng)精度等）；（6）復(fù)測(cè)與設(shè)計(jì)成果比較結(jié)果（坐標(biāo)、距離、方位、復(fù)測(cè)與設(shè)計(jì)高程或高差比較結(jié)果等）；（7）復(fù)測(cè)結(jié)論；（8）標(biāo)段搭接測(cè)量用樁協(xié)議；（9）主要測(cè)量人員的專業(yè)證書、儀器檢定證書、測(cè)繪資質(zhì)附件。