無(wú)砟軌道利用全站儀進(jìn)行高程傳遞測(cè)設(shè)的研究與應(yīng)用

摘要：結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)高速鐵路無(wú)砟軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）是為了滿足高速鐵路的外部及內(nèi)部幾何位置的精度要求，從而建立一個(gè)要求高精度的測(cè)量控制網(wǎng)，為了保證CPⅢ控制網(wǎng)的精度，需聯(lián)測(cè)上一級(jí)線路控制網(wǎng)（CPⅡ），在高程控制測(cè)量方面，由于橋上不易與橋下聯(lián)測(cè)，造成與線路水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)困難的問(wèn)題，通過(guò)深入研究，經(jīng)過(guò)應(yīng)用提出利用全站儀進(jìn)行高程傳遞的測(cè)設(shè)和應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高精度機(jī)器人型全站儀 高差 二等水準(zhǔn) 垂直距離 中間設(shè)站

1 概述

高速鐵路無(wú)砟軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）是為了滿足高速鐵路的外部及內(nèi)部幾何位置的精度要求，保證高平順性、高穩(wěn)定性、高安全性、高舒適性的目標(biāo)，提高測(cè)量精度，而建立一個(gè)要求高精度的測(cè)量控制網(wǎng)，是高速鐵路測(cè)量最基本的控制網(wǎng)，在施工中顯得極為重要，為了保證CPⅢ控制網(wǎng)的精度，需聯(lián)測(cè)上一級(jí)線路控制網(wǎng)（CPⅡ），在高程控制測(cè)量方面，由于橋上不易與橋下聯(lián)測(cè)，本方法解決了從橋下線路水準(zhǔn)基點(diǎn)高程引到橋上水準(zhǔn)加密點(diǎn)的困難。

2 高程傳遞測(cè)設(shè)的特點(diǎn)

本項(xiàng)技術(shù)在大西客運(yùn)專線鐵路上得到成功應(yīng)用，科學(xué)合理，快速準(zhǔn)確，設(shè)備、人員投入少、省工省時(shí)。本方法注重各施工環(huán)節(jié)工藝合理性，選用高精度機(jī)器人型全站儀采用不量?jī)x器高和棱鏡高，直接測(cè)設(shè)垂直距離，從而把高程傳遞到橋面水準(zhǔn)加密點(diǎn)，然后得出整體網(wǎng)平差，得出橋面水準(zhǔn)加密點(diǎn)的高程，方便快捷準(zhǔn)確。

3 高程傳遞測(cè)設(shè)的技術(shù)要求

3.1 技術(shù)要求 在高速鐵路無(wú)咋軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）高程控制測(cè)量測(cè)設(shè)過(guò)程中，當(dāng)橋面與地面高差大于3m時(shí)，線路水準(zhǔn)基點(diǎn)高程直接傳遞到橋面水準(zhǔn)控制點(diǎn)困難時(shí)，可以采用本工法。

采用該方法傳遞高程時(shí)，前后視必須使用同一組棱鏡，且觀測(cè)過(guò)程必須確保棱鏡高度不變。儀器到棱鏡的距離一般不大于100m，最大不得超過(guò)150m，儀器到前視棱鏡和后視棱鏡的距離應(yīng)盡量相等，一般差值不宜超過(guò)5m。觀測(cè)時(shí)，應(yīng)測(cè)量溫度、氣壓值，并進(jìn)行邊長(zhǎng)改正。

3.2 操作原理 中間設(shè)站直接測(cè)量垂直距離測(cè)量法就是在沒(méi)有儀器高和棱鏡高量取誤差的情況下，求出兩點(diǎn)間的高差，其測(cè)量原理，見(jiàn)圖所示。

4 高程傳遞測(cè)設(shè)的操作步驟

4.1 點(diǎn)位埋設(shè) 加密水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在線路附近穩(wěn)定且不易被破壞的地方，盡量保證在梁上下聯(lián)測(cè)時(shí)不用再進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。橋面的水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在梁的固定端的防撞墻上，由于橋面的水準(zhǔn)點(diǎn)和平面點(diǎn)的預(yù)埋件型號(hào)相同，故埋設(shè)的加密點(diǎn)可以平面、高程共用。由于線下加密水準(zhǔn)基點(diǎn)離線路較遠(yuǎn)，不易進(jìn)行直接測(cè)量垂直距離，所以埋點(diǎn)于橋墩下方，由水準(zhǔn)基點(diǎn)按二等水準(zhǔn)線路引到此點(diǎn)。

4.2 二等水準(zhǔn)線路測(cè)量 加密線路水準(zhǔn)基點(diǎn)的埋設(shè)要求同線路水準(zhǔn)基點(diǎn)埋點(diǎn)要求相同。加密線路水準(zhǔn)基點(diǎn)測(cè)量應(yīng)采用不低于DS1 的水準(zhǔn)儀，須經(jīng)過(guò)檢定，并處于檢定有效期內(nèi)。

高程控制網(wǎng)加密按二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求執(zhí)行，作業(yè)前及作業(yè)過(guò)程中檢查儀器i 角均應(yīng)不超過(guò)15″；水準(zhǔn)尺須采用輔助支撐進(jìn)行安置，測(cè)量轉(zhuǎn)點(diǎn)應(yīng)安置尺承，尺承選擇堅(jiān)實(shí)的地方并踩實(shí)以防尺承的下沉。水準(zhǔn)線路采用往返觀測(cè)，并沿同一路線進(jìn)行。每一測(cè)段均采用偶數(shù)站結(jié)束，往返觀測(cè)在一天的不同時(shí)間段進(jìn)行。水準(zhǔn)測(cè)量的儀器及水準(zhǔn)尺類型應(yīng)按測(cè)量等級(jí)的要求選擇，宜優(yōu)先采用相應(yīng)等級(jí)的數(shù)字水準(zhǔn)儀及其自動(dòng)記錄功能采集數(shù)據(jù)，觀測(cè)數(shù)據(jù)采用儀器內(nèi)置儲(chǔ)存器記錄，并轉(zhuǎn)換成電子手簿。

4.3 高程傳遞測(cè)量 通過(guò)橋下二等水準(zhǔn)測(cè)量，把高程從線路水準(zhǔn)基點(diǎn)傳遞到橋墩水準(zhǔn)點(diǎn)，下面的工作就是利用高精度機(jī)器人型全站儀采用不量?jī)x器高和棱鏡高的中間設(shè)站直接測(cè)量垂直距離測(cè)量法，測(cè)出兩點(diǎn)之間的垂直距離，從而進(jìn)行高程傳遞，具體方法如下：

4.3.1 儀器和棱鏡的檢查。在進(jìn)行測(cè)量之前，應(yīng)對(duì)全站儀進(jìn)行組合校準(zhǔn)，以保證精度。

對(duì)這一組棱鏡進(jìn)行互換性的檢查，在不同方向及不同距離的情況下對(duì)棱鏡進(jìn)行角度和距離的測(cè)量，距離方面為30m、90m和120m進(jìn)行測(cè)量，角度方面為30°、60°、90°和120°進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)量出的角度和距離計(jì)算出：

角度中誤差（S） σα= ± ■/ n （Δ為各角度與平均數(shù)差值）

距離中誤差（mm） σs= ±■n （Δ為各距離與平均數(shù)差值）

經(jīng)檢驗(yàn)，角度較差中誤差滿足不大于儀器標(biāo)稱測(cè)方向精度的2倍的技術(shù)要求，距離較差中誤差滿足不大于儀器標(biāo)稱測(cè)距精度的■倍的技術(shù)要求，可以用于測(cè)量。

4.3.2 測(cè)量流程。①選擇距離棱鏡大于50m且不超過(guò)100m的合適位置，保證儀器與棱鏡之間有良好的通視條件；②架站，使儀器在不被陽(yáng)光直射的情況下適應(yīng)外界溫度15到20分鐘；③改正儀器的溫度、氣壓和相對(duì)濕度的參數(shù)以及棱鏡常數(shù)；④儀器盤左，手動(dòng)照準(zhǔn)橋墩上的輔助點(diǎn)1，測(cè)量并記錄，手動(dòng)照準(zhǔn)橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)2，測(cè)量并記錄，儀器變?yōu)楸P右，手動(dòng)照準(zhǔn)橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)2，測(cè)量并記錄，手動(dòng)照準(zhǔn)橋墩上的輔助點(diǎn)1，測(cè)量并記錄，一個(gè)測(cè)回完成；⑤第二個(gè)測(cè)回測(cè)點(diǎn)順序?yàn)楸P左照準(zhǔn)點(diǎn)2至點(diǎn)1，盤右照準(zhǔn)點(diǎn)1至點(diǎn)2；⑥第三和第四測(cè)回同一二測(cè)回的方法相同，一組觀測(cè)完成；⑦變換儀器高，進(jìn)行第二組觀測(cè)，方法同第一組觀測(cè)相同，此點(diǎn)高程傳遞完成。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，根據(jù)測(cè)設(shè)方法和結(jié)合智能型全站儀的特點(diǎn)，分別在不同的角度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論，儀器架設(shè)在兩個(gè)點(diǎn)的正對(duì)面測(cè)得的數(shù)據(jù)最佳。

4.3.3 高差計(jì)算

高程傳遞的高差計(jì)算公式為：

△h=si×sinɑi+（1-k）（s2i×COS2ɑi）/2R-{sj×sinɑj

+（1-k）（s2j×COS2ɑj）/2R}

式中，△h為直接測(cè)量垂直距離測(cè)量的高差；s為儀器到棱鏡的斜距；ɑ為豎直角；K為大氣垂直折光系數(shù)，K=

0.14；R為地球曲率半徑，R=6370km。

按照上述公式計(jì)算高差，如有軟件可以直接用軟件得出兩點(diǎn)之間的高差，并取兩組觀測(cè)高差的平均值作為最終傳遞高差。

4.3.4 橋上水準(zhǔn)線路貫通。為了檢驗(yàn)橋上水準(zhǔn)加密點(diǎn)間的匹配性，并且為了防止高程傳遞測(cè)量時(shí)存在誤差，故在CPⅢ高程測(cè)量之前，需要對(duì)橋上水準(zhǔn)加密點(diǎn)進(jìn)行二等水準(zhǔn)貫通測(cè)量。

高程傳遞測(cè)量后，相鄰的橋上水準(zhǔn)加密點(diǎn)，由高程值反算的高差值與二等水準(zhǔn)測(cè)量所測(cè)得的高差值之間較差應(yīng)小于4■，如果不能滿足限差要求，則需分析原因，如果因線路水準(zhǔn)基點(diǎn)沉降原因造成超限，則需對(duì)線路水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)并調(diào)整。貫通水準(zhǔn)測(cè)量中的水準(zhǔn)加密點(diǎn)一般不得少于3個(gè)，以便對(duì)水準(zhǔn)加密點(diǎn)間的兼容性進(jìn)行分析。

4.3.5 整體網(wǎng)平差。在橋上水準(zhǔn)線路貫通后，將橋下傳遞水準(zhǔn)路線、高程傳遞代替幾何水準(zhǔn)（水準(zhǔn)線路長(zhǎng)取儀器與觀測(cè)點(diǎn)之間的距離）以及橋上二等水準(zhǔn)貫通三部分?jǐn)?shù)據(jù)組成的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，平差計(jì)算得出的橋上水準(zhǔn)加密點(diǎn)的高程作為CPⅢ高程網(wǎng)平差計(jì)算的起算點(diǎn)。

5 全站儀進(jìn)行高程傳遞測(cè)設(shè)的應(yīng)用

5.1 應(yīng)用情況 大西客運(yùn)專線八標(biāo)段中鐵十二局第一工程有限公司承擔(dān)有50公里的CPⅢ測(cè)設(shè)任務(wù)，其中包括37公里為特大橋。公司施工中運(yùn)用本工法進(jìn)行橋上加密點(diǎn)（CPⅡ）的測(cè)設(shè)，整個(gè)過(guò)程用時(shí)很短，比常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量方法節(jié)約了大量的時(shí)間，為后期施工贏得了寶貴時(shí)間。同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中也保證了測(cè)量精度。高精度滿足無(wú)砟軌道基準(zhǔn)網(wǎng)施工的要求，重點(diǎn)是此工法方便快捷，操作簡(jiǎn)單。

5.2 應(yīng)用總結(jié) ①節(jié)約成本。用該方法對(duì)無(wú)砟軌道橋上加密點(diǎn)的高程測(cè)設(shè)施工，可以將橋上加密點(diǎn)（CPⅡ）的高程測(cè)設(shè)精度提高，減少測(cè)量時(shí)間。②節(jié)約人工，提高了工作效率。由于該方法采用了先進(jìn)的儀器設(shè)備及軟件，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)分工細(xì)致，工作效率，成倍提升。③本方法適用性強(qiáng)，操作性可靠，易于掌握。

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