既有線高速鐵路控制單邊測量方法研究

曹洋

（遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州121000）

1 概述

為滿足高速鐵路客運專線施工、運營以及后期復測和維護需要, 保證高速鐵路運營的平順性, 按照分級布網,逐級控制的原則,在高速鐵路全線建立高精度的平面和高程控制網[1]。目前,對于鐵路提速后和客運專線精密控制測量的成果精度和技術方法還沒有明確的技術標準[2]。因此結合遼寧省某客運專線既有線精密控制網測量項目, 分析了CPⅡ、CPⅢ控制點測量的方法,在上、下行線路各自天窗時段進行鐵路維護、升級及改造時[3],運用本文提出的既有線高速鐵路獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量的方法,可以有效解決高速鐵路常規測量方法在既有線高速鐵路中無法測量的難題。

2 高速鐵路控制點布設及測量方法

2.1 高速鐵路控制點布設

高速鐵路控制測量平面控制網按逐級控制點原則布設,CP0(第一級)沿線按每50km 左右設置一座,點位距離線位中心不宜大于10km。CPⅠ(第二級)控制點根據線路走向沿線路兩側交替按3～4km 布設一個或一對通視GPS 點。CPⅡ(第三級)控制點應選擇在線上、穩固可靠(接觸網拉線墩及橋涵兩端)且不易被其他施工項目破壞、有利于于CPⅢ控制點測量的地方,相鄰點間距控制在400～600m 左右,盡量滿足相鄰點相互通視。CPⅢ(第四級)控制點是軌道鋪設、精調以及運營維護的基準,應在線路兩側間隔50～70m 左右成對布設[4]。四級平面控制點組成統一的平面控制網。高程控制網沿線布設基巖點、深埋水準點和一般線路水準點三種類型的高程控制點,組成統一的高程控制網。基巖點采用國家一等水準點。深埋水準點按每25km 設置一個,深度依據地質結構、凍土層深度等條件進行單獨設計。一般線路水準點沿線1.5km～2km 布設一個, 并且距線路中心的距離控制在50～200m 范圍之內,布設時應充分考慮CPⅢ高程測量引用的便捷性, 盡量靠近既有鐵路, 宜布設在鐵路安全網外或橋涵處,便于線下水準進行聯測。

2.2 常規高速鐵路控制點測量方法

CP0 框架平面控制網應與國家A、B級GPS 點進行聯測,CPⅠ基礎平面控制網采用GPS 方法測量按照三角形或大地四邊形構網, 并與CP0 或國 家A、B 級GPS 點進行聯測。CPⅡ線路平面控制網采用GPS方法測量和導線測量方法進行, 并與CPⅠ控制點進行聯測。CPⅢ軌道控制網采用自由設站邊角交會法測量并與CPⅡ控制點進行聯測。線路水準基點和CPⅢ軌道控制網的高程采用國家二等水準測量或精密三角高程測量[4]。

3 既有線高速鐵路控制點測量遇到的問題

既有線高速鐵路CPⅡ控制點是沿線路兩側交叉布設,并聯測CPⅠ控制點構成平面控制網,如圖1 所示。

CPⅢ控制點是沿線路兩側成對對稱布設, 儀器架設在上下行線路中間,采用自由設站邊角交會的方法進行測量,并聯測線上兩側的CPⅡ控制點構成平面控制網,如圖2 所示。

CPⅢ控制點高程控制網是采用矩形環單程水準網進行測量,相鄰的4 個CPⅢ點構成一個閉合環,構成的水準網形如圖3所示。

綜合上圖所示,上、下行線路各自天窗特點是不允許在上、下行線路兩側來回走動, 常規CPⅡ、CPⅢ控制點測量方法在既有線高速鐵路實施中是不可行的,針對上述問題,本文提出采用CPⅡ、CPⅢ獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量的方法進行作業。

4 既有線高速鐵路CPⅡ、CPⅢ控制點測量方法

4.1 CPⅡ控制點測量方法

常規CPⅡ控制點是沿線路兩側交替布設,由于上、下行線路各自天窗時段特點對常規測量方法的限制, 既有線高速鐵路CPⅡ控制點需要沿線路兩側成對對稱布設,進行CPⅡ控制點測量時,我們需要上、下行線路的CPⅡ控制點各自與線下CPⅠ控制點單獨聯測、獨立計算,形成兩套獨立控制網,計算出的成果可以與CP0 框架平面控制網進行整合,并進行成果對比。這樣可以解決上、下行線路各自天窗時段所造成無法進行常規測量的限制,如圖4 所示。

4.2 CPⅢ控制點測量方法

既有線高速鐵路CPⅢ控制點也是需要沿線路兩側成對對稱布設,上、下行線路的CPⅢ控制點各自與線上CPⅡ控制點單獨聯測、獨立計算,操作方式與CPⅡ控制點測量方法基本一致。本文提出的獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量的方法可以有效解決上、下行線路各自天窗時段測量作業無法實施的難題,該方法將全站儀分別放置于鐵路單側運行線路的中間位置,僅對全站儀所在位置同一側的CPⅢ點進行觀測, 每個CPⅢ點應保證至少被觀測3 次,構成的平面控制網形。CPⅢ高程網測量也只能在鐵路的單側作業, 無法實施常規的矩形環單程水準網測量方法, 也要采用自由設站邊角交會單邊測量的邊角觀測值計算三角高程,構成的高程控制網形,如圖5 所示。

5 單邊測量精度對比

為了驗證CPⅡ、CPⅢ控制點測量運用獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量方法的可行性,在高速鐵路某試驗段,分別用常規測量方法和單邊測量方法進行觀測并對測量結果對比分析,如表1～4 所示。

由表1 可得,各項精度指標均滿足規范要求,并且對該段上、下行線路兩側CPⅡ控制點測量成果進行對比,兩種方法測量成果較差中誤差為0.6mm 和0.5mm,兩次測量成果基本一致。

由表2 可得,獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量CPⅢ控制網方法的自由網平差計算精度滿足相關規范的要求。

由表3 可得,各項精度指標均滿足規范要求,并且對該段上、下行線路兩側CPⅢ控制點測量成果進行對比,兩種方法測量成果較差中誤差為0.22mm 和0.29mm,兩次測量成果基本一致。

由表4 可知,采用獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量CPⅢ控制點高程網,測出邊角觀測值所計算的三角高程,各項精度指標均可滿足相關規范的要求,兩種方法測量成果較差中誤差為0.36mm和0.25mm, 兩次測量成果基本一致。

結束語

隨著我國高速鐵路的迅猛發展,既有線高速鐵路需要保持列車安全、不間斷地運行,導致常規測量控制網方法的不可行,采用獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量的方法,分別對既有線高速鐵路兩側的CPⅡ、CPⅢ控制網進行獨立的選點布設、數據采集、平差計算和數據整合,其各項精度指標都能滿足相關規范的要求,說明獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量CPⅡ、CPⅢ控制網的方法可行。適用于我國現階段部分鐵路無“垂窗”(上、下行均無列車通行)時段,僅能利用上、下行線路各自天窗時段進行運營維護或升級改造,無法采用常規的CPⅡ、CPⅢ控制網測量方法進行作業,使用獨立成網及自由設站邊角交會單邊測量CPⅡ、CPⅢ控制網的方法可以解決這個難題。

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