對鐵路施工期線上GNSS網更新原則的探討

王作鈺

（1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

我國的鐵路工程平面測量系統一般在框架網（CP0）的基礎上分3級布設，分別為基礎平面控制網（CPⅠ）、線路平面控制網（CPⅡ）和軌道控制網（CPⅢ）[1]。CPⅢ控制點布設于線上，以便軌道施工和精調，且要求每隔約600 m聯測一個上級控制點，而線下的CPⅠ、CPⅡ控制點因遮擋很難被全站儀觀測到，因此為滿足CPⅢ的觀測需求，通常在線下工程完工并通過沉降評估后再將CPⅡ控制點加密至線上。一般橋梁、路基段加密CPⅡ采用GNSS觀測，隧道段采用導線或自由測站法觀測。橋梁段加密點左右交替設置在固定支座上方的防撞墻上，路基段加密點沿線路左右交替布設在限界內便于CPⅢ控制網聯測的位置，隧道段加密點設置在電纜槽頂面，這樣既有利于點位的保護，又便于CPⅢ控制網的聯測。

根據TB 10101-2018《鐵路工程測量規范》[2]的相關要求，在長鋼軌精調前，CPⅠ、洞內CPⅡ、線上加密CPⅡ、CPⅢ、線路水準基點和線上加密水準點應復測一次，線上加密CPⅡ復測后應根據評判標準確定最終成果，用于長鋼軌精調。

1 平面控制網復測評判標準

TB 10101-2018《鐵路工程測量規范》[2]在原規范的基礎上進行了修訂，其中平面控制網復測完善了以下方面：①平面控制網增加了測量等級，并對對應等級復測坐標之差設置了限差要求；②根據相鄰點的邊長，劃分不同等級平面控制網坐標增量之差的相對精度（簡稱相對精度）的限差；③明確了各階段平面控制網復測成果的采用原則。

線上加密CPⅡ一般采用二維平面坐標， GNSS觀測時的評判方法為雙限差法，即根據兩期絕對坐標之差與相對精度進行評定[3-4]。具體的限差要求如表1所示[2]。

表1 GNSS平面控制網復測坐標較差限差要求

相對精度的計算公式為：

式中，S為相鄰點原測二維平面距離；ΔXij、ΔYij分別為相鄰點i與j之間原復測二維坐標差之差[5]。

復測結果與最近一次成果分析不滿足評判標準時，應進行二次復測，并查明原因，采用同精度內插的方法更新成果[1]。GNSS復測相鄰點間坐標增量之差的相對精度限差如表2所示。

表2 GNSS復測相鄰點間坐標增量之差的相對精度限差

2 案例分析

南通至上海鐵路一期工程（滬通一期）正線長約為137 km，線路起點在寧啟線南通市平東站接軌，向南以橋梁方式跨越長江，經蘇州市太倉市站向東，終點引入既有滬寧鐵路安亭站，為國家Ⅰ級客貨共線雙線鐵路。旅客列車設計行車速度為200 km/h，軌道類型為有砟，本項目無隧道工程。根據項目的軌道類型以及設計速度目標值，線上加密CPⅡ測量執行規范GNSS平面四等技術要求。

按照施工進度，線上加密CPⅡ于2017年底開始建網，2020年2月底—3月底完成復測。由于加密CPⅡ布設于線上，因此點間距易于控制，一般約為600 m。加密CPⅡ以復測的線下CPⅠ作為起算點，按照評判標準開展分析。本文通過分析滬通一期線上GNSS點復測情況發現，以下情況需進一步探討成果的采用：

1）案例一：原復測坐標之差超限，而相對精度不超限。觀測數據分析如表3所示，可以看出，C點的復測與建網坐標較差超過15 mm的限差要求，而本段控制點的相對精度滿足限差1/40 000的要求。經再次復測確認，C點坐標需要更新，更新后最終成果與原坐標的差值為ΔX=7.4 mm、ΔY=-5.0 mm。擴展至無砟軌道，若按該方案更新，更新后該點附近的CPⅢ點將可能跟隨其變化趨勢，這將對無砟軌道施工帶來不利影響。

表3 案例一觀測數據的分析

2）案例二：出現連續超限的情況。觀測數據分析如表4所示，可以看出，根據評判標準，本組數據雙限差均存在不滿足限差的情況，此時有兩種更新方案：本段成果全部更新；選擇部分坐標差值較小的點作為同精度內插的已知點進行局部更新。兩種方法均滿足評判標準要求，但最終成果有較大區別。

表4 案例二觀測數據的分析

3）案例三：原復測坐標較差值小，但相對精度超限。觀測數據分析如表5所示，本組數據在復測時較常見，滬通線按四等評判標準無需更新，但擴展至無砟軌道，復測坐標較差在5 mm以內，而相對精度超過三等限差1/60 000的復測評判標準，成果應更新。由于本組數據坐標較差均較小，因此出現需討論更新A點還是B點的情況。

表5 案例三觀測數據的分析

3 線上GNSS網更新原則的優化

由上述案例可知，除了施工過程中對點位的破壞、擾動以及加載造成點位的變化外，主要是由GNSS定位誤差導致的成果變化。GNSS的定位誤差主要分為3大類：GNSS信號的自身誤差和人為誤差；信號從衛星傳播到用戶接收天線的傳播誤差；接收機所產生的GNSS信號測量誤差[6]。復測結果與最近一次觀測成果較差超限的通過二次復測進行確認，可判斷建網成果是否存在較大的誤差。排除建網誤差因素后，加密CPⅡ的更新除評判標準外，還應考慮CPⅢ控制網的復測情況，以保持CPⅢ基準的統一、減小精調工作量[7]。線上GNSS網更新原則的優化方法為：

1）坐標較差小的CPⅡ不更新。若位于本應更新的CPⅡ附近的CPⅢ控制點建網與復測的坐標較差與相鄰點坐標增量較差不超限，則不應因CPⅡ的相對精度超限而進行更新。

2）當出現案例一類似的情況，則可能是由于復測與建網的網形不同而導致坐標較差呈漸變特征。若CPⅡ采用原成果，CPⅢ控制點建網與復測的坐標較差與相鄰點坐標增量較差不超限，則應按照CPⅡ復測原則，在該段中選擇一個穩定可靠并滿足約束點間相對精度的CPⅡ作為約束點，從而不更新CPⅡ點成果。

3）經現場核實確實存在施工造成的點位變化的，采用GNSS對超限點進行更新。若更新后CPⅡ附近的CPⅢ控制點建網與復測的坐標較差仍超限，則可能是由于GNSS系統誤差導致與CPⅢ網的坐標變化不完全一致，此時擬采用CPⅢ控制網自由測站數據，通過其他CPⅡ以及需要更新CPⅡ點附近的CPⅢ反算該點坐標，再利用更新后的CPⅡ進行CPⅢ控制網計算。這種情況在無砟軌道施工時表現得更為突出，無砟軌道底座完成后無法調整，若CPⅡ更新與CPⅢ建網成果不一致，扣件的調整量不能滿足平順性要求或無余量，均對無砟軌道施工和后期維護不利。

還有一種特殊的情況，即線上CPⅡ滿足評判標準要求，但CPⅢ控制網復測與建網出現超限的情況，主要表現為坐標較差的變化。分析其原因可能是，CPⅡ點因施工或荷載變化發生了少量變化，但GNSS復測表現為無需更新，采用全站儀進行CPⅢ復測時則表現為坐標較差超限的情況。這種情況雖然不會帶來較大的影響，但增加了軌道精調的工作量，因此也建議采用CPⅢ控制網數據對CPⅡ進行更新。

4 結 語

線上加密CPⅡ復測評判標準確定的復測成果將作為CPⅢ復測的基準，直接影響軌道精調。本文通過對滬通鐵路線上CPⅡ復測數據的分析，對復測評判標準進行了優化，得出應根據不同的軌道類型以及CPⅢ復測的成果分析來確定線上CPⅡ的成果采用情況的結論。由于規范沒有進一步說明兩次復測成果較差在何種情況下應更新原測坐標成果[8]，因此二次復測如何判定，數據如何使用仍需進行理論推導與實踐總結。隨著北斗技術的發展與應用，可實時提供精測網最精確的觀測成果，線上加密CPⅡ不存在復測的周期[9]也將成為現實。