高速鐵路CPⅢ控制網的布設及測量

唐志國

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430061）

1 坐標概述

本文所述的高速鐵路是指速度大于或等于250km/h的營運鐵路和時速200km/h的無砟軌道交通。隨著我國京津、京滬、京廣等高速鐵路的全面開通，高速鐵路工程測量技術也隨之逐步完善。

無砟軌道在施工階段的測量精度影響著軌道的圓順度，在施工時，軌枕板鋪設必須達到設計線路的絕對坐標和相對坐標的要求。相對坐標是指線路的曲直形狀，表現為線路的圓順度，絕對坐標指的是線路的空間位置，表現為線路的空間三維存在。

1.1 線路的相對坐標

相對坐標是根據線路上鄰近兩點之間的相對位置來確定，控制因素就是要達到無砟軌道的圓順度要求。在標準軌距和軌頂高度差達到要求后，還要滿足軌道的豎曲線要求，當平、豎曲線圓滑之后，軌道施工就達到了目的。

1.2 線路的絕對坐標

絕對坐標由線路存在于三維獨立工程坐標系中的數據體現。由線路中心與鄰近構筑物的絕對位置來決定。線路的絕對坐標必須符合設計且與配套線下工程的三維坐標相適應。

高鐵的平面與高程控制網應能滿足線下、線上工程的施工需要，其控制網精度應高于各階段施工時測量所需的精度。在鋪設無砟軌道軌枕板的階段中，僅依靠CPⅠ、CPⅡ網來控制軌道的圓順是不夠的，我們還需要建立CPⅢ網來實現軌道的總體線形的正確。

2 控制網布設

平面控制網分為以下3級：I級為CPⅠ網，即基礎平面控制網，主要功能是在勘察和施工階段提供坐標起算基準；Ⅱ級為CPⅡ網，即線路平面控制網，功能是在勘察與施工階段提供施工基準；Ⅲ級為CPⅢ網，即軌道控制網，功能是為鋪設無砟軌道和后期軌枕板維護提供測量依據。

高程控制網：二等水準、CPⅢ精密水準。

2.1 CPⅠ、CPⅡ布設方法

簡單介紹下CPⅠ、CPⅡ的布設方法。CPⅠ沿線路走向布設，距中線50～1000m，每2km一個或一對點；CPⅡ距中線50～200m，點間距600～800m。

2.2 CPⅢ布設方法

（1）在布設CPⅢ點之前需要先進行加密點的布設。因為CPⅢ測量時須600～800m聯(lián)測一個高等級控制點，以滿足數據起算及平差要求，故應在線下工程完工后在線上按照同精度內插原則進行CPⅡ點和二等水準點加密，以保證可供聯(lián)測的高等級控制點，平面點間距不超過600～800m，高程點間距不超過2000m。

加密點編號采用7位數編號，前4位為線路里程數，第5～6位平面點為“P2”，水準點為“H2”，第7位為該公里范圍內流水號，如0123P21（0123H21），表示K123范圍內第1個加密CPⅡ（水準）點。

（2）CPⅢ點須成對布設，點對之間距離應控制在50～70m，特殊情況下也應小于80m。CPⅢ點應與軌面有一定的高差，以減少測量干擾，比軌面高0.3m為宜。CPⅢ點編號采用7位數編號，前4位為線路里程數，第5位為“3”，第6～7位為該公里范圍內流水號，線路前進方向左側流水號為奇數，右側為偶數。如0123301，表示K123范圍內左側第1個CPⅢ點。

2.3 CPⅢ點的元器件

CPⅢ點的元器件一般由預埋件、高程測量適配件、棱鏡連接適配件和棱鏡組成。CPⅢ元器件需具有以下特點：能夠強制性對中、保存時間長久、不易發(fā)生變形、尺寸小巧、便于測量。

3 CPⅢ控制網的測量

3.1 儀器要求

全站儀須滿足如下精度要求：

角度測量精度：≤1″。

距離測量精度：1mm+2ppm。

具有自動伺服馬達，能自動搜索棱鏡、測量并記錄數據的測量機器人為宜。

水準儀須滿足以下精度要求：

最低型號等級：DS1。

3.2 平面網測量方法

目前主流的平面網測量方法是自由測站邊角交會法。其流程為：設站后，以測站大小里程方向共6對12個（如聯(lián)測時則為13個）CPⅢ點為觀測對象，每個測站須重復觀測上個測站的8個CPⅢ點，并向前延伸4個CPⅢ點，這樣就可以保證每個CPⅢ點的觀測量大于或等于3次。測量示意圖如圖1所示。

圖1 CPⅢ自由測站邊角交會法

CPⅡ測量時設站點距CPⅢ點的距離不得超過180m，一般為150m，聯(lián)測CPⅡ點的最大距離小于300m。測距時必須進行氣象改正，溫度、濕度和氣壓參數要輸入儀器中。

CPⅡ平面網角度觀測指標要求如下：

水平角半測回的歸零差值≤6″；全測回的2C值互差≤9″；同一方向的各測回值互差≤6″。

距離觀測應與水平角觀測同步進行，測回間距離較差不大于1mm。

3.3 與CPⅡ控制點聯(lián)測

平面網宜每600m左右與加密點進行聯(lián)測，并通過至少連續(xù)的2站或以上測站進行觀測。

3.4 高程網測量

CPⅢ點之間的水準路線，宜采用形式如圖2所示。

圖2 CPⅢ高程網測量

CPⅢ點高程測量采用精密水準的精度要求，起終點閉合于水準加密點或二等水準點。測量時的精度要求如表1所示。

表1 水準測量等級指標限差

4 內業(yè)數據處理

（1）內業(yè)數據處理必須使用能與全站儀配套的數據處理軟件，該軟件必須通過鐵路總公司相關部門的評審鑒定。

測量數據平差前，需對原始數據進行質量核查。使用軟件對數據中的角度、邊長進行核查，不符合規(guī)范要求的數據要剔除并返工。經核查無誤達到規(guī)范要求后，將原始數據存檔，輸入軟件進行內業(yè)數據處理。

CPⅢ平面網平差首先要進行自由網平差，平差后須達到的精度要求是：角度改正值≤3″，邊長改正值≤2mm，然后再進行約束網平差。

約束網平差之后須達到的精度要求如表2所示。

表2 CPⅢ平面約束網精度指標

（2）高程測量的原始數據須輸入軟件進行核查，不合格數據要返測。原始數據滿足規(guī)范要求后進行平差處理。

（3）網段間接邊時，重疊接邊點的坐標、高程不符值須小于或等于3mm。達到精度要求后，后一網段平差時，平面起算點坐標采用本段聯(lián)測的高等級點及前一網段接邊處連續(xù)的2～6個CPⅢ點的坐標。已知高程點均參與平差計算。

5 CPⅢ施測注意事項

5.1 結構物的穩(wěn)定

需測量CPⅢ的地段應等待沉降期結束，基礎穩(wěn)固之后再進行建網工作。CPⅢ網的長度設置，視現場情況而定，宜長不宜短，4～8km即可，盡量減少接邊。同一網段內的測量最好在一段時間內連續(xù)完成，不要間隔太久。

5.2 平面數據采用氣象元素改正問題

CPⅢ網的精度指標高，在建網時必須進行濕度、溫度和氣壓改正。氣溫測量使用靈敏度高的水銀溫度計，氣壓測量采用空盒氣壓計，濕度測量使用指針式干濕計。

5.3 CPⅢ測量的環(huán)境要求

為提高施測效率，減少返工，應高度重視施測環(huán)境。一般應在夜間作業(yè)，并且應盡量在無塵、無震動、無遮擋的情況下開展作業(yè)，減小不利環(huán)境因素對測量精度的影響。

5.4 高等級控制點的管理

高等級點在CPⅢ網的接邊、復測和后期運營維護起著至關重要的作用，故應做好管理工作，需將詳細資料通知施工單位并提醒其加強保護。

6 結語

以上就是高速鐵路CPⅢ控制網的布設及測量流程，希望能為從事此項工作的同仁們提供參考價值。