高速鐵路工程測量技術存在問題及解決措施

摘 要：高速鐵路工程測量是確保高鐵工程質(zhì)量和運營安全的關鍵環(huán)節(jié)，其精度要求和技術難度遠超常規(guī)鐵路工程測量。目前我國高速鐵路建設規(guī)模持續(xù)擴大，對測量技術的要求不斷提高。本文以高速鐵路工程測量技術為切入點，系統(tǒng)分析了當前測量工作中存在的設備陳舊、維護不規(guī)范、GPS測量誤差、控制網(wǎng)精度不足以及管理體系不完善等問題。針對這些問題，提出了設備更新升級、完善維護制度、改進測量技術和優(yōu)化管理體系等系統(tǒng)性解決方案。旨在為提升高速鐵路工程測量技術水平，保障高鐵工程質(zhì)量和運營安全提供理論依據(jù)和技術支撐。

關鍵詞：高速鐵路 工程測量 測量技術 質(zhì)量控制

高速鐵路作為現(xiàn)代化交通運輸體系的重要組成部分，對工程建設質(zhì)量有著極其嚴格的要求。由于高鐵運行速度快、軌道平順性要求高，其工程測量精度直接影響軌道幾何形態(tài)和列車運行安全。工程測量貫穿于高鐵建設的全過程，從前期勘測設計、施工放樣到運營維護，都需要依靠高精度的測量技術支撐。然而，在我國高鐵快速發(fā)展的背景下，測量技術的應用仍存在諸多問題，影響工程質(zhì)量和施工效率。因此，系統(tǒng)研究高鐵工程測量技術問題并提出相應解決方案，對提升高鐵工程建設水平、保障運營安全具有重要的理論價值和實踐意義。

1 高速鐵路工程測量的基本要求

1.1 精度要求

高速鐵路工程測量對精度的要求遠超常規(guī)鐵路工程，這體現(xiàn)在軌道幾何參數(shù)的嚴格控制標準上。在軌道基礎測量中，水平方向點位中誤差需控制在±2mm范圍內(nèi)，高程測量中誤差則要求更為嚴苛，必須控制在±1mm以內(nèi)。無砟軌道工程由于其特殊性，對軌道幾何尺寸提出了更高要求：軌距偏差需嚴格限制在+4mm至-2mm之間，水平和高程方向的軌向偏差均需保持在±4mm范圍內(nèi)。這種精密級別的測量要求貫穿于路基、橋梁、隧道等工程建設的全過程，其精度直接決定了軌道的平順性與穩(wěn)定性，進而影響高速列車的安全運營和乘坐舒適度。

1.2 測量內(nèi)容

高速鐵路工程測量貫穿于工程建設的全過程，涵蓋了多個關鍵環(huán)節(jié)的精密測量工作。在前期勘測階段，需進行控制測量網(wǎng)的建立，包括CP1基礎控制網(wǎng)、CP2加密控制網(wǎng)及CP3軌道控制網(wǎng)的布設。施工階段的測量工作主要集中在路基、橋梁、隧道等土建工程的幾何放樣與變形監(jiān)測，以及軌道精調(diào)中的幾何參數(shù)測量。運營維護階段則重點進行軌道幾何狀態(tài)檢測，通過對軌距、水平、高程、軌向等參數(shù)的定期測量評估，確保軌道線形持續(xù)滿足設計要求。這種全方位的測量體系構成了高鐵工程質(zhì)量控制的基礎保障。

1.3 技術規(guī)范

高速鐵路工程測量技術規(guī)范體系由國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準構成，形成了完整的技術標準框架。現(xiàn)行的《高速鐵路工程測量規(guī)范》對測量基準、控制網(wǎng)布設、測量方法與精度要求等作出了明確規(guī)定。在儀器設備選用方面，全站儀測角精度需達到1″，測距精度應優(yōu)于1+1ppm×D mm；GNSS接收機定位精度需達到平面±（5+1×10-6×D）mm，高程±（10+1×10-6×D）mm。測量控制網(wǎng)建設中，基準點間距離不應超過2km，相鄰控制點的高差測量閉合差需滿足3√L mm的精度要求。這些具體規(guī)范為高鐵工程測量提供了嚴格的技術依據(jù)。

2 高速鐵路工程測量中存在的主要問題

2.1 測量設備方面的問題

2.1.1 設備陳舊和精度不足

當前高鐵工程測量中普遍存在測量設備更新滯后的問題。部分工程單位仍在使用超過使用年限的全站儀和水準儀，這些設備的測角精度已無法達到規(guī)范要求的1″標準，測距精度也難以滿足1+1ppm×D mm的基本要求。老舊GPS接收機在復雜地形條件下定位精度嚴重衰減，難以保證控制測量的±（5+1×10-6×D）mm平面精度。設備精度不足導致測量數(shù)據(jù)可靠性下降，增加了返工概率，影響施工進度。這種設備落后的現(xiàn)象在一些中小型施工單位尤為突出，其根源在于設備更新投入不足與質(zhì)量意識淡薄。

2.1.2 設備維護和校準不規(guī)范

高精度測量儀器的維護和校準制度缺失已成為影響測量質(zhì)量的重要因素。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分工程項目缺乏專業(yè)的設備管理人員，測量儀器經(jīng)常出現(xiàn)隨意存放、粗暴搬運等現(xiàn)象，導致儀器光學系統(tǒng)和機械結(jié)構受損。根據(jù)規(guī)范要求，全站儀和水準儀應每半年進行一次檢校，GNSS接收機天線相位中心偏差需定期標定，然而實際執(zhí)行率卻仍然比較低[1]。更嚴重的是，許多施工單位未建立儀器檢定檔案，無法追溯設備性能變化，這直接危及測量數(shù)據(jù)的可靠性和工程質(zhì)量的保證體系。

2.2 測量技術應用方面的問題

2.2.1 GNSS測量誤差問題

GNSS測量在高鐵工程控制網(wǎng)建設中面臨多源誤差疊加的技術難題。衛(wèi)星信號在傳播過程中受到電離層延遲、對流層折射等因素影響，導致偽距觀測值產(chǎn)生5—15m的系統(tǒng)誤差。多路徑效應在橋梁、隧道等特殊地形條件下尤為顯著，造成載波相位測量偏差達到5—10mm。基線解算中，固定解率普遍較低，浮點解在長基線測量中的精度衰減現(xiàn)象嚴重。此外，接收機鐘差和衛(wèi)星星歷誤差的累積效應，也使得網(wǎng)形調(diào)整的整體精度難以滿足控制測量的技術要求。

2.2.2 控制網(wǎng)測量誤差問題

高鐵控制網(wǎng)測量中的誤差傳播問題日益突出。在水平和高程控制網(wǎng)建設過程中，由于觀測環(huán)境復雜、施工干擾頻繁，導致測量精度難以達到規(guī)范要求。特別是在山區(qū)地形條件下，受視線通視條件限制，測站布設不夠合理，造成網(wǎng)形結(jié)構強度不足。同時，觀測值的權值確定缺乏科學依據(jù)，網(wǎng)形平差計算中存在較大隨機誤差。這些問題在長距離測段和轉(zhuǎn)向角處表現(xiàn)尤為明顯，幾何精度衰減顯著。控制網(wǎng)精度的降低直接影響后續(xù)軌道精調(diào)的基準可靠性，增加了工程質(zhì)量隱患。

2.3 測量管理體系方面的問題

2.3.1 質(zhì)量控制體系不完善

高鐵工程測量質(zhì)量控制體系存在明顯缺陷。當前測量工作缺乏全過程質(zhì)量監(jiān)管機制，測量方案審批流程形同虛設，外業(yè)觀測記錄填寫不規(guī)范。測量數(shù)據(jù)的采集、處理與存檔管理混亂，原始數(shù)據(jù)備份不完整，成果文件追溯困難。部分施工單位未建立專門的測量質(zhì)檢小組，質(zhì)量驗收走過場，自檢、互檢制度執(zhí)行不到位[2]。測量人員的技術交底和培訓工作落實不足，導致作業(yè)標準不統(tǒng)一，施工過程中頻繁出現(xiàn)返工和質(zhì)量事故。這種管理體系的缺失嚴重影響測量工作的規(guī)范性和可靠性。

2.3.2 專業(yè)人才培養(yǎng)不足

高鐵工程測量領域面臨嚴重的人才短缺問題。目前從事測量工作的技術人員中，具備專業(yè)背景和資格證書的比例偏低，多數(shù)測量人員缺乏系統(tǒng)的理論知識和實踐經(jīng)驗。施工單位對測量人員的繼續(xù)教育投入不足，專業(yè)技能培訓流于形式，導致測量人員難以適應新技術的應用要求。測量隊伍人員流動頻繁，工作經(jīng)驗難以積累，特別是在關鍵崗位上，資深測量工程師緊缺現(xiàn)象突出。同時，測量人員的薪資待遇與其技術要求不匹配，職業(yè)發(fā)展空間受限，造成人才流失現(xiàn)象普遍，影響測量工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

3 高速鐵路工程測量問題的解決措施

3.1 測量設備的優(yōu)化措施

3.1.1 設備更新與升級方案

高鐵工程測量設備的更新升級需要建立科學的評估體系。通過對現(xiàn)有測量設備性能進行全面評估，重點檢測精度穩(wěn)定性、系統(tǒng)誤差大小和關鍵部件磨損程度，制定分類分級的更新計劃，優(yōu)先淘汰超期服役且精度明顯下降的設備。在新設備采購方面，應著重選用具備自動化校準功能和數(shù)據(jù)實時傳輸能力的全站儀、配備雙軸傾斜補償系統(tǒng)和數(shù)字氣泡的高精度數(shù)字水準儀以及支持北斗、GNSS、GLONASS多模多頻的GNSS接收機。同時，加大對三維激光掃描儀、慣性測量系統(tǒng)、無人機攝影測量系統(tǒng)等新型測量設備的引進力度，提升測量自動化和智能化水平。設備采購后需建立完整的設備檔案，包括技術參數(shù)、檢定證書、使用記錄等信息，實行動態(tài)管理和定期評估機制，確保測量設備的技術性能持續(xù)滿足工程建設精度要求。

3.1.2 設備管理與維護制度建設

高鐵工程測量設備的管理維護體系需要制度化與規(guī)范化。建立專門的設備管理部門，配備具有豐富經(jīng)驗的專業(yè)技術人員負責測量儀器的日常保養(yǎng)與定期檢校工作。制定詳細的設備使用管理規(guī)程，從設備采購、驗收、建檔開始，明確儀器領用、運輸、存放等各個環(huán)節(jié)的責任人及操作規(guī)范。設備檢校計劃應與施工進度緊密銜接，建立月度檢校計劃，通過專業(yè)檢測機構進行定期檢定。建立完善的設備技術檔案，詳細記錄每臺儀器的檢校結(jié)果、性能變化情況和維修保養(yǎng)記錄，實現(xiàn)設備全生命周期管理。針對全站儀、水準儀、GNSS接收機等不同類型測量儀器的特點，開展差異化的維護保養(yǎng)培訓，制定專項保養(yǎng)手冊，提高操作人員的設備維護意識和技術水平。完善的設備管理制度將有效保障測量設備的穩(wěn)定運行，確保測量成果的可靠性和精確度。

3.2 測量技術的改進措施

3.2.1 GNSS測量誤差控制方法

GNSS測量誤差的控制需采用系統(tǒng)化的技術方案。通過科學分析衛(wèi)星運行規(guī)律和電離層活動特征，優(yōu)化觀測時段選擇，避開電離層活動強烈期和衛(wèi)星幾何分布不良時段，有效減少大氣折射影響。在基準站布設時充分考慮地形條件和周邊環(huán)境因素，選擇通視良好且遠離高壓線、通信基站等電磁干擾源的位置，同時采用抗多路徑天線和合理的天線高度設置，有效降低多路徑效應。觀測過程中采用長時間靜態(tài)測量方式，合理設置采樣間隔和衛(wèi)星截止高度角，結(jié)合載波相位雙差改正技術，提高基線解算精度。同時引入IGS精密星歷數(shù)據(jù)和區(qū)域電離層延遲改正模型，采用對流層改正參數(shù)估計方法，降低衛(wèi)星軌道誤差和大氣延遲影響。通過建立完善的數(shù)據(jù)預處理和質(zhì)量評估體系，運用方差分量估計和殘差分析技術，剔除周跳和異常觀測值，確保網(wǎng)形調(diào)整成果的可靠性和精確性。

3.2.2 控制網(wǎng)測量精度提升方案

高鐵控制網(wǎng)測量精度的提升需要從網(wǎng)形結(jié)構優(yōu)化入手，通過科學分析地形條件和施工特點，合理布設測站位置，加強網(wǎng)形幾何強度。在關鍵控制點處增設檢核點，通過附合觀測提高網(wǎng)形可靠性，確保控制點分布均勻合理。在觀測技術方面，采用高精度全站儀進行邊角測量，配合數(shù)字水準儀完成高程控制，同時嚴格執(zhí)行氣象改正，選擇合適觀測時段以降低大氣折射影響。通過增加觀測次數(shù)、采用對稱觀測法等手段有效控制系統(tǒng)誤差，特別在轉(zhuǎn)向段和長距離測段應適當加密觀測，建立交叉檢核機制。數(shù)據(jù)處理時應建立科學的平差計算模型，運用方差分量估計技術合理確定觀測值權值，采用嚴密平差方法進行網(wǎng)形調(diào)整。同時引入粗差探測機制，結(jié)合殘差分析技術評估觀測成果質(zhì)量，通過迭代計算優(yōu)化平差結(jié)果，確保控制網(wǎng)測量成果的可靠性和精確性。

3.3 測量管理體系的完善措施

3.3.1 建立健全質(zhì)量控制體系

高鐵工程測量質(zhì)量控制體系的建立需從組織架構入手，成立專門的測量質(zhì)量管理部門，配備經(jīng)驗豐富的專業(yè)技術人員。通過制定完善的測量方案審批制度和質(zhì)量控制標準，建立測量數(shù)據(jù)采集、處理、存檔的規(guī)范化管理機制。在施工現(xiàn)場設立測量質(zhì)檢小組，負責成果驗收和質(zhì)量評估，實行分級管理制度。建立測量數(shù)據(jù)追溯機制，對原始記錄、計算成果和技術文件實行統(tǒng)一編號管理。通過建立測量作業(yè)指導書，規(guī)范儀器檢校要求、觀測方法和數(shù)據(jù)處理流程。實行崗前培訓制度，定期開展技術交底，建立測量質(zhì)量評價體系，將精度指標、規(guī)范性、可靠性納入考核范圍。通過定期質(zhì)量檢查和技術總結(jié)，持續(xù)改進測量質(zhì)量管理水平。

3.3.2 加強專業(yè)人才培養(yǎng)

高鐵工程測量人才培養(yǎng)體系建設需要從長遠發(fā)展角度規(guī)劃。施工單位應與高等院校建立產(chǎn)學研合作關系，開展定向培養(yǎng)計劃，為測量團隊輸送專業(yè)人才。通過建立職業(yè)發(fā)展通道，設置專業(yè)技術職級，明確晉升標準和薪資體系。制定科學的人才引進政策，采用具有競爭力的薪酬方案，吸引和留住優(yōu)秀人才。注重建立測量技術創(chuàng)新團隊，鼓勵開展新技術研究應用。通過定期組織專業(yè)培訓和專家講座，使測量人員掌握新技術方法。開展技能競賽活動，搭建交流平臺，促進經(jīng)驗分享。建立導師帶徒制度，發(fā)揮資深工程師的傳幫帶作用。加強與儀器廠商合作，開展設備專業(yè)培訓，提高操作維護水平。

4 結(jié)語

綜上所述，高鐵工程測量工作面臨設備老化、誤差控制不足和管理體系不完善等問題，這些問題制約著高鐵工程建設質(zhì)量和施工效率的提升。高鐵工程測量質(zhì)量直接關系到鐵路運營安全和列車運行穩(wěn)定性，對保障高鐵工程建設質(zhì)量具有重要意義。應從測量設備更新升級、測量技術改進和管理體系完善三個方面著手，通過建立健全設備管理制度、優(yōu)化測量技術方案、完善質(zhì)量控制體系和加強人才培養(yǎng)等措施，全面提升測量工作水平。這些改進措施的實施將有效提高測量精度和工作效率，確保測量成果的可靠性，為高鐵工程建設提供更加精確的幾何控制基準，最終實現(xiàn)高鐵工程建設質(zhì)量和運營安全的全面提升。

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