柳南鐵路CPⅠ變更測量分析

劉 凱

(中鐵二院測繪工程設(shè)計研究院，四川 成都 610031)

0 引 言

新建柳州至南寧客運專線(以下簡稱柳南鐵路)按Ⅰ級鐵路標準建設(shè)，設(shè)計速度250 km/h，全線為有砟軌道。線路起自廣西柳州市，經(jīng)來賓、黎塘，止于南寧市，線路全長約193.6 km，南寧-黎塘段與南廣客運專線并行。2008年5月，柳南鐵路CPⅠ建網(wǎng)時，按《時速200～250公里有砟軌道鐵路工程測量指南(試行)》[1](以下簡稱《指南》)技術(shù)要求建立。TB10601-2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》[2](以下簡稱《規(guī)范》)自2009年12月1日起施行，適用于新建250～350 km/h的高速鐵路工程測量。柳南鐵路既有CPⅠ不能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》的要求，需要進行變更測量。2011年9月，中鐵二院工程集團有限責任公司完成了柳南鐵路精測網(wǎng)變更測量工作。

1 柳南鐵路既有CPⅠ評價

1.1 《指南》與《規(guī)范》CPⅠ主要技術(shù)要求對比

《指南》與《規(guī)范》中CPⅠ的主要技術(shù)要求對比情況如表1所示。

相對于《指南》 ，《規(guī)范》將投影長度變形值從25 mm/km提高到了10 mm/km；將控制網(wǎng)從C級GPS測量要求提高到了二等GPS測量要求。

表1 《指南》與《規(guī)范》CPⅠ技術(shù)要求對比表

1.2 柳南鐵路既有CPⅠ介紹

柳南鐵路既有CPⅠ采用工程獨立坐標系，1954年北京坐標系參考橢球，高斯投影，劃分為兩個投影帶，中央子午線分別為108°30′、109°00′；投影高程面正常高112 m.經(jīng)計算，邊長最大投影差為14.6 mm/km.既有CPⅠ按C級GPS點觀測要求觀測，基線邊方向最大中誤差為1.37″，最弱邊相對中誤差為1/124150，滿足《指南》要求。

1.3 柳南鐵路既有CPⅠ評價

柳南鐵路既有CPⅠ無法滿足《規(guī)范》的精度要求，主要存在以下問題[3]：

1) 柳南鐵路既有CPⅠ投影帶中央子午線分別為東經(jīng)108°30′、109°00′，邊長最大投影差為14.6 mm/km，不能滿足《規(guī)范》投影長度變形值不宜大于10 mm/km的要求。

2) 柳南鐵路既有CPⅠ按C級GPS點要求觀測，觀測時段數(shù)、時段時長達不到《規(guī)范》中的二等GPS點要求；基線邊方向最大中誤差1.37″、最弱邊相對中誤差為1/124150，無法滿足《規(guī)范》中CPⅠ基線邊方向最大中誤差1.3″、最弱邊相對中誤差為1/180000的要求。

3) 部分隧道出入口、長大橋梁處未布設(shè)CPⅠ控制點，個別CPⅠ控制點被破壞，無法滿足施工及監(jiān)測要求。

2 柳南鐵路CPⅠ變更測量

2.1 投影帶劃分

根據(jù)《規(guī)范》投影長度變形值不宜大于10 mm/km要求，重新劃分投影帶。共劃分三個投影帶，中央子午線為東經(jīng)108°30′、109°00′、109°30′.

2.2 柳南鐵路變更 CPⅠ測量

變更CPⅠ應(yīng)全線一次布網(wǎng)，統(tǒng)一測量，整體平差。測量前，對原CPⅠ控制點進行現(xiàn)場踏勘，對于點位穩(wěn)固、位置合理的CPⅠ控制樁直接利用；當沿線路每4 km左右及長大隧道進出口、長大橋梁等重點工點沒有CPⅠ控制點時，按《規(guī)范》埋石標準補設(shè)CPⅠ控制點。 與原CPⅠ相同，變更CPⅠ采用邊聯(lián)結(jié)方式構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)。

柳南鐵路變更CPⅠ采用12臺雙頻GPS接收機(標稱精度為±5 mm+1 ppm)按靜態(tài)相對定位模式進行測量，按《規(guī)范》中二等GPS控制網(wǎng)測量要求，每條邊觀測時段數(shù)≥2，有效時段長度≥90 min，衛(wèi)星高度角≥15°，接收機采樣間隔為15 s，PDOP值均≤6[2].

2.3 數(shù)據(jù)處理及精度評定

2.3.1 基線向量結(jié)算

柳南鐵路變更CPⅠ基線解算采用TGO軟件，用衛(wèi)星廣播星歷按靜態(tài)相對定位模式進行。解算前對原始觀測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除觀測質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)；對不理想的解算成果采用改變衛(wèi)星高度角、刪除觀測值殘差比較大的時段、選取不同的參考衛(wèi)星等方法進行干預(yù)，并重新解算[4]。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環(huán)閉合差統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環(huán)閉合差最大為BCPⅠ～CPⅠ50～CPⅠ48，其閉合差為53.4 mm，環(huán)長25 905 m，限差為±89.8 mm，其余基線向量閉合環(huán)閉合差同樣滿足限差要求。

表2 變更CPⅠ基線向量網(wǎng)閉合環(huán)閉合差統(tǒng)計表

柳南鐵路變更CPⅠ重復(fù)觀測基線長度較差統(tǒng)計，如表3所示。

表3 變更CPⅠ重復(fù)觀測基線長度較差統(tǒng)計表

《規(guī)范》要求同一邊不同觀測時段基線較差ds≤±2σmm，變更CPⅠ重復(fù)觀測基線長度較差最大為CPⅠ131～CPⅠ136：較差為26.5 mm，邊長為8 690.2 m，限差為±28.4 mm，其余基線向量同樣滿足限差要求。

2.3.2 三維無約束平差

柳南鐵路變更CPⅠ測量平差及坐標轉(zhuǎn)換均采用中鐵二院工程集團有限責任公司與西南交通大學(xué)共同研制的ESGPS software軟件包進行。

以CPⅠ128的WGS84坐標為起算數(shù)據(jù)，進行三維無約束平差。經(jīng)過三維無約束平差計算，基線向量各分量的改正數(shù)絕對值 (VΔx、VΔy、VΔz)均滿足《規(guī)范》的要求。

2.3.3 二維約束平差

先進行點位踏勘，選擇點位穩(wěn)定，可靠性高且均勻分布的CPⅠ01、CPⅠ02、CPⅠ115、CPⅠ134、CPⅠ135、CPⅠ138、CPⅠ59作為已知點。 在二維約束平差前，對已知點的可靠性進行檢驗。以CPⅠ01為起算點，進行三維無約束平差，得到其它6個控制點坐標，計算7點之間的邊長、方位角，與原測邊長、方位角進行比較。經(jīng)計算，最大邊長相對中誤差為1/590623，最大方位角較差0.2″，均對應(yīng)CPⅠ135～CPⅠ138.選擇的已知點間邊長相對中誤差滿足≤1/250000的要求，可作為變更CPⅠ二維約束平差的已知點。

柳南鐵路變更CPⅠ測量二維約束平差精度統(tǒng)計結(jié)果如表4所示。

表4 變更CPⅠ二維約束平差精度統(tǒng)計表

從表4可以看出，柳南鐵路變更CPⅠ最弱邊方位角中誤差、最弱邊邊長相對中誤差均能滿足《規(guī)范》中CPⅠ基線邊方向中誤差≤1.3″、最弱邊邊長相對中誤差≤1/180000的精度要求。

2.4 既有CPⅠ與新CPⅠ比較分析

變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進行比較，兩者點位較差最大為CPⅠ60(ΔX：41.4 mm，ΔY：50.2 mm)，點位較差最小為CPⅠ139(ΔX：-1.8 mm，ΔY：4.2 mm)，具體統(tǒng)計如表5所示。

表5 變更CPⅠ與既有CPⅠ點位較差統(tǒng)計表

變更CPⅠ與既有CPⅠ個別控制點點位較差較大，主要原因是提高了CPⅠ觀測等級以及平差所用已知點不相同。變更CPⅠ成果通過了技術(shù)評審，后續(xù)施工時采用本次變更成果。

3 結(jié)束語

在柳南鐵路變更CPⅠ測量項目中，分析了《指南》與《規(guī)范》中CPⅠ測量要求的區(qū)別及既有CPⅠ存在的問題，針對存在的問題，對既有CPⅠ進行了升級變更。根據(jù)基線向量精度、三維無約束平差精度、二維約束平差精度及變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進行比較情況，表明變更CPⅠ滿足《規(guī)范》中規(guī)定的二等GPS要求。

同樣，《規(guī)范》中的CPⅡ要求相對《指南》要求也有了提高?！吨改稀芬驝PⅡ可以采用D級GPS或四等導(dǎo)線要求觀測，而《規(guī)范》中規(guī)定CPⅡ須按三等GPS或三等導(dǎo)線要求觀測。根據(jù)客運專線鐵路精密工程測量“三網(wǎng)合一”及平面控制網(wǎng)“三級布設(shè)”的原則[5]，應(yīng)根據(jù)變更CPⅠ成果，對既有CPⅡ成果進行變更。

[1] 中華人民共和國鐵道部.時速200～250 km有砟軌道鐵路工程測量指南(試行)[R]. 鐵道部建設(shè)管理司, 2007.

[2] 中鐵二院工程集團有限公司.TB10601-2009.高速鐵路工程測量規(guī)范[S].中華人民共和國鐵道部，2009.

[3] 賈陳君.膠濟客運專線精控網(wǎng)的分析處理[J].常州工學(xué)院學(xué)報,2010,23(6):25-29.

[4] 盧 榮,林 鴻.GZCORS在花莞高速公路首級控制測量中的應(yīng)用 [J].城市勘測,2012(4):118-120.

[5] 丁建華.高速鐵路工程測量特點[J].鐵道勘察,2009(5):1-4.