高鐵精密控制網(wǎng)布設(shè)與觀測(cè)

胡曉輝

【摘 要】本文主要分析了高鐵精密控制網(wǎng)的布設(shè)問題，分析了高鐵精密控制網(wǎng)應(yīng)該如何更好的進(jìn)行布設(shè)，分析了布設(shè)的方法和要點(diǎn)，最后，論述了控制網(wǎng)的觀測(cè)方法和精度分析。

【關(guān)鍵詞】高鐵；精密控制網(wǎng)；布設(shè)；觀測(cè)；精度分析

一、前言

我國(guó)高鐵線路發(fā)展迅速，在高鐵事業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí)，高鐵精密控制網(wǎng)的布設(shè)成為了其中一個(gè)極為關(guān)鍵的工作，只有做好了精密控制網(wǎng)的布設(shè)工作，才能夠?yàn)楦哞F安全運(yùn)行提供充分的數(shù)據(jù)依據(jù)。

二、高鐵測(cè)量技術(shù)的基本要求分析

高鐵的軌道是其核心部分，也是工程建設(shè)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。大體上可將高鐵軌道分為兩種，一種是有砟，另一種是無(wú)砟。其中無(wú)砟軌道屬于整體軌式結(jié)構(gòu)，由于它是以鋼混或?yàn)r青混凝土道床取代有砟軌道的散顆粒體道床，故此，其較之有砟軌道的穩(wěn)定性更高，連續(xù)性與平順性也更好，這使得軌道本身的耐久性大幅度提升。但必須指出的是，無(wú)砟軌道對(duì)基礎(chǔ)的要求相對(duì)較高，若是基礎(chǔ)出現(xiàn)質(zhì)量問題，如變形下沉等，不但修復(fù)比較困難，而且還會(huì)影響行車安全。所以在無(wú)砟軌道施工建設(shè)的過程中，對(duì)測(cè)量精度提出了更高的要求。

三、精密控制網(wǎng)創(chuàng)建

1、勘測(cè)設(shè)計(jì)階段精測(cè)布網(wǎng)建立

勘測(cè)控制網(wǎng)包括：CP0控制網(wǎng)、CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)?？睖y(cè)階段在平面控制測(cè)量工作控制前，首先采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS方法）獲得高速鐵路框架控制網(wǎng)CP0，并建立CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)。具體建立分兩個(gè)階段：初測(cè)和定測(cè)。

初測(cè)階段，建立高速鐵路框架控制網(wǎng)CP0，建立坐標(biāo)框架并在此基礎(chǔ)上建立初測(cè)平面控制網(wǎng)，同時(shí)開展初測(cè)高程控制測(cè)量，滿足初測(cè)收集資料的需要。

定測(cè)階段，建立CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)，并以CPⅡ控制網(wǎng)和二等水準(zhǔn)基點(diǎn)為基準(zhǔn)開展定測(cè)放線及專業(yè)調(diào)查測(cè)繪工作。困難地區(qū)若工期緊張，可先用四等水準(zhǔn)取代二等水準(zhǔn)作為高程控制基準(zhǔn)，但在施工前須貫通二等水準(zhǔn)。

勘測(cè)設(shè)計(jì)階段應(yīng)做好CP0控制網(wǎng)、CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)維護(hù)工作。

2、工程施工階段控制精測(cè)重點(diǎn)

（一）開工前復(fù)測(cè)

施工階段首先做好CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)的技術(shù)交底和復(fù)測(cè)工作。技術(shù)交底含控制網(wǎng)成果資料驗(yàn)交、現(xiàn)場(chǎng)交樁和復(fù)測(cè)復(fù)核過程；是由勘測(cè)設(shè)計(jì)部門向工程施工單位過渡的重要環(huán)節(jié)，工程施工單位復(fù)核確認(rèn)后才能完成。復(fù)測(cè)工作主要是對(duì)控制網(wǎng)成果精度的綜合評(píng)估驗(yàn)收，為高速鐵路建設(shè)提供重要技術(shù)依據(jù)和施工階段控制標(biāo)準(zhǔn)。

（二）控制網(wǎng)加密

施工控制網(wǎng)加密按同精度內(nèi)插方式進(jìn)行加密。在進(jìn)行平面控制網(wǎng)加密時(shí)應(yīng)將相鄰CPⅡ控制點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行加密；在進(jìn)行高程控制網(wǎng)加密時(shí)應(yīng)將相鄰二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行加密。這樣既保證施工控制網(wǎng)與勘測(cè)控制網(wǎng)具有相同的起算基準(zhǔn)，又保持了施工加密點(diǎn)與勘測(cè)網(wǎng)相鄰點(diǎn)間精度的連續(xù)和匹配。

（三）定期復(fù)測(cè)網(wǎng)

高速鐵路建設(shè)周期長(zhǎng)，施工過程還會(huì)對(duì)CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此施工期間應(yīng)對(duì)精密控制網(wǎng)開展定期復(fù)測(cè)，保證施工期間平面高程控制基準(zhǔn)的穩(wěn)定。應(yīng)每年進(jìn)行一次全面復(fù)測(cè)，對(duì)于區(qū)域沉降地區(qū)，增加高程控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)頻次。

（四）運(yùn)營(yíng)階段精測(cè)網(wǎng)的維護(hù)使用

高速鐵路峻工驗(yàn)交后，運(yùn)營(yíng)期間主要做好運(yùn)營(yíng)維護(hù)測(cè)量控制網(wǎng)的維護(hù)、線路及構(gòu)筑物幾何狀態(tài)觀測(cè)與評(píng)估工作。運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)包括：CPⅠ控制網(wǎng)、CPⅡ控制網(wǎng)、水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)、CPⅢ控制網(wǎng)、加密維護(hù)基標(biāo)。運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制復(fù)測(cè)頻次應(yīng)視線路所處地形地質(zhì)條件等具體情況研究確定，每年應(yīng)不少于一次，以保證高速鐵路在運(yùn)營(yíng)期間有一個(gè)穩(wěn)定可靠的測(cè)量控制與變形觀測(cè)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。

四、測(cè)設(shè)方式

CPⅢ自由設(shè)站采用全站儀進(jìn)行網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)量，其精密控制采用了邊角交會(huì)網(wǎng)施測(cè)辦法。

在使用全站儀對(duì)軌道進(jìn)行測(cè)量前，應(yīng)當(dāng)保證全站儀具備與測(cè)量功能相適應(yīng)的功能，能夠自動(dòng)進(jìn)行目標(biāo)搜索、照準(zhǔn)、觀測(cè)以及記錄，其標(biāo)稱精度應(yīng)當(dāng)具備以下條件標(biāo)準(zhǔn)：在測(cè)量方向上誤差應(yīng)當(dāng)小于±1″，測(cè)距的誤差應(yīng)當(dāng)小于±（1mm+2ppm），在觀測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)將氣壓值以及溫度值進(jìn)行輸入。同測(cè)量相配套的溫度計(jì)精度應(yīng)當(dāng)大于±0.5℃，并且測(cè)量氣壓值的計(jì)量表精度應(yīng)當(dāng)在正負(fù)5hPa以上。且保證每臺(tái)設(shè)備設(shè)置棱鏡14個(gè)以上，并在使用前檢測(cè)每一個(gè)對(duì)應(yīng)棱鏡，對(duì)相同的點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)則使用固定的棱鏡，這就需要對(duì)棱鏡進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幪?hào)。

在相鄰的基標(biāo)點(diǎn)之間進(jìn)行設(shè)站時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證對(duì)同一站2-3個(gè)以上的網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，其觀測(cè)數(shù)應(yīng)當(dāng)大于兩測(cè)回，并且后視網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)大于三對(duì)。對(duì)每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行至少3次的重疊觀測(cè)，使得全站儀設(shè)站間隔能夠更為準(zhǔn)確，并保證其觀測(cè)視距為150至180米。

應(yīng)當(dāng)注意的是，通過自由設(shè)站對(duì)CPIII進(jìn)行測(cè)量時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)靠近線路所有的CPII點(diǎn)聯(lián)測(cè)，將其納入網(wǎng)中。并保證CPII在線路兩側(cè)的可視控制點(diǎn)達(dá)到400至800米的密度，如若不然，則按照相同精度對(duì)CPII控制點(diǎn)進(jìn)行加密。此時(shí)，CPII點(diǎn)可以在路基或者橋梁固定端進(jìn)行設(shè)置。

對(duì)CPⅢ點(diǎn)以及CPⅡ點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)時(shí)，必須在與測(cè)站通視的CPII點(diǎn)、后視的CPII點(diǎn)安置棱鏡，使得采用的棱鏡保持一致。在聯(lián)測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證CPII點(diǎn)同CPIII點(diǎn)之間有一對(duì)可以聯(lián)測(cè)，若是可能，則應(yīng)當(dāng)同CPIII點(diǎn)盡可能多的進(jìn)行聯(lián)測(cè)，并控制聯(lián)測(cè)長(zhǎng)度范圍在150米至200米之間；也可以通過自由設(shè)站觀測(cè)對(duì)CPII點(diǎn)進(jìn)行直接的聯(lián)測(cè)，并保證聯(lián)測(cè)站數(shù)量大于二。

包括聯(lián)測(cè)的CPII控制點(diǎn)在內(nèi)的每一個(gè)CPIII測(cè)量組中，采用的棱鏡為同一種。

在對(duì)精密控制網(wǎng)點(diǎn)觀測(cè)完成后，其相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過相關(guān)專業(yè)軟件進(jìn)行平差。其施工基標(biāo)的控制網(wǎng)點(diǎn)觀測(cè)水平測(cè)量角度應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)規(guī)定，其觀測(cè)方法在水平上采用了全圓方向法。若是具有較多的觀測(cè)方向，則可以采用分組法進(jìn)行全圓方向觀測(cè)。采用該種觀測(cè)方式時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)技術(shù)要求。

五、觀測(cè)復(fù)測(cè)成果處理

1、基線解算和平差

首先將CPI和CPII原始觀測(cè)文件均轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX文件，并對(duì)點(diǎn)號(hào)、天線量高方式、天線高復(fù)核后進(jìn)行基線解算。基線向量解算采用廣播星歷和商用軟件，保證數(shù)據(jù)的一致性，統(tǒng)一應(yīng)用商用軟件LGO7.0進(jìn)行基線解算。平面控制網(wǎng)平差使用同濟(jì)大學(xué)測(cè)量系的TGPPS軟件計(jì)算。對(duì)CPI、CPII復(fù)測(cè)基線進(jìn)行平差計(jì)算并檢查各項(xiàng)精度指標(biāo)；“基線較差”、“最小獨(dú)立環(huán)閉合差”、“無(wú)約束平差基線向量各分量改正數(shù)的絕對(duì)值”、“相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差”、“基線邊方向中誤差”、“最弱邊相對(duì)中誤差”、“約束平差基線向量各分量改正數(shù)與無(wú)約束平差同名基線改正數(shù)較差的絕對(duì)值”均需滿足規(guī)范要求。

2、復(fù)測(cè)成果與原測(cè)成果的較差

根據(jù)哈大、京石等在建客專的經(jīng)驗(yàn)，為了更好地滿足CPⅢ測(cè)量的技術(shù)要求，本次CPI復(fù)測(cè)對(duì)同精度復(fù)測(cè)較差限差的要求提高了等級(jí)。CPI同精度復(fù)測(cè)較差限差提高為15mm，CPI相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度限差為1/130000（執(zhí)行《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定）。CPII同精度復(fù)測(cè)較差限差提高為10mm；CPII相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度限差為1/80000（執(zhí)行《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定）。

3、復(fù)測(cè)結(jié)果分析

CPI控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，對(duì)此次復(fù)測(cè)坐標(biāo)和第二次復(fù)測(cè)成果進(jìn)行比較，共比較89個(gè)點(diǎn)。其中坐標(biāo)分量較差超過15mm限差的點(diǎn)有4個(gè)，占4.49%。CPII控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，共分四段進(jìn)行比較。其中第一段共比較58個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)分量較差超過10mm限差的點(diǎn)有15個(gè)，占25.8%；第二段共比較65個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)分量較差超過10mm限差的點(diǎn)有11個(gè)，占16.9%；第三段共比較41個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)分最較差超過10mm限差的點(diǎn)有1個(gè)，占2.4%；第四段共比較32個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)分量較差超過10mm限差的點(diǎn)有4個(gè)，占12.5%。

CPI控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，比較此次復(fù)測(cè)坐標(biāo)與第二次復(fù)測(cè)成果的相鄰點(diǎn)坐標(biāo)差之差，共108個(gè)點(diǎn)，其中6個(gè)點(diǎn)不能滿足小于1/130000的限差要求，占5.56%。CPII控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，共比較287個(gè)點(diǎn)，其中59個(gè)點(diǎn)不能滿足小于1/80000的限差要求，占20.5%。

對(duì)“坐標(biāo)分量較差超限”、“相鄰點(diǎn)坐標(biāo)差之差相對(duì)精度超限”的點(diǎn)和新設(shè)的點(diǎn)按照“同精度插點(diǎn)法計(jì)算”進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，并提交新坐標(biāo)。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高鐵精密控制網(wǎng)的布設(shè)一定要科學(xué)合理，從精密網(wǎng)布設(shè)的要求出發(fā)，不斷提升布設(shè)的水平，同時(shí)，一定要在布設(shè)完成之后進(jìn)行重復(fù)的觀測(cè)，避免布設(shè)出現(xiàn)問題。

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