高速铁路精密测量技术

高速铁路精密测量技术

由于高速铁路行车速度高（250-350km/h），为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全和舒适性，高速铁路轨道必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围内。要求高速铁路测量精度达到毫米级，传统的铁路测量技术已经不能满足高速铁路建设的要求。高速铁路的测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量安全不同。我们把适合高速铁路工程测量的技术称为高速铁路精密工程测量。

一、高速铁路精密测量的必要性

高速铁路行车速度快，列车运行安全和舒适度对轨道的高平顺性和高稳定性要求高；

高速铁路建设需要大量铺设无砟轨道，轨道板的铺设和轨道（道岔）精调都需要高精度、高可靠性的测量技术做保证；

高速铁路勘察设计、施工和运营检测过程中的测量很多都属于精密工程测量的范畴

“三网合一”建设的需要；

高速铁路建设工程测量成套技术标准体系的建设需要。

二、传统的铁路工程测量的方法：

铁路速度目标值低，对平顺性要求不高，勘测设计、施工和运营养护维修没有要求建立统一的坐标基准（控制网不唯一，各自一体），没有“三网合一”的概念。

各级控制网测量精度指标主要考虑线下工程施工要求制定，没有考虑过轨

道施工和运营对测量控制网的要求。

作业模式和流程一般是：初测、定测、线下工程施工测量、铺轨测量。

高斯投影变形和高程投影变形大。北京54和西安80坐标系统一般采用3度带投影，不利于GPS RTK、全站仪进行勘测和施工放样。高程投影变形在高原地区和线路高差大的地方投影变形大。

测量精度要求低，平面一般五等导线精度，高程测量采用五等水准，多属于普通工程测量的范畴。经常出现曲线偏角超限问题，施工单位只有已改变曲线要素的方法进行施工。

施工交桩一般也是只交中桩，不给施工单位交导线点和GPS控制点，施工单位也不用坐标法施工。

三、高速铁路精密测量的特点：

从控制网网形上看属于带状，CPI直接闭合到国家高等级GPS点（A/B级）困难，所以有时需要做CP0；

高速铁路精密工程测量最大的特点是精度要求高。轨道基准点和轨道（道岔）精调需要达到亚毫米级测量精度；轨道板的铺设需达到亚毫米～毫米级的测量精度；轨道控制网CPIII测量要求1毫米测量精度；

高速铁路精密工程测量层次多，领域广，工作量繁重，是铁路建设成败的关键技术之一。

四、高速铁路精密测量内容及方法：

1、通过电子水准仪和条码尺，按二等水准测量要求施工；

（1）、水准加密观测按照国家二等水准施测，采用单路线往返观测。加密点设置同平面点，测量时附合在相邻的水准点上。

(2)、仪器使用不低于DS1级的精密电子水准仪用配套2m或3m铟瓦条码水准尺、尺垫。水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15″。外业测量自动观测记录，一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和取舍按《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）有关要求执行。

(3)、观测时，视线长度≤50m，前后视距差≤1.0 m（光学），≤1.5 m（电子）；前后视距累积差≤3.0m（光学），≤6.0 m（电子）；视线高度≥0.3m（光学），≥0.5m（电子）；测站限差：两次读数差≤0.4mm，两次所测高差之差≤0.6 mm，检测间歇点高差之差≤1.0 mm；观测读数和记录的数字取位：使用DS05 或DS1级仪器，读记至0.05mm或0.1mm；使用数字水准仪读记至0.01mm。

(4)、观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行。

往测：奇数站为后—前—前—后，偶数站为前—后—后—前；

返测：奇数站为前—后—后—前，偶数站为后—前—前—后;

(5)、每一测段均为偶数测站。一组往返测一般安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，互换前后尺再进行观测；晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。

(6)、观测前30分钟，将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；对于数字式水准仪，进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。

(7)、自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，

使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。

(8)、观测过程中为了保证水准尺的稳定性，选用2.5KG 以上的尺垫，水准观测路线必须路面硬实，观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。同时观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键。水准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。

(9)、数据处理

1）水准点间满足限差要求的情况下，以联测的水准点为起算点，宜进行整

段严密平差计算。

2）水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶

然中误差M Δ；当水准网的环数超过20个时，还应按环线闭合差计算Mw 。M Δ和Mw 应符合下表的规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。M Δ和Mw 应按下列公式计算：

][41L n M ∆∆

=∆ ][1L WW N M W =

二等水准测量精度要求（mm ）

注：表中L 为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km 。

2、通过电子全站仪建立精测网来确保高速铁路的高平顺性；

高速铁路轨道的高平顺性，可以通过精测网CPO、CPI、CPII、CPIII 、轨道的设计参数和轨道几何状态测量仪，通过粗调、精调等施工环节后实现。

衡量轨道平顺性的主要指标，是无砟轨道的静态平顺度和轨道中心坐标。这些参数可以用轨检仪和CPIII网检测出来。

工程独立坐标系统---高速铁路工程测量平面坐标系应采用工程独立坐标系统。边长投影在对应的线路轨道设计高程面上，投影长度的变形值不大于

10mm/km。

三网合一---高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面和高程测量成果的一致性，应该做到三网合一。也就是各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。

精测网--包括平面和高程控制网。平面控制网分五级布设，第一级为框架控制网（CP0），第二级为基础控制网（CPⅠ），第三级为线路控制网（CPⅡ），第四级为轨道控制网（CPⅢ），第五级为轨道基准网（GRN）；高程控制网分三级布设，第一级为线路水准基点控制网，第二级为CPIII高程控制网，第三级为轨道基准网（GRN）。

框架控制网CP0---沿线路每50km布置一个CPO点，为GPS三维控制网，作为高速铁路三网合一的平面坐标基准。CPO网最弱边的相对中误差≤

1/2000000，必须采用精密星历进行基线的解算。

基础平面控制网CPⅠ--在基础框架平面控制网（CP0）或国家高等级平面控制网的基础上，沿线路走向布设，按GPS静态相对定位原理建立，为线路