论我国高速铁路精密工程测量技术体系及特点

论我国高速铁路精密工程测量技术体系及特点

卢建康

摘要：本文对我国高速铁路精密工程测量技术体系的特点进行研究，重点对高速铁路精密工程测量的内容，高速铁路轨道的内部几何尺寸定位精度，高速铁路精密工程测量的布网原则、坐标基准，“三网合一”的测量体系进行了体系的论述。提出了高速铁路测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设、高程控制网分二级布设的方法，平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系以及应按“三网合一”的原则进行高速铁路精密工程测量的观点。

关键词：高速铁路；精密测量；技术体系

前言

我国的高速铁路工程测量技术体系是伴随着我国高速铁路无砟轨道工程的建设而逐步建立完善的。

2004年，中铁二院与西南交大合作在遂渝线开展了无砟道铁路工程测量技术的研究，并建立了遂渝无线无砟道综合试验段精密工程测量控制网。

2006年随着京津城际、武广、郑西客运专线无砟轨道铁路的全面开工建设，原有的铁路测量体系和技术标准已不能适应客运专线无砟轨道建设的形势，根据铁建设函【2005】1026号《关于编制2006年铁路工程建设标准计划的通知》的要求，在铁道部建设管理司和铁道部经济规划院主持下，由中铁二院主编完成了《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》，由铁道部于2006年10月16日发布实施。初步形成了我国高速铁路精密工程测量的技术标准体系。

2008年根据铁道部经济规划院《关于委托编制2008年铁路工程建设标准及标准设计的函》（经规计财函【2008】8号）的要求，由中铁二院主编，中铁一院、铁三院、中铁四院、中铁咨询院、中铁二局、中铁大桥勘测设计院、西南交通大学等单位参编，在现行《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的基层上，以近年来高速铁路工程测量科研成果为支撑，认真总结京津、武广、郑西、哈大、京泸、广深等高速铁路高速工程测量的实践经验，于2009年8月完成了《高速铁路工程测量规定》（TB10601-2009）的编制，由铁道部于2009年12月1日发布实施。《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）的发布实施，形成了一套具有自主知识产权的高速铁路工程测量技术标准。

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以内。要求高速铁路测量精度达到毫米级，传统的铁路工程测量技术已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完全不同。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；把高速铁路测量中的各级平面高程控制网称为高速铁路精密测量控制网，简称“精测网”。

2、高速铁路精密工程测量的内容和目的

2.1 高速铁路精密工程测量的内容

高速铁路精密工程测控贯穿于高速铁路工程勘测设计、施工、竣工验收及运营维护测量全过程，包括以下内容：

（1）高速铁路平面高程控制测量；

（2）线下工程施工测量；

（3）轨道施工测量；

（4）运营维护测量。

2.2 高速铁路精密工程测量的目的

高速铁路精密工程测量的目的是通过建立各级平面高程控制网，在各级精密测量控制网的控制下，实现线下工程按设计线型准确施工和保证轨道铺设的精度能满足旅客列车高速、安全行驶。

高速铁路旅客列车行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，要求：

（1）线路严格按照设计的线型施工，即保持精确的几何线型参数；

（2）轨道必须具有非常高的平顺性，精度要保持在毫米级的范围以内。

为了满足上述要求，应根据线下工程和轨道铺设的精度要求设计高速铁路的各级平面高程控制网测量精度。

2.3 高速铁路轨道铺设的精度要求

高速铁路轨道施工的定位精度决定着高速铁路的平顺性，高速铁路轨道铺设应满足轨道内部几何尺寸（轨道自身的几何尺寸）和外部几何尺寸（轨道与周围建筑物的相对尺寸）的精度要求。其中内部尺寸描述轨道的几何形状，外部几何尺寸体现轨道的空间位置和标高。

2.3.1 轨道的内部几何尺寸

轨道内部几何尺寸体现出轨道的形状，根据轨道上相邻点的相对位置关系就可以确定，表现为轨道上各点的相对位置。轨道内部几何尺寸的各项规定是为了给列车的平稳运行提供一个平顺的轨道，即通常提到的平顺性。因此，除轨距和水平之外，还规定了轨道纵向高低和方向的参数，这些参数能保证轨道的实际形状是否与设计形状相符，轨道内部几何尺寸的测量也称之为轨道的相对定位。高速铁路轨道铺设内部几何尺寸精度标准如表1所示。

2.3.2 轨道的外部几何尺寸

轨道的外部尺寸是轨道在空间三维坐标系中的坐标和高程，由轨道中线与周围相邻建筑物的关系来确定。轨道外部几何尺寸的测量也称之为轨道的绝对定位，轨道的绝对定位必须与路基、桥梁、隧道、站台等线下工程的空间位置坐标和高程相匹配协调。轨道的绝对定位精度要求如表2所示。

轨道的绝对定位精度必须满足轨道相对定位精度的要求，即轨道平顺性的要求。由此

可见，高速铁路各级测量控制网测量精度应同时满足足线下工程施工和轨道工程施工的精度要求，即必须同时满足轨道绝对定位和相对定位的精度要求。

3 高速铁路精密工程测量的特点

3.1 高速铁路各级平面高程控制网精度应满足勘测设计、线下工程施工、轨道施工及运营养护的要求

表2 高速铁路轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差

由于过去铁路建设的速度目标值较低，对轨道的线型和平顺性要求不高，传统的铁路工程测量在勘测、施工中没有要求建立一套适合勘测、施工、运营维护的完善的控制测量系统。控制网测量的精度指标主要是根据满足线下土建工程的施工控制要求而制定，轨道的铺设不是以控制网为基准按照设计的坐标定位，而是按照线下工程的施工现状采用相对定位进行铺设，这种铺轨方法由于测量误差的积累，往往造成轨道的几何参数与设计参数相差甚远。

3.2 高速铁路精密测量控制网按分级布网的原则布设

高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设，第一级为基层平面控制网（CPI），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。三级平面控制网之间的相互关系如图1所示。

图1 高速铁路三级平面控制网示意图

高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。

高速铁路建立框架控制网CPO，是在总结京津城际铁路、郑西、武广、哈大、京泸、石