1、京滬高速鐵路CP控制網建立與實施何躍寶 李正云 程安文（中國水電集團京滬高鐵三標段三工區(qū)七局）摘 要：為適應高速鐵路對線路高穩(wěn)定和高平順性的要求，線路必須具備準確的幾何線形參數。無碴軌道施工工藝復雜，對測量精度要求極高，其測量方法也有別于常規(guī)控制測量，采用自由設站邊角交會建立的軌道控制網（CP）可以滿足無碴軌道測量精度要求。本文從精測網復測、CP布設到CP測量及技術要求，系統介紹了CP控制網的建立與實施。關鍵詞：高速鐵路；精度；CP控制網1 工程概況京滬高速鐵路是我國中長期鐵路網規(guī)劃投資規(guī)模最大、技術含量最高的一項工程,也是我國第一條具有世界先進水平的高速鐵路,正線全長約1318公里,與既有京

2、滬鐵路的走向大體并行,全線為新建雙線,設計時速350公里,初期運營時速300公里,共設置21個客運車站。京滬高速鐵路橋梁長度約1140km，占正線長度%；隧道長度約16km，占正線長度%；路基長度162km，占正線長度%；全線鋪設無碴軌道約1268正線公里，占線路長度的%。有碴軌道約50正線公里，占線路長度的%。全線用地總計5000hm2（不包括北京南站、北京動車段、大勝關大橋）。京滬高速鐵路將全線鋪設無縫線路和無碴軌道，為滿足無碴軌道結構的高平順性要求，需全線建立CP控制網，作為無碴軌道結構施工的控制基準。2 測量內容（1） 精測網全面復測（2） CP加密測量（3）CP平面控制測量（4） C

3、P高程控制測量（5）CP控制網復測3 CP控制點測量準備工作無碴軌道對線下基礎工程的工后沉降要求非常嚴格，CP的控制網測量還應待線下工程沉降和變形滿足要求，且無碴軌道鋪設條件評估通過后進行。（1）區(qū)段沉降變形觀測評估通過。（2）橋梁防撞墻和路基接觸網桿基礎完成。（3）精測網復測完成，復測報告評審通過。（4）CP測量技術方案報批通過。（5）CP加密點和CP標志預埋完成。 CP控制點的布設CP控制點距離布置一般為60m左右，且不應大于80m，離線路中線3-4米，且應成對布設。CP控制點布設高度應比軌道面高度高30cm左右3.1.1橋梁段CP橋梁段CP控制點的布設可直接在梁固定端的防撞墻頂面或內側成

4、對開鑿鉛垂方向的安裝孔(孔徑50毫米，孔深100毫米)，然后使用快干砂漿或者錨固劑埋設立式基座。對于標準32米簡支箱梁每兩孔布置一對CP點，相鄰兩對CP點在里程上相距約64米；24米簡支箱梁每兩孔布置一對CP點，相鄰兩對CP點在里程上相距約49米，對于32+48+32的連續(xù)梁布置形式可與32米簡支箱梁相同；對于40+64+40米連續(xù)梁，在每孔梁的固定端設置CP點對；對于64+100+64米的連續(xù)梁，在64米跨固定端防撞墻處布置CP點，100米跨的在跨中和固定端布置CP點；其他類型的梁按不大于70米間距布置CP3.1.2路基段CP路基段CP可直接布置在接觸網支柱上，若接觸網未完成施工，在線路兩側

5、的接觸網底座上使用鋼筋混凝土成對澆筑CP基樁，基樁直徑不小于30厘米，基樁頂面高于外軌軌頂面30厘米，如圖所示；若接觸網已完成施工，則可直接布置在接觸網支柱上，如圖所示。相鄰兩對CP基樁在里程上相距約50米，待基樁穩(wěn)定后，在基樁頂面開孔(孔徑50毫米，孔深10（1）接觸網支柱的基礎安全穩(wěn)定（2）點位不易遭受破壞（3）未來可用的控制點均勻分布在線路上（每隔50m（4）可以在線路兩側布置標記點圖 布置在接觸網基礎上的CP點圖布置在接觸網支柱上的CP點3.1.3隧道CP隧道里一般布置在電纜槽頂面以上85厘米的邊墻內襯上，相鄰CP點對相距60米左右，布置形式如圖所示850mm850mm圖 隧道內CP控

6、制點布置圖 CP測量標志的埋設及要求3.2.1 CP1）橋梁部分：CP標志一般埋設于梁固定支座上方、防撞墻的頂部中間，線路方向與左右方向偏差均不大于10mm，預埋件的中心線與豎直方向的夾角不大于5，然后隔一孔梁（約65m處）埋設于相同的位置(圖3.2.1-1)；非標梁和連續(xù)梁每50-70m處埋設一對CP標志，盡量不要設置在梁的中間部位；施工單位應在相應的防撞墻頂部預留直徑為5cm，深10cm圖3.2.1-1橋梁部分CP標志埋設2）路基部分：CP基座設置于接觸網桿基礎內側，每50m左右設置一對，CP標志埋設于基座靠近線路一側，距設計軌道面上方30cm處，預埋件中心線與水平方向偏上5(圖3.2.1

7、-2)；在做CP基座時要在基座相應位置預留直徑為5cm、深10cm的孔，以便安裝CP預埋件。CP基礎最下端用20*20的鋼筋與接觸網內部鋼筋連接牢固，CP內部鋼筋詳細尺寸見上圖，成樁后基座直徑為253）隧道部分：埋設于隧道邊墻，距離電纜槽頂85cm，預埋件中心線與水平方向偏上5，安裝預埋件時打孔。(圖3.2.1-3)。3.2.2 CP測量標志安裝要求圖3.2.1-2路基部分CP標志埋設 圖隧道部分CP標志埋設無論是CP建網時或是全站儀通過CP目標點進行自由設站，棱鏡重復安裝的實際物理位置的同一性和測量精度將直接影響CP網的測量精度，決定軌道板的最終調整精度。為今后運營維護的方便，根據鐵道部CP

8、測量管理辦法相關規(guī)定，京滬全線將采用同一種CP測量標志，要求任何一個CP控制點標志幾何尺寸加工誤差不應大于0.05mm，多次重復性安裝誤差和互換性安裝誤差應滿足表要求。表 CP標志安裝精度要求CP標志重復性安裝誤差互換性安裝誤差X0.3mm0.3mmZ0.3mm0.3mmY0.3mm0.3mm CP控制點編號CP -點編號定義如下：1）CP -點按照公里數遞增進行編號，其編號反映里程數；2）CP -點以數字CP為數字代碼；3）所有處于線路上行線軌道左側的標記點，編號為奇數，處于上行線軌道右側的標記點編號為偶數，在有長短鏈地段應注意編號不能重復。舉例如下：點編號含義數字代碼在里程內點的位置044

9、0301表示線路里程DK440范圍內線路前進方向左側的CP第1號點，“3”代表“CP”0440301（軌道左側）奇數1、3、5、7、9、11等0440302表示線路里程DK440范圍內線路前進方向右側的CP第1號點，“3”代表“CP”0440302（軌道右側）偶數2、4、6、8、10、12等自由測站的點編號自由測站的點編號定義如下：自由測站點的編號應該按照日期編輯。格式為年月日，某日第一個自由測站編號為01。當某天有很多自由測站要測量，則編號依次遞增01直到兩位數。舉例如下：點編號測量日期自由測站的編號09081501對于有兩組或以上的平面觀測小組，一組自由測站編號可以從01到25，第二組可以

10、從26到50，以此類推。4 CP控制網測量用于CP測量的儀器應通過國家定點機構的鑒定并在有效期內，且全站儀必須滿足如下精度要求：角度測量精確度： 1；距離測量精確度： 1mm +2ppm；水準儀精度不低于DS1級，優(yōu)先采用精密電子水準儀器。 CP平面控制測量CP平面控制測量應使用帶目標自動搜索及測量的自動化全站儀，如：Leica （徠卡）系列的：TCA1201，TCA1800，TCA2003，TRIMBLE S8等帶自動觀測和數據采集功能的全站儀，且全站儀應有自動氣象改正設備或觀測時適時輸入氣溫、氣壓，每臺儀器應至少配14個棱鏡，使用前應對棱鏡進行檢測，并對每個棱鏡編號，相同的點使用固定的棱鏡

11、進行觀測。4.1.1全站儀機載軟件的選用為了滿足高速鐵路施工測量中基樁控制網(CP)的建網與測設的要求，減少測量人員的工作強度，提高測量的工作效率，全站儀機載軟件應該具備以下一些特點： 1）可以設置CP控制網外業(yè)數據采集的各項限差，包括：半測回歸零差、2C差、指標差、2C互差、指標互差、水平角互差、豎直角互差、距離互差等；2）按照CP控制網外業(yè)數據采集數據的各項限差的規(guī)定，采集符合規(guī)范要求的質量合格的CP控制網原始數據；3）采集過程中建立了嚴格的實時質量控制體系，實時檢核各項限差，對不合格超限的數據要求重測；4）按照CP控制網外業(yè)數據采集限差的要求，對采集數據進行篩選，最終將符合規(guī)范要求的質量

12、合格的CP控制網觀測數據保存在規(guī)定的數據文件中；5）同時也自動保存觀測過程中的所有原始觀測數據，供事后溯源分析；6）觀測數據文件導入數據后處理軟件時， CP網數據處理系統軟件還要按照相關的限差規(guī)定，對原始觀測數據進行再次的檢查和篩選，保證最終參與CP平面控制網的平差計算的觀測數據是滿足各項限差規(guī)定的合格的數據。4.1.2 CP平面網外業(yè)觀測1） 測量方法CP控制網采用自由設站交會網（暫規(guī)稱為“自由設站后方交會網”）的方法測量，自由測站的測量，從每個自由測站，將以前后各 2 x 3個 CP -點為測量目標，每次測量應保證每個點測量3次，測量方法見下圖。 測站（自由站點） CP控制點 向CP點進行

13、的測量（方向、角度和距離）圖4.1.2-1 CPCP控制點距離為60m左右，且不應大于80m，觀測CP點的目標距離一般為150m左右，最大不超過180m。每次測量開始前在全站儀初始行中輸入起始點信息并填寫自由測站記錄表，每一站測量3組完整的測回。應記錄于每個測站的：T溫度、氣壓以及CPI、2） 精度指標控制水平角測量的精度應按如下要求進行：（1）水平方向：3-4（2）測站至CP標記點間的距離：2測回。（3）觀測各項限差要求不應超過下表的規(guī)定，觀測最后結果按等權進行測站平差。表4.1.2-2 CP控制網名稱儀器等級測回數半測回歸零差不同測回同一方向2C互差歸零后方向值較差2C值CPI平面網369

14、6151499615（4）距離的觀測應與水平角觀測同步進行，并由全站儀自動進行，并滿足下表精度要求。表4.1.2-3 CP控制網名稱測回半測回距離較差測回間距離較差CP平面網31mm1mm距離測量一測回是全站儀盤左、盤右各測量一次（5）平面測量可以根據測量需要分段測量，其測量范圍內的CPI及CP點應聯測。表4.1.2-4CP控制網名測量方法方向觀測中誤差距離觀測中誤差相鄰點相對點位中誤差同精度復測坐標較差CP平面網自由測站邊角交會1.0mm1mm3mm4.1.3 與CPI、CP與上一級CPI、CP控制點聯測時應600米左右的間隔聯測一個。1）與上一級CPI、CP控制點聯測，一般情況下應通過至少

15、2個或以上線路上的自由測站，見下圖。CPI、CP CPI、CP 控制點圖4.1.3-1 CP與CPI、CP控制點聯測示意圖2）與上一級CPI、CP控制點聯測時，為保證棱鏡常數的統一，便于自動觀測，地面CPI、CP點也采用球型小棱鏡。為解決CP專用測量標志與地面CPI、CP點的對中問題，須采用專用棱鏡轉換套筒，套筒可以與普通安裝徠卡棱鏡的基座、支架配套，安裝兩種不同棱鏡后，保證兩種棱鏡的中心重合?；砂卜旁谌_架上并精確整平對中，用于架設在原CP或CP上安放棱鏡。聯測高等級控制點時，應最少觀測3個完整測回數據。3）由于CP網分區(qū)段測量，為了使相鄰區(qū)段能夠滿足CP網絡的測量高均勻性和高精確度，每

16、個相鄰區(qū)段至少要有5到6對CP點（約為360米的重合）一起測量，并且考慮平差，每個區(qū)域不小于4公里4）CP觀測應在氣象條件相對比較穩(wěn)定的天氣下進行（溫差變化較小，濕度較小，如陰天），夜間觀測應避免強熱光源對觀測的影響。觀測時段的選擇：（1）應盡量選擇無風的陰天進行；（2）應完全避開日出，日落、日中天的前后1小時的時段進行觀測；（3）如果允許，首先應選擇夜晚無風的時段觀測。5）現場記錄在現場測量時必須記錄各測站的實際情況，它是測量中的重要數據，在進行外業(yè)測量時，應按下表填寫。自由測站記錄表 線 段 第 頁共 頁測量單位： 天氣：自由測站編號儀器高溫 度氣 壓測量點編號棱鏡高備注測量點編號棱鏡高備

17、注測量點標記示意圖線路里程方向說明：將自由測站編號、CP軌道標記點編號應在該示意圖上標記出來司鏡： 記錄： 年 月 日4.1.4 CP1） CP網相鄰測段的銜接測量CP測量可根據施工需要分段測量,且分段測量長度不宜小于4km。為解決相鄰測段的平順銜接，保證CP網絡的相對精度，各相鄰測段銜接觀測時應該重復觀測不少于6對CP點，作為分段重疊觀測區(qū)域以便進行測段銜接，重復觀測的點對應該按照CP測量技術要求進行，保證每個點至少被觀測三次。測段之間銜接時，前后測段獨立平差坐標差值應該滿足3mm。滿足該條件后，后一測段CP網平差時，應該采用本段聯測的CPI、CP控制點及重疊區(qū)域前一測段的CP點坐標進行約束

18、平差；高程數據處理時，前后測段獨立平差高程差值應該滿足3mm，滿足該條件后，采用與平面坐標相同的方法進行平差。2） CP網不同投影帶的銜接測量為解決相鄰不同坐標系統的平順銜接，保證CP網絡的相對精度，不同坐標系統銜接觀測時應該重復觀測不少于800米CP點，作為分段重疊觀測區(qū)域以便進行測段銜接，重復觀測的點應該按照CP測量技術要求進行，保證每個點至少被觀測三次。坐標系統換帶處CP平面網計算時，應分別采用相鄰兩個投影帶的CPI、CP坐標進行約束平差，并分別提供相鄰兩個投影帶兩套CP網平面坐標成果。兩套坐標成果都應該滿足CP相關測量精度要求，提供兩套坐標的CP測段長度不小于800米。4.1.5 內業(yè)

19、數據處理在自由設站CP測量中，測量時必須使用與全站儀能自動記錄及計算的專用數據處理軟件，采用軟件必須通過鐵道部相關部門正式鑒定。觀測數據存儲之前，必須對觀測數據的質量進行檢核。包括如下內容：儀器高、棱鏡高；觀測者、記錄者、復核者簽名；觀測日期、天氣等氣象要素記錄。檢核方法可以采用手工或程序檢核。觀測數據經檢核不滿足要求時，及時提出重測，經檢核無誤并滿足要求時，進行數據存儲，提交給數據計算、平差處理。CP網絡平面閉合差限差應滿足下表要求。表4.1.5-1 CP控制網名稱閉合差CP平面網1/3500數據計算、平差處理必須是經采用通過鐵道部相關部門正式鑒定軟件，在計算報告中要說明軟件名稱。自由設站點

20、、CP點進行整體平差。平差計算后精度應滿足下表要求。表4.1.5-2 CP平面網平差后主要技術要求控制網名稱與CPI、CP聯測與CP聯測距離中誤差點位中誤差方向改正數距離改正數方向改正數距離改正數CP平面網4mm2mm1mm2mm表4.1.5-3 CP控制網名稱水平方向觀測值（）水平距離觀測值（mm）方向改正數（）距離改正數（mm）點位中誤差（mm）點位坐標（mm）CP平面網 CP高程控制網測量CP高程控制點與平面控制點共點，用于CP高程測量的水準儀應通過國家定點機構的鑒定并在有效期內，且水準儀必須滿足如下精度要求：1） 儀器標稱精度不低于DS1級；2） 推薦使用徠卡DNA03及天寶DINI0

21、3系列電子水準儀，并配備相應的銦瓦尺。4.2.1 CP控制網高程測量CP控制點高程測量采用單程精密水準測量方法進行，CP控制點間的水準路線圖如圖4.2.1-1所表，以保證每相鄰的4個CPCP點與上一級水準點的高程聯測時，應采用獨立往返精密水準測量的方法進行，觀測路線如圖4.2.1圖4.2.1-1 CP圖4.2.1-2 CP1） 外業(yè)觀測（1）嚴格按照精密水準測量觀測方法進行觀測；（2）每一測站水準標尺需借助尺撐立直，尺墊重量應符合相應等級水準測量規(guī)定的標準； （3）每一站搬站之前都檢查各種指標是否超限，有超限的分析原因，立即重測；（4）如遇太陽天氣要注意打傘；（5） 每天觀測完都應該檢查當天的

22、測量數據是否中存在問題,如果確有問題的必須對不合格的數據進行現場補測。4.2.2 CP高程控制網精度要求CP控制點水準測量應按客運專線無碴軌道鐵路工程測量技術暫行規(guī)定2006189 中的“精密水準”測量的要求施測。CP控制點高程測量工作應在CP平面測量完成后進行，并起閉于二等水準基點，且一個測段聯測不應少于2個水準點。精密水準測量采用滿足精度要求的電子水準儀，配套因瓦尺。使用儀器設備應在鑒定期內，有效期最多為一年，每年必須對測量儀器精確度進行一次校準，每天使用該儀器之前，根據自帶的軟件對儀器進行檢驗和校準。1）精密水準測量精度要求表4.2.2水準測量等 級每千米水準測量偶然中誤差M每千米水準測

23、量全中誤差MW限 差檢測已測段高差之差往返測不符值附合路線或環(huán)線閉合差左右路線高差不符值精密水準12884注：表中L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度，單位km。2）精密水準測量的主要技術標準要求表4.2.2等級每千米高差全中誤差（mm）路線長度（km）水準儀等級水準尺觀 測 次 數往返較差或閉合差（mm）與已知點聯測附合或環(huán)線精密水準42DS1因瓦往返往返8注：結點之間或結點與高級點之間，其路線的長度，不應大于表中規(guī)定的倍。 L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度，單位km。3）精密水準觀測的主要技術要求表4.2.2-3精密水準等級水準尺類型水準儀等級視距（m）前后視距差（m）測段的前后視

24、距累積差（m）視線高度（m）精密水準因瓦DS160下絲讀數DS0565注：L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度，單位km。 = 2 * GB3 DS05表示每千米水準測量高差中誤差為0.5mm。對于數字水準儀，同一標尺兩次讀數差不設限差，兩次讀數所測高差的差執(zhí)行基輔分劃所測高差的差。4.2.3 橋面二等水準高程的傳遞對于橋梁較高，二等水準測量上橋困難地段采用不量取儀器高和棱鏡高的三角高程測量方法。在橋上固定端埋設水準點A，在橋下埋水準點B，在這里采用中間設站三角高程測量方法，測量方法如圖4.2.3-1二等水準上橋操作方法：將二等水準高程引至橋墩旁水準點B，在水準點B上架設棱鏡，在距離橋墩約3

25、0m50m的地方架設全站儀，具體距離視橋墩高度而定，以保證全站儀觀橋面頂棱鏡時的仰角不大于30，儀器與棱鏡距離不宜超過100m，最大不應超過150米。首先觀測水準點B上的棱鏡，垂直角觀測4個測回，距離觀測4個測回；然后將棱鏡移至水準點A上，同樣進行垂直角4個測回，距離4個測回的觀測，分別計算兩水準點到儀器之間的高差，兩高差之差即為水準點B至水準點A之間的高差。測量過程應滿足以下技術要求：表4.2.垂直角測量距離測量測回數兩次讀書差（）測回間指標互差（）測回差（）測回數每測回讀數次數四次讀數差（mm）測回差（mm）444操作過程中應注意以下幾點：1）高程引至橋墩旁（水準點B）時嚴格按照國家二等水

26、準規(guī)范要求執(zhí)行；2）全站儀架設位置到兩水準點的距離應盡量相等，橋墩上下應使用同一套棱鏡和對中桿，為了消除量取棱鏡高時帶來的誤差影響，嚴禁使用三角架加基座架設棱鏡；3）全站儀應使用標稱精度測角1，測距1mm4)大風或其它不利于外業(yè)觀測的天氣下禁止作業(yè)；圖4.2.3-5)儀器要求：（1）采用TCA1800/TCA2003 TRIMBLE S8等儀器及配套棱鏡， TCA1800/TCA2003標稱精度分別為1/1+2ppm和/1+1ppm。（2）儀器在使用之前需經過鑒定合格，并在有效期內；（3）邊長觀測應進行溫度、氣壓等氣象元素改正，溫度計測量精度不低于度，氣壓測量精度不低于5hpa。6)高程計算方

27、法全站儀分別測出儀器到A點和B點的豎角和距離，計算儀器到A點和儀器到B點的高差，兩個高差之差即為A和B點之間的高差，因為之前已經把水準高程引到B點，這樣就可以很方便地計算出水準點A的高程。4.2.4 數據平差計算水準測量野外作業(yè)結束后，對所有的觀測數據進行平差前的檢查，對于觀測遺漏或觀測錯誤的數據應該及時補測或者重測。嚴格計算以下精度指標：1）首先按精密水準測量要求計算往返較差或閉合差2）每條水準路線按測段往返測高差不符值計算偶然中誤差M；3）當水準網的環(huán)數超過20個時，按環(huán)線閉合差計算Mw。M和Mw。M和Mw按下列公式計算： 式中： 測段往返高差不符值（mm）； L 測段長（km）； n 測

28、段數； W 經過各項修正后的水準環(huán)線閉合差（mm）； N 水準環(huán)數。當往返測高差不附值和每公里偶然中誤差滿足要求后，采用嚴密平差方式計算，平差計算取位下表中精密水準測量的規(guī)定執(zhí)行。表4.2.4等級往（返）測距離總和（km）往（返）測距離中數（km）各測站高差（mm）往（返）測高差總和（mm）往（返）測高差中數（mm）高程（mm）精密水準5 CP網的復測與維護 CP網的復測CP控制網施測完畢到軌道板精調時有一段時間間隔，由于各種自然因素或人為因素，可能引起CP控制點輕微的變形，因此，在軌道精調作業(yè)之前還應該對CP控制網進行復測，復測的技術要求和作業(yè)方法均按照建網測量時的標準進行。5.1.1 CP

29、平面控制網復測CP平面網復測時，采用與原測完全一致的測量方法進行觀測，每一站測量3組完整的測回。應記錄于每個測站的：T溫度、氣壓以及CPI、CP點上的目標點的棱鏡高測量，并將溫度、氣壓改正輸入每個測站上。平面控制網復測應符合以下要求：1)平面控制網復測構網方式與建網測量時保持一致；2)約束平差的區(qū)段應與原測相同；3)相同區(qū)段的觀測應盡量采用同一臺儀器、使用相同的觀測方法進行測量。4)聯測上一級控制點CPI、CP的方法和數量應該與原測網相同；5)相鄰測段銜接測量時，重復觀測的CP點對應與原測相同，數據處理方法上同原測相同；6)不同投影帶處的銜接測量，重復觀測的CP點對應及聯測的CPI、CP控制點

30、應與原測相同。坐標系統換帶處CP平面網計算時，應分別采用相鄰兩個投影帶的CPI、CP坐標進行約束平差，并分別提供相鄰兩個投影帶兩套CP網平面坐標成果。兩套坐標成果都應該滿足CP測量精度要求，提供兩套坐標的CP測段長度不小于800米。7)CP點復測精度應滿足表5.1.1-3的要求，復測坐標與原測坐標之差滿足3mm時，采用復測坐標與原測坐標的平均值作為最后的成果；若復測坐標與原測坐標之差超過3mm表5.1.1-3 CP控制網名測量方法相鄰點相對點位中誤差同精度復測坐標較差CP平面網自由測站邊角交會1mm3mm5.1.2 CP高程控制網復測CP高程控制網復測應在平面網復測完成后進行，高程網復測按精密水準測量方法和技術指標進行，且應符合以下條件：1)高程控制網復測水準路線與建網測量時保持一致；2)考慮約束平差的區(qū)段應與原測相同，并采用與原測相同的平差軟件和方法；3)相同區(qū)段的觀測應盡量采用同一臺儀器、基本固定的觀測人員使用相同的觀測方