無砟軌道高速鐵路中精密工程測量體系的應用研究摘要：高速鐵路中無砟軌道的施工具有精度要求高、控制困難的特點，因此必須構建一套與之適應的精密工程測量體系，才能保證鐵路的高平順性與舒適性。本文充分結合高速鐵路、精密工程測量的特點，比較了傳統工程測量的不足之處，從而提出了構建高速鐵路精密工程測量體系的必要性，并詳細介紹了高速鐵路精密工程測量中的內容以及測量方法。

關鍵詞：高速鐵路；精密；測量

中圖分類號：tb22文獻標識碼：a

改革開放以來，我國基礎鐵路設施的建設飛速發展。同時隨著列車的不斷提速，高速鐵路的建設不斷涌現。然而對于高速鐵路來說，安全問題才是重點，同時也為了滿足舒適的需求，因而要求高速鐵路軌道具有較高的平順性。無砟軌道又稱之為無碴軌道，采用的是諧振式軌道電路傳輸技術，具有高平順性、穩定性好、壽命長、維護保養簡單、軌道形變較少等優點，目前已經成為了高速鐵路軌道結構的發展方向。而無碴軌道施工技術的關鍵就在于高精密的測量技術[1]。因此，本文充分結合高速鐵路、精密工程測量的特點，分析了高速鐵路中精密工程測量體系構建的必要性，并詳細介紹了高速鐵路精密工程測量中的內容以及測量方法。

一、高速鐵路精密工程測量體系的必要性

（一）傳統鐵路工程測量的缺陷

在過去，鐵路建設的目標速度都較低，因而對軌道的平順要求都比較低，同時在進行勘測、施工過程中都沒有制定一套完整的控制測量體系。傳統測量模式如圖1所示。

圖1傳統鐵路工程測量作業流程

傳統測量各級控制網測量精度指標主要考慮線下工程施工要求制定，沒有考慮過軌道施工和運營對測量控制網的要求。高斯投影變形和高程投影變形都比較大，尤其是在高原地區和線路高差大的地方[2]。例如北京54和西安80坐標系統一般采用3度帶投影，不利于gps—rtk、全站儀進行勘測和施工放樣。測量精度都較低，平面一般五等導線精度，高程測量采用五等水準，多屬于普通工程測量的范疇。測量過程中經常出現曲線偏角超限問題，使得施工單位只有已改變曲線要素的方法進行施工。施工交樁一般也是只交中樁，不會給施工單位提供導線點和gps控制點，因而施工單位也不用坐標法施工。

（二）精密工程測量的特點

高速鐵路精密工程測量是相對于傳統的鐵路工程測量而言，為了保證鐵路非常高的平順性，軌道測量精度要達到毫米級[3]。其測量方法、測量精度與傳統的鐵路工程測量完全不同。

1、確定了平面控制測量分三級布網的布設原則

第一級：基礎平面控制網（cpⅰ），為勘測、施工、運營維護提供坐標基準；第二級：線路控制網（cpⅱ），為勘測和施工提供控制基準；

第三級：基樁控制網/施工加密網（cpⅲ），為線下工程、無砟軌道施工和運營維護提供控制基準。

高速鐵路工程測量三級平面控制網如圖2所示。

圖2三級平面控制網示意圖

2、確定了“三網合一”的測量體系

鐵路測量平面高程控制按照施工目的、時間以及作用不同可分為施工控制網、運營維護控制網以及勘測控制網，合稱為三網[4]。精密工程測量體系的構建實現了三網坐標高程系統的統一，統一了三網的起算基準以及測量的精度。

3、確定了絕對定位以及相對定位相結合的鋪軌測量模式

采用相對定位的方法可以有效的解決軌道短波不平順的問題，但卻不適用于長波的不平順性。高速鐵路其軌道曲線彎道較長，半徑較大，僅采用相對定位，而不運用坐標進行絕對控制則很難使軌道線型達到設計要求。例如以一半徑為2800m的彎道為例，曲線外矢距f=c²/8r，式中c為弦長，r為半徑。鋪軌時若按10m弦長3mm的軌向偏差（即用20m弦長的外矢距偏差）的軌向偏差來控制曲線，則：當軌向偏差為0時，r=2800m；當軌向偏差為+3mm時，r=2397m；當軌向偏差為-3mm時，r=3365m。這一問題在浙贛線提速改造建設中已暴露出來，即一個大彎道由幾個不同半徑的曲線組成，且半徑相差幾百米。由此可見，只采用10m弦長2mm（無砟）的軌向偏差來控制軌道的平順性是不嚴密的，因此必須采用相對控制與坐標絕對控制相結合的方法來進行軌道鋪軌控制。

4、提出了平面測量獨立坐標系

高速鐵路在施工過程中必須首先滿足尺度的統一，即坐標反算的邊長值要與現場的實測值相同[5]。但是由于地球是橢球曲面，當曲面幾何圖形投影到平面上時，則其形狀必然會發生一定變形。如果運用3°帶投影的坐標系統，當邊長投影的變形量超過340mm/km，，其測量精度遠超過全站儀的精度，會嚴重影響無砟軌道的施工。因此，高速鐵路測量網必須采用獨立工程坐標系，使邊長投影的變形量控制在10mm/km以內，才能夠滿足施工的要求。

二、高速鐵路精密工程測量的內容及方法

高速鐵路精密工程測量的內容主要包括線路平面控制測量、高程控制測量、控制網復測、線下工程施工測量。

（一）平面控制測量

平面控制測量作業流程共分為三步，分別為基礎平面控制測量（cpⅰ）、線路控制測量（cpⅱ）、軌道控制測量（cpⅲ）。

cpⅰ控制測量一般在初測時完成，為無砟軌道鐵路工程提供平面基準。按二等gps施測，小于4km布設一個點或一個點對，點對間距大于等于800m。測量時使用雙頻gps接收機，按靜態測量方式觀測兩個時段，每個時段90分鐘，使用廣播星歷解算基線

cpⅱ控制測量一般在定測時完成，作為無砟軌道鐵路工程施工平面控制網。采用gps法測量，按三等gps測量施測，點間距在600～800m。使用雙頻gps接收機測量，按靜態測量方式觀測兩個時段，每個時段60分鐘，使用廣播星歷解算基線。

cpⅲ控制測量在施工測量時施測，線下工程施工時作為施工加密平面控制網，鋪設無砟軌道時作為無砟軌道鋪設基樁控制網。每隔兩個接觸網柱建立一個測量點位，兩個方向各瞄準3×2個永久標記點，每個永久標記點將被瞄準三次，最大的測量范圍的距離約150m，儀器在每個方向測量兩次，與cpⅱ控制點進行連接測量。

（二）高程控制測量

無砟軌道高速鐵路高程控制網應按二等水準測量精度要求施測。在勘測階段，不具備二等水準測量條件時，可分兩階段實施，即：勘測階段按四等水準測量要求施測，線下工程施工完成后，全線再按二等水準測量要求建立水準基點控制網。

沿線布設基巖點、深埋水準點和一般水準點（線路水準基點）三種類型，組成統一的高程控制網，水準點位設在線路施工的影響范圍以外。

基巖點：按約每100km設置一座。京津城際高速在北京和天津共設置2座，京滬高速北京至徐州段采用既有和新布設基巖點共計6座。

深埋水準點：京津城際每4km設置一個深埋水準點，共設置28個，京滬高速北京至濟南段部分路段地處區域性地面沉降區，按每6~8km設置一個深埋水準點。深度根據地質地層條件及橋梁墩設計深度單獨進行設計，平均深度約50m左右。

一般水準點（線路水準基點）：沿線一般水準點不大于2km布設一個，在特大橋、隧道附近和車站范圍內增設水準點。為便于施工單位施工放樣對高程點的引用，一般水準點盡量與cpi、cpⅱ點位共用。

（三）控制網復測

控制網復測分為定期復測和不定期復測。

定期復測維護是對高速鐵路平面高程控制網全面復測，復測內容包括全線cp0、cpⅰ、cpⅱ及線路水準基點，設計單位交樁后和cpiii建網前必須進行一次全面復測，特殊地區、地面沉降地區或施工期間出現異常的地段，適當增加復測次數

不定期復測維護內容包括施工標段范圍內cpⅰ、cpⅱ及線路水準基點及施工加密控制點復測，檢查控制點間的相對位置是否發生位移。

復測應該使用與建網時相同的技術標準、作業方法、精度等級相同的儀器設備

（四）線下工程施工測量

線下工程施工測量可分為線下施工控制網加密、線路測量、路基測量、隧道測量。

施工控制網加密測量可采用導線或gps測量方法測量，施工控制網加密必須就近附合到cpⅱ或cpⅰ控制點，采用固定數據約束平差。點位選在距線路中線較近、穩固可靠且不易被施工破壞的范圍內，便于長期保存，方便測設中線。加密高程控制測量應起閉于線路水準基點，采用同級擴展或向下一級發展的方法，按二等水準測量要求施測。

線路測量的目的是確定線路的空間位置，主要是將線路中線（包括直線和曲線）按設計的位置進行實地測設。根據cpⅰ控制點或cpⅱ控制點和加密的施工控制點，采用極坐標法或gpsrtk測設。極坐標放線應置鏡點宜為附合導線點，采用支導線時應有檢核條件，最多支1站。

路基測量包括路堤路塹施工放樣測量、地基加固工程施工放樣、樁板結構路基施工放樣。地基加固范圍施工放樣和路堤路塹施工放樣測量可在恢復中線的基礎上采用橫斷面法、極坐標法或gpsrtk法施測。樁板結構路基是一種特殊的路基結構，由下部鋼筋混凝土樁基和上部鋼筋混凝土承載板與地基共同組成，鋼筋混凝土承載板直接與軌道結構相連接。樁板結構路基平面控制測量可采用gps測量、導線測量，要求樁位及承載板平面控制點的線路縱、橫向中誤差不大于10mm；高程控制測量采用水準測量，樁頂及承載板高程控制點的高程中誤差不大于2.5mm。

隧道施工測量包括洞外控制測量以及洞內控制測量。洞外平面控制測量宜結合隧道長度、平面線型、地形和環境等條件，采用gps測量或導線測量。洞外高程控制測量應根據設計精度，結合地形情況、水準路線長度以及儀器設備條件，采用水準測量或光電測距三角高程測量。洞內平面控制網宜布設成多邊形導線環，導線點應布設在施工干擾小、穩固可靠的地方，點間視線應離開洞內設施0.2m以上。洞內高程控制點應每隔200～500m設置一對。

三、結束語

作為高效、節能的運輸方式，高速鐵路正在越來越為人們所青睞。隨著國民經濟的發展，高速鐵路的建設規模也將日益擴大，同時也會更加安全、舒適、快捷。通過在軌道施工、維護中運用高精度的測量手段，從而能夠有效的確保鐵路的平順性。高速鐵路蓬勃發展也為軌道精密工程測量技術提供了新的機遇與挑戰。除了學習與借鑒國外先進技術