新建铁路安顺至六盘水线精测网测量技术方案lu审42.docx
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新建铁路安顺至六盘水线精测网测量技术方案lu审42
新建铁路安顺至六盘水线
精测网测量技术方案
中铁二院工程集团有限责任公司
工程勘察证书综合甲级220011-kj
工程设计证书综合甲级Ａ151000179
二〇一四年三月成都
新建铁路安顺至六盘水线
精测网测量技术方案
中铁二院工程集团有限责任公司
二〇一四年三月成都
编写：
吴伟高
复核：
梅熙
审核：
卢建康
审查人员名单
测绘院副总工程师：
梅熙
测绘院总工程师：
卢建康
文件分发单位表
顺号
分发单位
份数
编号
备注
1
贵州省铁路投资公司
10
01～10
2
西南交通大学铁路发展有限公司
2
11～12
3
中铁二院工程集团有限责任公司
2
13～14
4
备用
2
15～16
新建铁路安顺至六盘水线
精密控制测量技术方案
1概述
1.1任务依据
根据集团公司生管部2014年3月24日对新建铁路安顺至六盘水线项目进行的《集团公司项目实施评审会议纪要》[2014]012号文件及新建铁路安顺至六盘水线总体组的要求，由测绘院承担新建铁路安顺至六盘水线精密控制测量工作。
根据测区概况、任务特点、既有资料情况，特编写新建铁路安顺至六盘水线精密控制测量技术方案。
1.2线路概况及工作内容和工作量
1.2.1线路概况
新建铁路安顺至六盘水线项目位于贵州省西部的安顺、六盘水市境内，线路东接沪昆客运专线安顺西站，向西经六盘水市的六枝特区，于六盘水枢纽水城车站接轨后利用既有沪昆铁路至六盘水站，正线建筑长度约116km。
其中安顺境内22.062km，六盘水境内93.938km，新建黄桶南、六枝南、长箐、冷坝及六盘水东5个车站。
正线桥梁75座33.209km，隧道54座45.49km，桥隧总长78.699km，占正线建筑长度的79.5%。
新建客运专线、双线、限制坡度25‰、速度目标值250km/h，有砟轨道。
线路里程约为DK0+000～DK116+000。
1.2.2工作内容
按照《高速铁路工程测量规范》（铁建设〔2009〕196号）的要求，按分级布网、逐级控制的原则，建立新建铁路安顺至六盘水专线平面和高程控制网，具体内容为：
（1）GPS框架网（CP0）布设及测量；
（2）基础平面控制网（CPI）布设及测量；
（3）线路控制网（CPⅡ）布设及测量；
（4）轨道控制网（CPⅢ）布设及测量；
（5）高程控制网布设及测量。
GPS框架网（CP0）、CPI、CPII及高程控制网建网测量由我院施测，开工前对施工单位进行现场交桩，施工单位进行复测。
CPIII控制网由施工单位施测。
1.2.3工作量
（1）CP0控制网测量；选点、埋石、观测、计算4个点（初测时，已完成）；
（2）CPⅠ控制网测量；选点、埋石、观测、计算约60个点；
（3）CPⅡ控制网测量；选点、埋石、观测、计算约158个点（定测完成后才作）；
（4）高程控制网测量；选点、埋石、观测、计算约60个点。
1.3工程及测区概况
新建铁路安顺至六盘水线项目安顺至六盘水铁路位于贵州省西部的安顺、六盘水市境内，线路东接沪昆客运专线安顺西站，向西经六盘水市的六枝特区，于六盘水枢纽双水车站接轨后利用既有沪昆铁路至六盘水站。
本项目是贵阳至六盘水客运通道的西段，贵阳至安顺段利用在建的沪昆客运专线。
本线主要承担六盘水市东出与安顺、贵阳及以远地区间的客运交流，是贵州省快速城际铁路网的重要组成部分。
线路走行于云贵高原中部，通过构造溶蚀低山丘陵区（安顺至六枝）、构造侵蚀-溶蚀低中山区（六枝至滥坝）和高原构造盆地区（滥坝至六盘水）三个地貌单元。
灰岩、白云岩、泥灰岩等可溶岩沿线路分布长度约92.6公里，占线路总长的93.5%。
含煤地层沿线路分布长度约5.5公里，占线路总长的5.5%。
不良地质有滑坡、危岩落石、岩溶、顺层、人为空洞、有害气体、放射性。
煤矿及小煤窑采空区、广泛分布的岩溶、顺层是本线的主要工程地质问题，局部影响线路方案的比选。
1.4测区既有资料情况
本项目在贵州省国土厅测绘档案馆收集到以下大地点成果如下：
（1）本次在贵州省国土厅测绘档案馆收集到1980西安坐标系平面和高程控制点18个。
高程系统为1985国家高程基准。
并分布在线路方案线路沿线附近。
（2）本次在贵州省国土厅测绘档案馆收集到国家2000大地坐标系平面和高程控制点18个。
高程系统为1985国家高程基准。
并分布在线路方案线路沿线附近。
（3）本次在贵州省国土厅测绘档案馆收集到1954年北京坐标系平面和高程控制点6个。
高程系统为1985国家高程基准。
并分布在线路方案起点、中间、终点附近。
（4）2008年12月，为长昆线勘测收集的国家水准点线路编号为：
（193）I沙贵1～I沙贵57（清镇至安顺至盘县段）、（194）I沾沙1～I沾沙60（沾益至沙子坡段）、（1921）Ⅱ滥大1～Ⅱ滥大29（沙子坡（镇宁）至六枝至滥坝段）、（1935）Ⅱ滥大1～Ⅱ滥大29（滥坝至六盘水段）。
以上国家水准点成果高程系统为1985国家高程基准。
（5）CP0成果为中铁二院测绘院于2008年施测的长昆线CP0控制点成果。
（6）中铁二院2010年施测的长昆客运专线安顺西站附近的CPI、CPII和二等水准控制网成果资料。
。
2技术要求
2.1执行的标准及规范
（1）《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
（2）《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）；
（3）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；
2.2坐标高程系统
2.2.1平面坐标系采用工程独立坐标系统：
WGS-84参考椭球（长半轴,a=6378137m，扁率f=1/298.25722），高斯投影。
东坐标和北坐标的加常数分别为500km、0。
工程椭球构建采用改变WGS-84椭球参数的方法（即参考椭球长半轴直接加投影面大地高并保持扁率和定向不变）。
边长投影在抵偿高程面上，投影长度的变形值不应大于10mm/km，即投影长度变形（包括高程归化、高斯正投影变形之和）不大于1/100000。
由于目前正在开展线路勘察设计工作，方案还在优化调整，因此坐标投影分带在线路方案稳定后还要进行优化调整。
因为本线坡度较大且桥隧相连，个别地段投影长度变形值有超限情况，需要在施工时采取高程投影改化措施保证线路施工的平顺连接。
目前工程独立坐标系统投影带划分内容见表2.2.1。
表2.2.1工程独立坐标系设计表
投影分带序号
中央子午线经度
投影高程面正常高Hm（m）
投影高程面大地高h（m）
平均高程异常
（m）
对应里程范围
最大投影长度变形值（mm/km）
1
106°00′
1305
1275
-30
DK0+000～D1K7+800
-6.7
2
106°00′
1240
1210
-30
D1K7+800～DK36+000
12.9
3
106°00′
1200
1170
-30
DK36+000～DK62+000
12.1
4
106°00′
1600
1270
-30
DK62+000～DK102+900
12.7
5
105°30′
1720
1690
-30
DK62+000～DK102+900
-10.1
6
105°30′
1620
1590
-30
DK102+900～DK116+500
15.0
为方便与国家地形图及其它工程衔接，同时要求提供国家2000大地坐标系坐标、1980西安坐标系及1954年北京坐标系3度带（L=105，H=0）的坐标成果。
桥梁和隧道控制测量，可根据实际情况建立独立的桥梁、隧道施工坐标系。
2.2.2高程采用1985国家高程基准。
2.3布网原则
2.3.1平面控制网按分级布网的原则分四级布设，为了与已开工的长昆线及六沾线等铁路实现顺接并满足全线精测网建设的需要，有必要在基础平面控制网（CPI）施测之前建立首级GPS框架网（CP0）作为全线的平面坐标框架基准，第二级为基础平面控制网（CPI），第三级为线路控制网（CPⅡ），第四级为轨道控制网（CPⅢ）。
各级平面控制网的作用为：
（1）GPS框架网（CP0）主要为勘测、施工、运营维护建立平面坐标框架；
（2）CPI主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；
（3）CPⅡ主要为勘测和线下工程施工提供控制基准；
（4）CPⅢ主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。
2.3.2高程控制网测量分为水准基点测量和CPⅢ控制点高程测量。
各级高程控制网的作用为：
（1）水准基点测量主要为勘测、施工提供高程基准；
（2）CPⅢ控制点高程测量主要为轨道铺设和运营维护提供高程控制基准。
2.4平面控制网要求
2.4.1第一级GPS框架网（CP0），按50km左右设置一座，按照国家B级点观测标准施测；第二级基础平面控制网（CPI）在第一级框架网（CP0）的基础上采用GPS施测；第三级线路控制网（CPⅡ）在基础平面控制网（CPI）的基础上采用GPS或导线法施测；第四级轨道控制网（CPⅢ）在线路控制网（CPⅡ）的基础上，采用自由设站交会法施测。
CP0、CPI、CPⅡ及CPⅢ各级平面控制网布网要求见表2.4.1。
各级平面控制网设计的主要技术要求
表2.4.1
控制网
测量方法
测量等级
点间距
相邻点的相对中误差（mm）
备注
CP0
GPS
－－
50km
20
CPⅠ
GPS
二等
≤4km
一对点
10
点间距≥800m
CPⅡ
GPS
三等
600～800m
8
导线
三等
400～800m
8
附合导线网
CPⅢ
自由测站边角交会
－－
50～70m
一对点
1
注：
1、CPⅡ采用GPS测量时，CPⅠ可按4km一个点布设；
2、相邻点的相对点位中误差为平面x、y坐标分量中误差。
2.4.2CPI、CPII平面控制网的主要技术要求
（1）GPS测量的精度指标表2.4.2-1
控制网级别
基线边方向中误差
最弱边相对中误差
CPI
≤1.3"
1/180000
CPⅡ
≤1.7"
1/100000
（2）导线测量的主要技术要求表2.4.2-2
控制网级别
附合长度（km）
边长
（m）
测距
中误差（mm）
测角
中误差
（″）
相邻点位坐标中误差（mm）
导线全长
相对闭合差限差
方位角闭合差限差
（″）
对应导线等级
CPⅡ
≤5
400～800
5
1.8
5
1/55000
±3.6
三等
导线环（段）的测角中误差应按下式计算：
（2.4.2）
式中fβ——导线环（段）的角度闭合差（″）；
N——导线环（段）的个数；
n——导线环（段）的角度个数。
2.5高程控制网要求
1）高程控制网应按二等水准测量精度要求施测；水准基点控制网应全线（段）一次布网测量。
在起点应以安顺西站附近长昆线二等水准点为起算点，终点应闭塞于国家一、二等水准点上，并与六盘水既有铁路的水准点进行联测，确定两铁路高程系统的关系。
2）水准点应每2km设置一个。
重点工程（大桥、长隧及特殊路基结构）地段应根据实际情况增设。
水准点可与平面控制点共桩，也可单独设置，水准点距线路中线距离宜在50～150m之间。
3）高程控制测量应采用水准测量方法，其主要技术要求见表2.5。
各等级水准测量精度要求表2.5
水准测量
等级
每千米水准测量偶然中误差M△
每千米水准测量全中误差MW
限差
检测已测段高差之差
往返测
不符值
附合路线或
环线闭合差
左右路线
高差不符值
二等水准
≤1.0
≤2.0
6
4
4
--
精密水准
≤2.0
≤4.0
12
8
8
4
三等水准
≤3.0
≤6.0
20
12
12
8
四等水准
≤5.0
≤10.0
30
20
20
14
注：
表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位为km。
3平面控制网测量
3.1CP0框架网测量（2013年4月航外所已作）
3.1.1CP0框架网沿线路方案布设，全线预计布设框架网点4个。
在线路两端及中部与选择的3个IGS站联测，并在安顺附近分别与长昆线已知CP08、CP09进行联测。
3.1.2选点埋石
（1）CP0控制点位宜选在距线路中线小于5000m、交通方便、易于长期保存的地方。
（2）GPS框架网点位周围应便于安置GPS接收机，视野开阔，在地面高度角15°内不应有成片的障碍物。
（3）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m。
（4）点位附近不应有大面积水域或强烈反射卫星信号的物体（如大型建筑物等）。
（5）选点时应避开采空区不稳定地段。
（6）按附录A中CPI的标准埋石，在现场填写点位说明，应丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，作好点之记。
有条件时应办理委托保管手续。
3.1.3GPS框架网的施测
（1）采用Trimble或Leica双频GPS接收机观测，仪器的标称精度不低于5mm+1ppm。
GPS测量作业应符合下表3.1.3的规定
表3.1.3CP0观测技术要求
卫星高度截止角
采样历元间隔
同步观测
有效卫星数
有效卫星的最短连续观测时间
有效同步观测时段数
有效同步观测时段长度
15°
30s
≥4
≥15min
≥4
≥300min
（2）全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格后才能投入使用。
（3）观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于3mm，并取其平均值作为最后结果。
（4）观测时段的分布应尽可能日夜均匀，且夜间观测时段所占比例不少于25%。
每个观测时段不宜跨越北京时间早8点（GPS时间0点）。
（5）观测同时记录各项气象元素和天气状况。
雷电、风暴天气时，不宜进行GPS测量。
3.1.4数据处理
1）软件
GPS网基线预处理采用随接收机配备的商用软件（TGO1.63或LGO6.0软件），采用广播星历。
基线精处理采用我院与西南交大研发的高速铁路精密星历解算软件CGO解算，采用精密星历。
2）准备工作
a）基线解算前，应按规范及技术设计及时对外业全部资料全面检查和验收，其重点包括：
①成果是否符合调度命令和规范要求：
②观测数据质量分析是否合理。
b）起算点坐标系为ITRF2005国际地球参考框架。
起算点的瞬时历元坐标精度不低于1m。
c）外业观测的气象数据换算成适合于处理软件所需要的单位。
d）其它数据的准备
·精密星历（IGS）数据：
·GPS连续运行站（IGS参考站）观测数据和相应的坐标及速度场数据；
·软件所需的文件（如：
框架极移、卫星状态等文件）。
以上数据通过Internet获取。
3）外业数据质量检核
①同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%。
②基线外业预处理，复测基线的长度较差ds，两两比较应满足下式的规定。
式中：
——相应级别规定的精度（接实际平均长计算）
③同步环检核，GPS网三边同步环闭合差，满足以下要求：
④GPS网外业基线预处理结果，其独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足：
式中：
—闭合环边数；
—相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）；
4）基线解算
a）GPS观测值加入对流层延迟修正，对流层延迟修正模型中的气象元素采用标准气象元素。
b）基线解算按同步观测时段为单位进行。
按多基线解算时，每个时段须提供一组独立基线向量及其完全的方差—协方差阵；按单基线解时，须提供每条基线分量及其方差—协方差阵。
c）基线解算
以GPS连续运行站地心坐标为基准，或与高精度的GPS控制点进行连测，获取地心坐标基准，从而获得平面控制网的地心坐标。
d）基线精处理后质量检查
重复基线较差及环闭合差应符合《全球定位系统（GPS）测量规范》的规定。
5）GPS网平差
①GPS网平差采用我院与西南交大研发的高速铁路精密星历解算软件CGO处理，在WGS—84椭球上进行三维整体平差处理。
②无约束平差选取一个相应于观测历元的ITRF国际地球参考框架的点（IGS参考站）作为起算基准。
③基线分量改正数绝对值限差
无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（V△x、V△y、V△z）应满足下式：
式中：
—为相应级别规定的基线的精度
④以相应于观测历元的ITRF国际地球参考框架的IGS参考站和长昆线CP08为已知点进行CP0控制网三维约束平差，约束平差中基线分量的改正数与经过粗差剔除后的无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值（dV△X、dV△y、dV△z）应满足下式：
式中：
—为相应级别规定的基线的精度
3.2CPI控制网测量
3.2.1CPI控制网应在CP0的基础上采用GPS进行测量，按二等网要求施测。
GPS测量作业应满足表3.2.1中的基本技术要求。
表3.2.1各等级GPS控制网测量的主要技术要求
等
级
固定误差a
（mm）
比例误差系数b（mm/km）
基线方位角
中误差（″）
约束点间的
边长相对中误差
约束平差后
最弱边边长相对中误差
一等
≤5
≤1
0.9
1/500000
1/250000
二等
≤5
≤1
1.3
1/250000
1/180000
三等
≤5
≤1
1.7
1/180000
1/100000
四等
≤5
≤2
2.0
1/100000
1/70000
五等
≤10
≤2
3.0
1/70000
1/40000
注：
当基线长度短于500m时，一、二、三等边长中误差应小于5mm，四等边长中误差应小于7.5mm，五等边长中误差应小于10mm。
3.2.2GPS网布设
（1）CPI控制点根据线路平面图，沿线路敷设。
采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网。
（2）CPI控制点每隔4km左右布设一对或一个点。
长于1km的隧道段于隧道进出口处布设一对相互通视的点，每对点间距离不宜小于1000m。
地形复杂地段结合结构物的分布适当增加控制点的密度。
（3）为了使本线在设计起点与长昆线安顺西站顺利衔接，在设计起点应联测2个以上长昆线CPI控制点，并将长昆线CPI控制点作为约束点。
（4）在设计终点应联测六沾线2个以上衔接段GPS控制点，并在测量成果中反映出相互转换关系。
3.2.3CPI控制点选点埋石
（1）CPI控制点位宜选在距线路中线100～200m、不易被破坏的范围内；当与水准点共用时，应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方，并按附录A的规定埋石。
（2）点位应便于安置GPS接收机。
点位周围视野开阔，便于GPS卫星信号的接收。
（3）点位离大功率无线电发射源（电视台、微波站）的距离不小于200m，离高压输电线距离不得小于50m。
（4）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，尽量避开大面积水域。
（5）选点时应避开采空区不稳定地段。
（6）所有CPI控制点均应在现场填写点位说明，必要时应丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，作好点之记。
在内业整理资料时，点之记成果用AutoCAD绘制，同时提供纸质和电子文件。
3.2.4CPI控制点施测
（1）采用Trimble或LEICA双频GPS接收机观测，仪器的标称精度不低于5mm+1ppm，按表3.2.1中二等网要求施测。
（2）全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格后才能投入使用。
（3）观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于3mm，并取其平均值作为最后结果。
（4）CPI控制点应与附近的CP0控制点进行联测。
（5）观测过程中按规定填写观测手簿。
对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。
（6）为获取CPI控制点国家2000大地坐标系成果及1954年北京坐标系成果，CPI控制网应与附近的国家2000大地坐标控制点及不低于国家二等三角点或GPS点联测，一般宜每50km联测一个国家大地点，联测国家大地点的总数不得少于三个，宜在网中均匀分布。
3.2.5GPS基线解算：
GPS基线采用静态相对定位模式进行解算，基线解算采用精密星历或广播星历，以GPS随机的软件解算。
选择CP0控制点为基线解算起算点。
基线解算应作以下检核统计工作：
（1）计算同一时段观测值的资料剔除率应小于10%。
（2）同一条边任意两个时段解算值互差小于2
·
（mm）。
（3）独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：
Wx≤3
·σ、Wy≤3
·σ、Wz≤3
·σ、W≤3
·σ
（4）同步观测环闭合差应满足以下要求：
Wx≤
·σ/5、Wy≤
·σ/5、Wz≤
·σ/5
W=
≤
·σ/5
3.2.6GPS网平差及坐标转换
数据后处理采用我公司与西南交通大学合作研制的ESGPS数据处理软件进行平差计算。
（1）采用GPS基线的双差固定解进行GPS基线网平差。
（2）在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，求出各CPI点在ITRF框架下或WGS-84坐标系下的地心坐标和大地坐标、各基线的改正数及其精度信息。
无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（V△x、V△y、V△z）应满足下式：
式中：
—为相应级别规定的基线的精度
（3）以联测的CP0点为已知点和长昆线CPI控制点进行WGS-84坐标的三维约束平差，按表2.2.1选择相应的投影带参数，将WGS-84坐标投影到相应的高斯平面上求得工程独立坐标系平面坐标。
基线边方向中误差≤1.3″，最弱边相对中误差≤1/170000。
约束平差中基线分量的改正数与经过粗差剔除后的无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值（dV△X、dV△y、dV△z）应满足下式：
式中：
—为相应级别规定的基线的精度
（4）利用联测的国家2000大地坐标控制点及1954年北京坐标系国家三角点，求得WGS-84椭球与国家2000椭球和北京54椭球的坐标转换参数，将其投影到高斯平面上，并利用国家已知点作为起算点进行二维约束平差。
约束平差前应对已知点进行精度和可靠性检验。
3.3隧道外CPII控制网测量
3.3.1CPII测量应在CPI的基础上采用GPS测量或导线测量方法施测，隧道外本线推荐采用GPS测量方法施测。
3.3.2CPII控制点位宜选在距线路中线50～100m、不易被破坏的范围内。
地形复杂地段结合结构物的分布适当增加控制点的密度。
当与水准点共用时，应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方，并按附录A的规定埋石（与水准点共用时应按水准基点标石埋设规格）。
所有CPII控制点均应在现场填写点位说明，
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