完成高铁控制测量技术方案.docx

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完成高铁控制测量技术方案

工程测量案例库——铁路

案例四新建铁路贵阳至广州线精密控制测量技术方案

新建铁路

贵阳至广州线工程措施加强后

精密控制测量技术方案

中铁二院工程集团有限责任公司

二〇〇九年六月成都

文件编制单位：

中铁二院工程集团有限责任公司

中铁第四勘察设计院集团有限公司

中铁二院项目编制人员名单：

总体设计负责人：

编写：

复核：

审定：

铁四院项目编制人员名单：

编写:

复核：

审定：

新建铁路贵阳至广州线工程措施加强后

精密控制测量技术方案

1概述

1.1编制依据

1.1.1铁道部《关于时速200公里及以上铁路工程测量标准有关事项的通知》（铁建设函[2008]42号）；

1.1.2铁道部关于印发《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPIII）测量管理办法》的通知（铁建设[2008]80号）；

1.1.3铁道部《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》（铁建设[2009]20号）；

1.1.4新建铁路贵阳至广州线工程措施加强后修编方案；

1.1.52009年6月24日贵广铁路精密测量工作会议精神。

1.2工作范围及内容

1.2.1工作范围

贵阳至广州，正线长度841.809km，建筑长度820.719km（其中，中铁二院工程集团有限责任公司（以下简称中铁二院）设计范围内正线长度584.720km，建筑长度565.686km；中铁第四勘察设计院集团有限公司（以下简称铁四院）范围内正线长度257.089km，建筑长度255.033km），含贵阳、广州枢纽，都匀、桂林、贺州地区相关配套工程。

根据铁道部发展计划司计长函［2007］87号文，中铁二院承担贵阳至贺州（含）段的设计工作并任总体设计单位，铁四院承担贺州（不含）至广州段的设计工作。

中铁二院及铁四院在贺州地区设计分界里程为CK597＋650（中铁二院CK597＋650=铁四院CK567＋200）。

中铁二院承担范围内正线长584.720km。

铁四院承担范围内正线长257.089km。

1.2.2工作内容

新建铁路贵阳至广州线工程措施加强后全线调整为300km/h无砟轨道，按照《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设〔2006〕189号）的要求，按分级布网、逐级控制的原则，建立贵广线平面和高程控制网，具体内容为：

（1）框架平面控制网（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；

（6）利用新建成的精密测量控制网对已施工的线下工程进行现状联系测量，并对已施工的线下工程作出评估，提出处理意见及进行线路调整设计。

GPS框架网（CP0）、CPI、CPII及高程控制网测量由勘测设计单位完成后，对施工单位进行现场交桩，施工单位应进行复测；隧道施工贯通后洞内增设CPII、水准点由勘测设计单位施测完成后交施工单位进行复测；CPIII控制点由施工测量单位施测。

1.3线路的地理位置和地形气候特点

贵阳至广州铁路是西南地区通达华南沿海地区的重要区际铁路通道，跨黔、桂、粤三省区，由位于贵州省贵阳市观山的新贵阳站引出，经龙里，穿斗篷山至都匀，而后由三都沿都柳江经榕江、从江进入广西壮族自治区，跨融江和焦柳铁路，经桂林后跨漓江、继经恭城、钟山、贺州进入广东省境内，再经怀集、肇庆、三水、佛山进入广州枢纽新广州车站，正线长度841.809km。

本线路段旅客列车设计行车速度：

300km/h。

贵阳至桂林段线路位于贵州东北部高原及其过渡带，地貌以山地为主，地形起伏较大，其中贵阳～昌明段为高原台地边缘；昌明～榕江段地形下降较快，为高原过渡带夹深切峡谷地形，地形呈阶梯状下降，线路穿越斗蓬山、雷公山，在都匀附近穿越长江和珠江水域的分水岭苗岭；榕江～桂林段属于高原斜坡带，地形起伏大，河道弯曲，沟壑纵横，线路需穿越九万大山、天平山；桂林～贺州段属溶蚀盆地间夹中低山区，地形起伏较大，线路穿越海洋山、银殿山；贺州至肇庆为南岭余脉的粤西中低山丘陵区，沟谷深切，肇庆至新广州段为珠江冲积平原，由岗地地貌逐渐过渡到滨海平原区，零星展布剥蚀残丘。

贵广铁路沿线属亚热带～南亚热带湿润季风气候区，常年气候温和湿润，雨量充沛，四至九月暴雨较为集中，为汛期，冬季很少严寒。

近广州地区秋季会受台风影响，但影响不大。

2既有精密控制网情况

2.1贵阳至贺州段

贵阳至贺州段线路长度为584.7km，其中364.9km原来为有砟轨道段。

贵阳至贺州段的CP0、CPI及隧道外的CPII、水准测量等精密控制测量工作由中铁二院测绘分院于2008年10月完成。

既有精密控制网存在以下问题：

（1）执行的标准是经过评审的《新建铁路贵阳至广州线平面高程精密控制测量技术方案》。

贵阳至贺州段无砟轨道地段较多，且无砟、有砟轨道频繁交错，为了实现无砟轨道地段和有砟轨道地段CPI控制网同精度坐标转换，CPI按《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》的B级GPS网的要求建网，但从实施过程和计算结果看，无砟轨道地段完全满足了B级GPS网的精度要求，而有砟轨道地段只是基本满足B级GPS网的精度要求，需要近一步采取加强措施。

（2）有砟轨道地段的坐标系投影变形值和CPII测量执行《时速200～250公里有砟轨道铁路工程测量指南（试行）》的要求，虽然从CPII控制网平差计算的结果看满足了C级GPS网的精度要求，但部分基线的观测时间、基线闭合差、任意两时段解算值互差等指标不能完全满足C级GPS网的要求，需要进行补测。

（3）有砟轨道地段部分段落（五通至桂林）的高程控制测量是按照三等水准测量精度要求完成的。

2.2贺州至广州段

贺州至广州段线路长度为257.1km，其中231.7km原来为有砟轨道段。

贺州至广州段的CPI及隧道外的CPII、水准测量等精密控制测量工作由铁四院于2008年10月完成。

既有精密控制网存在以下问题：

（1）执行的标准是经过评审的《新建铁路贵阳至广州线平面高程精密控制测量技术方案》。

贺州至广州段无砟轨道地段较少，且无砟轨道地段相对独立，为了减少测量投入，全线CPI及CPII均按《时速200～250公里有砟轨道铁路工程测量指南（试行）》要求建网，施工前对铺设无砟轨道的隧道单独按《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》的要求布设施工控制网。

布设施工控制网时以隧道进出口一端的控制点为坐标起算点，另一端的控制点为起算方向点。

铺设无砟轨道地段CPII、CPIII按《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》要求建网，有砟轨道地段按《时速200～250公里有砟轨道铁路工程测量指南（试行）》要求建网。

（2）有砟轨道地段的坐标系投影变形值满足《时速200～250公里有砟轨道铁路工程测量指南（试行）》的要求，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2.5cm/km，但不满足《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》的要求。

（3）有砟轨道地段的高程控制测量是按照三等水准测量精度要求完成的。

3精密控制网改造方案

严格按照《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的要求，建立CPI、CPII、CPIII控制网及高程控制网。

利用新建成的精密测量控制网对已施工的线下工程进行现状联系测量，并对已施工的线下工程作出评估，提出处理意见及进行线路调整设计。

为使工程措施加强后不废弃工程，本次精测网重新测量过程中尽量利用原埋设标石，对后期因线路方案调整而引起控制桩位置不满足规范要求时，待方案稳定后采用同级扩展的方法补充，以保证工期要求。

根据贵广线的具体情况，中铁二院范围（贵阳至贺州段）和铁四院范围（贺州至广州段）的精密控制测量改造方案如下：

（1）贵阳至贺州段改造方案

1）重新进行坐标投影分带，投影长度的变形值不宜大于10mm/km，即投影长度变形（包括高程归化、高斯正投影变形之和）不宜大于1/100000。

2）对原来有砟轨道地段CPI控制网进行全面检查，对解算稍差的基线进行重新观测和计算。

3）对CPII控制网进行全面检查，凡是观测时间、基线闭合差、任意两时段解算值互差等指标不能完全满足C级GPS网要求的基线均需要进行补测。

4）原三等水准测量地段按二等水准测量要求重新进行观测和计算。

5）对线路调整较大的邦土段（约20km）重新选点、埋石和观测、计算。

6）为监测无砟轨道的沉降情况，沿线路每隔20km左右增设一个二等深埋水准点，原埋设在基岩上的二等水准点可作为深埋水准点利用。

（2）贺州至广州段改造方案

1）重新进行坐标投影分带，投影长度的变形值不宜大于10mm/km，即投影长度变形（包括高程归化、高斯正投影变形之和）不宜大于1/100000。

2）对原来有砟轨道地段CPI、CPII控制网重新观测和计算。

3）原三等水准测量地段按二等水准测量要求重新进行观测和计算。

4）为监测无砟轨道的沉降情况，沿线路每隔20km左右增设一个二等深埋水准点，原埋设在基岩上的二等水准点可作为深埋水准点利用。

肇庆至新广州段为珠江冲积平原，系江河、湖泊、海沉积形成，软土、松软土分布广泛，为保证后期施工给本工程提供稳定的高程基准和运营维护的需要，需重点考虑布设深埋水准点，计划布设5个。

4技术要求

4.1执行的标准及规范

1）《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设〔2006〕189号）；

2）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；

3）《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-91）；

4）《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）；

5）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）。

4.2坐标及高程系统

（1）平面坐标系采用工程独立坐标系统：

采用WGS-84参考椭球，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宜大于10mm/km，即投影长度变形（包括高程归化、高斯正投影变形之和）不宜大于1/100000。

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改化措施保证线路施工的平顺连接。

为方便及国家地形图及其它工程衔接，要求提供1954年北京坐标系3度带坐标成果。

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。

贵广线工程独立坐标系分带情况见表4.2-1、表4.2-2，具体地段投影变形估算见附表。

贵阳至贺州工程独立坐标系设计表表4.2-1

投影分带序号

中央子午线经度

投影高程面正常高h（m）

投影高程面大地高Hm（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）

107°

1100

1075

-25

DK0+000～DK63+000

13.5

107°30′

950

925

-25

DK63+000～DK96+900

-9.9

107°30′

880

855

-25

DK96+900～DK106+300

-9.1

107°30′

820

795

-25

DK106+300～DK118+400

9.3

108°15′

440

415

-25

DK118+400～DK187+500

-13.9

108°30′

350

325

-25

DK187+500～DK218+500

11.6

108°

110

-25

DK218+500～DK236+350

11.8

109°

355

330

-25

DK236+350～DK276+000

17.5

109°30′

220

200

-20

DK276+000～DK343+200

8.3

109°30′

300

280

-20

DK343+200～DK357+700

-12.1

110°

440

420

-20

DK357+700～DK381+400

-20.1

110°

280

260

-20

DK381+400～DK389+600

12.6

110°15′

200

180

-20

DK389+600～DK454+100

11.7

110°45′

250

230

-20

DK454+100～DK475+550

10.4

110°45′

200

180

-20

DK475+550～DK509+800

-9.8

110°45′

230

210

-20

DK509+800～DK545+000

13.3

111°30′

160

145

-15

DK545+000～DK597+650

8.9

贺州至广州工程独立坐标系设计表表4.2-2

投影分带序号

中央子午线经度

投影高程面正常高h（m）

投影高程面大地高Hm（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）

111°45′

130

120

-10

CK567+200～CK599+000

-9.3

111°45′

180

170

-10

CK599+000～CK624+000

-7.8

111°45′

-10

CK624+000～CK636+000

7.9

112°15′

-10

CK636+000～CK715+000

8.1

112°45′

-10

CK715+000～CK791+000

7.8

113°15′

-5

CK791+000～CK827+000

5.2

（2）高程采用1985国家高程基准。

4.3布网原则

4.3.1平面控制网按分级布网的原则分四级布设，由于沿线国家高等级平面控制点稀少，且精度相容性差，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），第四级为铺轨基桩控制网（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。

4.3.2高程控制网分为水准基点高程控制测量和CPⅢ高程控制测量。

各级高程控制网的作用为：

（1）水准基点高程控制测量主要为勘测、施工提供高程基准；

（2）CPⅢ主要为轨道铺设和运营维护提供高程控制基准。

4.4平面控制网要求

4.4.1第一级GPS框架网（CP0），按30～50km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）的基础上采用导线法或GPS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4.4.1。

各级平面控制网布网要求表4.4.1

控制网级别

测量方法

测量等级

点间距

备注

CP0

GPS

国家B级

30～50km

CPI

GPS

B级

≥1000m

≤4km一对点

CPII

GPS

C级

800～1000m

导线

三等

CPIII

边角交会网

—

50～70m一对点

点对间距10～20m

4.4.2CPI、CPII及CPIII平面控制网的主要技术要求

（1）GPS测量的精度指标表4.4.2-1

控制网级别

基线边方向中误差

最弱边相对中误差

CP0

≤0.7"

—

CPI

≤1.3"

1/170000

CPⅡ

≤1.7"

1/100000

（2）导线测量的主要技术要求表4.4.2-2

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

≤4

800～1000

1.8

7.5

1/55000

±3.6

三等

导线环（段）的测角中误差应按下式计算：

（4.4.2）

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。

4.5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。

及另一铁路连接时，应对另一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。

水准点可及平面控制点共桩，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4.5。

各等级水准测量精度要求表4.5

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

精密水准

≤2.0

≤4.0

三等水准

≤3.0

≤6.0

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。

5平面控制网测量

5.1GPS框架网（CP0）测量

5.1.1GPS框架网沿线路方案布设，全线统一构网，共布设框架网点22个。

在线路两端及中部各选一个CP0点及IGS站连测。

按照国家《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）B级点观测标准施测。

GPS测量作业应满足表5.1.1中的基本技术要求。

表5.1.1各级GPS测量作业的基本技术要求

级别

项目

国家B级

静

态

测

量

卫星高度角（°）

≥15

有效卫星总数

≥9

≥5

≥4

时段中任一卫星有效观测时间（min）

≥30

≥20

≥15

时段长度（min）

≥240

≥90

≥60

≥45

观测时段数

≥4

≥2

1～2

数据采样间隔（S）

15～60

PDOP或GDOP

≤6

≤8

≤10

5.1.2选点埋石

1）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；

2）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；

3）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）；

4）点位应选在交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测的地方；

5）点位应选在地面基础稳定，易于长期保存的地点；

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。

5.1.3GPS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测量作业应满足表5.1.1中国家B级网的基本技术要求。

（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%。

（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。

（6）中铁二院及铁四院衔接处应共同观测各自两个CP0控制点形成大地四边形，使全线CP0构成整网。

5.1.4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。

基线精处理采用美国麻省理工学院编制的Gamit精处理软件或瑞士Bernese大学编制的Bernese精处理软件，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，或及高精度的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网平差采用及GAMIT配套的平差软件GLOBK、瑞士Bernese大学的Bernese或武汉大学研制的科傻GPS软件、Poweradj通用平差软件，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点为已知点进行CP0控制网三维约束平差，约束平差中基线分量的改正数及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

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