高速铁路无砟轨道CPIII控制网测量技术分析

高速铁路无砟轨道CPIII控制网测量技术分析
【摘要】我国的高速铁路建设事业步入了一个辉煌阶段，无论从技术还是规模，都走到了世界前列。

其中精密工程测量技术是高铁建设的一个重要技术。

只有建立一套完整的控制测量系统，才能保证测量控制满足高速铁路运行与建设的高精度要求。

【关键词】高速铁路；CPIII控制网；高精度测量
一、无砟轨道控制网概述
高速铁路铺设无砟轨道所采用的工程测量平面控制网，按照《客运专线铁路无砟轨道工程测量技术暂行规》，原则上分为三级。

第一级为基础平面控制网CPI，第二级为CPⅡ线路平面控制网，第三级是轨道控制网CPIII。

CPI是为了建设初期的勘测、施工及运营提供坐标基准；CPⅡ为勘测和施工提供控制基准；CPIII就是沿线路两侧布设的三维控制网，主要为无砟轨道的铺设和轨道运营维护提供控制基准。

CPIII在高铁工程测量中具有精度高、点位分布密集、测量周期长、工作量大、技术新等特点，被用做首要运营与铺设维护基准。

CPIII平面网的布设网形十分规则、对称，网中所有控制点分布均匀，空间误差非常小。

二、轨道控制网CPIII的测设条件
轨道控制网CPIII测量应在线下工程竣工，沉降变形观测评估通过后测量，在对基础平面控制条件复测并且合格后，在CPI、CPⅡ的复合性良好，并且气象条件较好的情况下，CPIII才可以进行观测，观测时测程内不能有任何遮挡物，场内不得有人体可以感受到的任何震动，否则，误差会很大，造成最终结果的错误。

CPIII平面网测量网形十分规则的测量控制网。

所有CPIII控制网点在网中的交互强度很高而且相隔均匀、误差很小，本身基本没有差异点。

并且CPIII平面网观测时采用全站仪自由设站的方法，因此不存在仪器对中误差。

CPIII平面网采用特殊的强制固定装置，保证了目标点重复安装的精度，也最大程度消减了仪器安装时的对中误差。

三、CPIII平面控制网测量
以沪杭铁路客运专线CPⅢ控制网复测为例，试分析CPIII控制网测量在客运专线建设中的实施方案。

1. CPIII控制网测量精度标准
第二，采用的仪器设备和自动观测软件要求。

全站仪标称精度必须满足水平方向测量精度≤±1″，距离测量精度≤±1mm +2ppm。

全站仪应带目标自动搜索及
照准（ATR）功能，如Leica TCRA1201、TCA1800、TCA2003 及Trimble S6 和S8 等，每台仪器应配12～13 个棱镜。

CPⅢ平面控制网的外业观测，应该采用智能型全站仪在自动观测软件的控制下进行自动观测。

沪杭线CPⅢ平面控制网的自动观测软件应该通过铁道部有关部门的评审。

2. CPIII控制网控制点的编号设定
CPIII控制网的点号共7位数组成，从左到右前4位数是控制网的实际里程的整公里数，第五位代表网点位置，后两位是序号。

点序号为单数表示该点位于里程增加方向的左侧，点序号为双数表示该点位于里程增加方向的右侧，当里程数不足时，加“0”补充，保证7位序数。

3. CPIII控制网作业方法
首先，施测时将稳定的CPⅢ点作为平差起算点，数据处理前应对作为控制基准的CPⅢ点进行稳定性分析。

第二，CPⅢ平面控制网采用自由测站边角交会的方法测量，每个自由测站观测12 个CPⅢ点。

自由测站间距一般约为120m，观测CPⅢ点的最远距离不大于180m。

每个CPⅢ点至少应保证有三个自由测站上的方向和距离观测量。

如图1所示
第三，受施工影响通视条件困难时，CPⅢ平面控制网的外业观测可采用图6-10 所示的网形进行。

此时自由测站间距约为60m，每个测站应该观测8 个CPⅢ点，每个CPⅢ点至少应保证有四个方向和四个距离的交会，推荐采用的测量方法如图2所示。

4. CPⅢ平面控制网水平方向采用多测回全圆方向观测法进行观测。

当观测方向较多时，可以采用分组全圆方向观测法。

5. CPⅢ平面控制网距离测量采用多测回距离观测法，盘左和盘右分别对同一个CPⅢ点进行测量。

每个测站的CPⅢ距离测量，应该实时地在全站仪中输入温度和气压进行气象改正。

温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5hPa。

6. 平面控制网测量可以根据需要分区段测量，区段长度不宜小于8km。

区段间应重复观测不少于 6 对CPⅢ点，作为重叠观测区域进行区段衔接，且区段接头不应位于车站范围内或连续梁上。

重叠测量的CPⅢ点宜为该区段作为控制点基准前后的各3对点。

四、CPⅢ高程控制网测量
（1）CPⅢ高程控制网应在线下工程竣工且沉降和变形评估通过后施测。

施测前应对全线的二等水准基点进行复测，构网联测测区内所有复测合格的水准基点；
（2）CPⅢ高程控制网采用单程精密水准测量的方法观测，与测区内二等水准基点的联测采用独立往返精密水准测量的方法进行，每两公里联测一个水准基点，每一区段应至少与三个水准基点进行联测，形成检核。

CPⅢ高程控制网水准路线采用如图5-20所示的矩形法水准路线形式进行，每相邻的两对CPⅢ点之间都构成一个闭合环。

矩形法水准测量闭合环的情况如图5-21所示。

（3）当桥面与地面间高差大于3m时，应选择桥面与地面间高差较小的地方进行CPⅢ点高程的传递测量。

高程传递测量时，采用不量仪器高和棱镜高的中间法三角高程方法施测，测量原理如图5-22所示。

中间法三角高程测量作业实施时，前后视所用的棱镜必须是同一个，且观测时棱镜高不变。

仪器到棱镜的距离一般应小于100m，最大不应超过150m。

仪器到前视棱镜和后视棱镜的距离应尽量相等，一般差值不宜超过5m。

观测时，要准确测量温度、气压值，以便进行边长改正。

中间法三角高程测量实施时，可选择在桥下桥墩侧面和桥上挡墙外侧各埋设一个水准转点，转点标志和埋设方法与CPⅢ点相同。

五、精度统计与分析
沪杭铁路客运专线I标CPⅢ控制网设计中，CPⅢ控制网平面坐标共观测CP Ⅲ控制点214个，联测CPⅡ同等级精度加密控制点10个。

具体精度统计如表二。

CPⅢ控制网高程共观测204个CPⅢ点，联测3个二等水准点，构成101个闭合环。

CPⅢ网高程测量精度统计如表三。

根据统计数据，上述点位精度能有效满足施工要求为高速铁路高标准建设提供有力支撑。

高速铁路建设正在加快，对于铁路工程测量的精确度上提出了很高的要求，高速铁路无砟轨道铺设技术是一项要求误差很小的工作。

高的要求也给铁路测量工作带来了严峻的挑战，同时也是铁路施工部门在测量工作上向高科技、自动化方向发展创造了良好条件。

随着我国无砟轨道施工实践经验的不断积累，高精度测量工作将成为了符合我国高速铁路施工实际的具有自主知识产权的标志工程。

参考文献：
[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]《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）；
[3]《精密工程测量规范》（GB/T15314-1994）；
[4]《工程测量规范》（GB50026-2007）；
[5]《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）；
[6]《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）；
[7]《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
[8]《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）。