高速铁路测量知识

10 C
8 B
6
4 A C
10
8 B
6
4 A975397
5
3
CPIII控制网相邻测站形成的纵向闭合环
8 B 6 4 A 2
7
8 B 6 4
5
2 A
3
8 B
1
6 4 A 2
7
5
3
1
7
5
3
1
CPIII控制网相隔测站形成的纵向闭合环
10 C 8 B 6 4 A
9
7
5
3
10 C
8 B
6
4 A
9
7
5
3
高斯投影及其长度变形
高速铁路轨道静态平顺度允许偏差
序
号 1 2 轨距 轨向 项目 ±2mm 无砟轨道 允许偏差 检测方法 — 有砟轨道 允许偏差 ±2mm 检测方法 —
2mm
2mm/ 8a（m） 10/ 240a（m） 2mm
弦长10m
弦长48a（m） 弦长10m
2mm
2mm/5m 2mm
弦长10m
弦长30m 弦长300m 弦长10m
30
1000 1000.005 4.708837 45 1000 1000.007 7.063255 60
大地水准面的距离
高程为H面的距离 投影差(mm)
1000
1000.008 7.848062
1000
1000.009 8.632868
1000
1000.009 9.417674
目前为达到投影长度变形值不大于10mm/km所存在的问题
• 精测网--包括平面和高程控制网。平面控制网分四级 布设，第一级为框架控制网（CP0），第二级为基础控 制网（CPⅠ），第三级为线路控制网（CPⅡ），第四 级为轨道控制网（CPⅢ）；高程控制网分二级布设， 第一级为线路水准基点控制网，第二级为CPIII高程控 制网。 • 框架平面控制网CP0---沿线路每50km布臵一个CPO点， 为GPS三维控制网，作为高速铁路三网合一的平面坐标 基准。CPO网最弱边的相对中误差 ≤1/1000000，必须 采用精密星历进行基线的解算。
各级控制网GPS设计的主要技术要求
各级控制网导线设计的主要技术要求
各级控制网高程网设计的主要技术要求
CPⅡ点埋设
桥梁段 隧道段
CPIII控制网相邻测站形成的横向闭合环
8 B 6 4 A 2
8 B
6
4 A
2
7
5
3
1
7
8 B
5
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1
2
8 B
6
4 A
2
7
5
3
1
7
5
3
1
CPIII控制网相隔测站形成的横向闭合环
• 轨道控制网CPⅢ --沿线路布设的三维控制网，平面起 闭于基础平面控制网（CPⅠ）或线路平面控制网 （CPⅡ），高程起闭于线路水准基点。一般在线下工 程施工完成后施测，为无砟轨道铺设和运营维护提供 基准。 • CPIII网为智能型全站仪自由测站边角交会的三维控制 网，其点间距为纵向60m左右一对控制点，点对的横向 间距为10~20m，CPIII的精度要求很高，要求相邻点位 的相对中误差≤1mm。CPIII的网形、测量方法、控制 点数量、控制网的使用和精度要求，06年前在我国都 是闻所未闻的。
高速铁路控制网初识
高速铁路轨道的高平顺性是如何实现的？
1. 在铁路轨道上高速行车，必须要求轨道具有高度的 平顺性，才能保证高速列车行车的安全和平稳。 2. 高速铁路轨道的高平顺性，可以通过精测网CPI、 CPII、CPIII 、轨道的设计参数和轨道几何状态测 量仪(轨检小车），通过粗调、精调等施工环节后实现。 3. 衡量轨道平顺性的主要指标，是无砟轨道的静态平 顺度和轨道中心坐标。这些参数可以用轨检仪和 CPIII网检测出来。
弦长480a（m） 10mm/150m
3
4 5
高低
水平 扭曲（基长3m）
2mm/ 8a（m）
10/ 240a（m） 2mm 2mm
弦长48a（m）
— —
2mm/5m
2mm 3mm
弦长30m
弦长300m — —
弦长480a（m） 10mm/150m
6
7
与设计高程偏差
与设计中线偏差
10mm
10mm
—
—
10mm
距大地水准面的高差H
大地水准面的距离 高程为H面的距离 投影差(mm) 距大地水准面的高差H 大地水准面的距离 高程为H面的距离 投影差(mm) 距大地水准面的高差H
20
1000 1000.003 3.139225 35 1000 1000.005 5.493643 50
25
1000 1000.004 3.924031 40 1000 1000.006 6.278449 55
10mm
—
—
注：a为轨枕/扣件间距（m）
轨道几何状态测量仪的概念
铁路轨道几何状态测量仪简称轨检仪，也叫轨道检 测小车，是一种通过CPIII控制网、智能型全站仪、倾 角及轨距传感器、轨道设计参数和专用测量软件,能够 自动检测线路中心坐标、轨顶高程和轨距、水平、高低、 扭曲和轨向等轨道静态参数，并自动进行记录整理的智 能化轻型轨道检测设备。 轨检仪是一种全新的铁路测量设备。
• 线路平面控制网CPⅡ --在基础平面控制网（CPⅠ）上 沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面测量 和轨道控制网CPIII测量提供平面起闭基准。 • CPII网点间距为400~800m，为GPS 三等二维网（规范 规定也可采用导线方法建网，但我认为必须是符合在 CPI上的导线网才行），基线边方向中误差 ≤1.7″， 最弱边相对中误差 ≤1/100000。
• 1.抵偿面不是轨道面，会造成施工出来的结构物与设计 的结构物不完全一致； • 2.带宽狭小，频繁的换带计算给设计和施工带来不便， 也损失精测网CPI的精度； • 3.里程是平面里程，而不是线路的坡面里程； • 4. 10mm/km是系统误差，用这样的CPI和CPII约束CPIII， 将较大地降低CPIII的实际测量精度，同时导致CPIII网 的臵平平差计算无法实现； • 5.因此研究小变形、无换带计算、投影面为轨道面的 CPI数据处理方法非常有必要。
高速铁路工程测量的新概念
铁路工程独立坐标系统---高速铁路工程测量平面坐标系 应采用工程独立坐标系统。边长投影在对应的线路轨 道设计高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。 三网合一---高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按 施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工 控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运 营维护各阶段平面和高程测量成果的一致性，应该做 到三网合一。也就是各阶段平面控制测量应以基础框 架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以 线路水准基点控制网为起算基准。
平均变形(mm/km)
离中央子午线实际距离(m) 高斯距离(m) 平均变形(mm/km)
7.699018599
28000 28000.270414 9.657652083
8.327259389
29000 29000.300434 10.35980402
8.980137211
30000 30000.332598 11.08659304
（铁建设[2008]80号）
《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）
《关于进一步加强客运专线建设质量管理的指导意见》
（铁建设[2008]246号）
200km以上高速铁路多采用无砟轨道
无砟轨道具有稳定性好、维修量少的特点
高铁平面控制测量分级布网原则分四级布设 1 第一级为基础框架平面控制网CP0，主要为全线（段） 的线路平面控制测量提供坐标框架基准。 2 第二级为基础平面控制网CPⅠ，主要为勘测、施工、 运营维护提供坐标基准； 3 第三级为线路控制网CPⅡ，主要为勘测和施工提供控 制基准； 4 第四级为基桩控制网CPⅢ，主要为铺设无砟轨道和运 营维护提供控制基准。
全站仪配合轨检小车进行轨道测量
轨检仪的主要性能和测量精度要求
序号 1 2 3 轨 距 检 测 项 目 高低 轨向 正矢 零位正确性 4 示值误差 测量重复性 零位正确性 5 水 平 示值误差 掉头误差 测量重复性 6 7 扭曲 里程 ±30mm ±9999km ±200mm 1410m～ 1470mm 测量范围 ±50mm ±100mm ±400mm 测量误差 ±1.0mm ±1.0mm ±1.0mm ±0.15mm ±0.30mm 0.20mm ±0.15mm ±0.50mm 0.30mm 0.20mm ±1.0mm ±2‰ 3次测量结果的极差 6.25m基长 备 注 10m弦 10m弦 20m弦 应对使用环境温度的影响 实时进行自动修正 3次测量结果的极差
CPIII平面控制网的测量网形（1）
120m 60m
CPⅡ
每个CPIII测量标志点均有三个测站点对其进行方 向、斜距和竖直角观测。
CPIII平面控制网的测量网形（2） • 测站间距为120m时，CPⅢ平面控制网测量网形示 意图如下图所示。
CPⅠ CPⅡ
120m 60m
CPⅡ
CPIII平面控制网的测量网形（3） • 测站间距为60m时，CPⅢ平面控制网测量网形示意 图如下图所示。
• 基础平面控制网CPⅠ--在基础框架平面控制网（CP0） 或国家高等级平面控制网的基础上，沿线路走向布 设，按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制 网和轨道控制网CPⅢ起闭的基准。 • CPI网点间距为4km，为GPS 二等二维网，基线边方 向中误差 ≤1.3″，最弱边相对中误差 ≤1/180000。
• CPⅢ控制网区段----CPⅢ控制网独立平差计算的控制 网长度。一条高速铁路的CPⅢ控制网可分区段进行平 差计算。每一CPⅢ控制网的区段长度不应短于4km。 • CPⅢ棱镜组件 ----轨道控制网 CPIII控制点精确定 位观测的强制对中测量标志，一般由预埋件、高程测 量适配器、棱镜连接适配件和反射棱镜组成。 • CPⅢ平面网的纵横向闭合差----CPⅢ点间沿线路方向 和垂直线路方向的长度闭合差，可用于评定CPIII平面 网的外业观测精度、探测CPIII网中观测值的粗差等。
2 ym s g s 0 (1 ) 2 2R
Sg为高斯面上距离 S0为大地水准面上距离
高斯投影变形的量值
离中央子午线实际距离(m) 高斯距离(m) 平均变形(mm/km) 离中央子午线实际距离(m) 高斯距离(m) 平均变形(mm/km) 离中央子午线实际距离(m) 高斯距离(m) 19000 19000.084492 4.446950732 22000 22000.131167 5.962118277 25000 25000.192475 20000 20000.098547 4.927369628 23000 23000.149878 6.516448058 26000 26000.216509 21000 21000.114081 5.432425471 24000 24000.170290 7.095414827 27000 27000.242464
高速铁路测量知识
CPⅢ测量技术依据
《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
《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）
《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）； 《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）； 《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）； 《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPⅢ）测量管理办法》
• 精密水准测量--客运专线铁路无碴轨道工程测量中， 用于测量CPIII网高程的等级水准测量，其精度介于二 等、三等水准测量之间，高差中数偶然中误差和全中 误差分别为2mm/km和4mm/km。 • 自由测站边角交会--在线路中线附近架设全站仪，测 量线路两侧多对轨道控制网CPIII点的方向和距离，并 联测就近的CPI或CPII，以获取轨道控制网CPIII平面 坐标的测量方法。 • 自由设站--在线路中线附近架设全站仪，测量线路两 侧多对轨道控制网CPIII点的方向和距离，以确定仪器 中心点的平面和高程位臵。常用在无砟轨道板和长钢 轨的粗调和精调以及配合轨检仪进行轨道检测。
距离的高程改化及其长度变形
H1 H m s2 s(1 ) Hm
Hm H2 s2 s(1 ) Hm
距离高程改化引起的长度变形
距大地水准面的高差H 大地水准面的距离 高程为H面的距离 投影差(mm) 5 1000 1000.001 0.784806 10 1000 1000.002 1.569612 15 1000 1000.002 2.354418