高速铁路测量知识

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
• 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。
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
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
6
3
4 A
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
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（mLeabharlann Baidu 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
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。
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。
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
• 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。
（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。
• 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。
• 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。
10 C
8 B
6
4 A C
10
8 B
6
4 A
9
7
5
3
9
7
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
• 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。
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
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。
• 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。
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
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
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》
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。
• 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。
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