高速铁路CPⅢ控制网测量关键技术

高速铁路CPⅢ控制网测量关键技术
[摘要]：系统的阐述了高速铁路CPⅢ控制网测量的关键技术，并对每道作业流程的注意事项及相关要求作了详尽的说明，对高速铁路CPⅢ控制网的测量控制工作有着极强的指导和借鉴作用。

[关键词]：高速铁路 CPⅢ控制网测量关键技术
1.概述
高速铁路轨道控制网（CPⅢ）是沿线路布设的平面、高程控制网，平面起闭于基础平面控制网（CP Ⅰ）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进行施测，是轨道铺设和运营维护的基准。

CPⅢ控制网由施工单位在施工过程中建网测量，工程竣工后移交给运营单位用于运营期间轨道维护测量，具有相对精度高、点位分布密集、测量工作量大、使用周期长等特点。

2.CPⅢ控制网测量作业
2.1 CPⅢ精密控制网测量作业流程
测量准备 CPⅢ网标志布设 CPⅢ网加密 CPⅢ网测量 CPⅢ网数据处理及评估 CPⅢ网复测。

2.2 CPⅢ测量准备工作
1)测量单位必须具有乙级及以上测绘资质和CPⅢ控制网测量经验，作业人员须持有国家测绘部门颁发的测绘作业证且具有无砟轨道CPⅢ施测经历或通过专业的CPⅢ数据采集及平差数据处理培训。

2)CPⅡ加密与线路水准基点的加密测量，以及CPⅢ网测量所采用的测量仪器设备须满足《高速铁路工程测量规范》中要求的仪器精度指标，经过正规仪器检定部门的检定并在有效时间内，作业前和作业期间进行必要的检校。

3)CPⅢ的控制网测设应在无砟轨道铺设条件评估通过后进行。

4)按铁道部建设司《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPⅢ）测量管理办法》（铁建设【2008】80号）和《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）要求，CPⅢ建网前应对精测网进行全面复测。

5)为了高效、准确地建立CPⅢ基桩网，一般情况下要加密CPⅡ网。

CPⅡ加密的主要目地是为了方便CPⅢ基桩网的观测，以及弥补被损毁的和无法利用的CPⅡ点。

在路基、桥梁地段CPⅡ加密可采用GPS 接收机测量在原精密平面控制网基础上按同精度扩展方式加密；隧道内CPⅡ控制点应在隧道贯通后采用导线测量方法测设。

6)本线处于多风地段，为了保证测量仪器的稳定性特采取以下防风措施：风力较小时采用加配重方法稳定仪器（见图2-1左），风力过大时采用防风罩（见图2-1右）加配重方法尽量减小风对测量仪器的影响。

图8.2-1 测量仪器挂配重及使用防风罩示意图
2.3 CPⅡ加密测量
2.3.1 测量方案
为了满足CPⅡ加密的技术要求，观测前对CPⅡ加密网进行技术设计，必须保证 CPⅡ加密网构网边
长不小于 400m，且必须以边连或网连方式构网，并附合到相邻的既有 CPⅠ或 CPⅡ点上。

观测与数据处理均与原测 CPⅡ相同。

2.3.2 加密要求
1)仪器要求
加密测量采用的方法、使用的仪器和精度应符合相应等级的规定，所采用的仪器必须经过鉴定并在有效期内。

2)GPS测量
CPⅡ加密采用GPS测量时按三等GPS观测技术指标实施，对相应里程范围内稳定的CPⅠ、CPⅡ点全部进行联测。

使用GPS方法加密CPⅡ网的网边长应不小于400米，观测时段不小于两个时段，每段观测时间不得小于1小时，每时段观测完毕后应关机重新架设仪器进行下一时段观测，且应严格按程序观测。

3)导线测量
CPⅡ加密采用导线测量时按三等导线观测技术指标实施，导线附合长度2km以上时，应采用导线网方式布网，导线边数以4～6条为宜。

4)技术要求
各级平面控制网的主要技术要求应符合下列规定：
① CP0、CPⅠ、CPⅡ控制网GPS测量的精度指标应符合表2-1的规定。

② CPⅡ控制网导线测量的主要技术要求应符合表2-2的规定。

表2-2 CPⅡ控制网导线测量的主要技术要求
由于本线多风，水准测量时应采取相应的防风措施，仪器使用防风罩，水准尺采用支架并增加人员确保水准尺稳定。

2.3.3 加密点位埋设说明
桥梁部分CPⅡ加密点需布设于梁上，并沿线路方向埋设于桥梁的固定支座顶端的防撞墙顶面（纵横向均固定）；在路基部分，应在征地界范围栅栏内，便于保护的部位设置CPⅡ加密点，必须保证加密CP Ⅱ点埋设稳定可靠，同时须满足必要的GPS观测条件，并保证CPⅢ测量时其能与2~3个自由测站通视；CPⅡ加密点在隧道口附近时应考虑GPS观测条件及点的稳定性，并兼顾与洞内CPⅡ测量的联测，以保证洞内外的顺接性；在站场范围内应避免埋设CPⅡ加密点，必要时应据现场条件选定合适的位置。

考虑到 CP Ⅲ网联测的需要，CPⅡ加密点间距应为400～800米（宜为600m左右）。

CPII加密点基础埋设深度至少在冻土层下50cm。

桥梁地段CPⅡ加密点建议采用强制对中标志，其它地段标志采用混凝土预制桩或埋设同CPⅢ立柱的强制对中基标。

2.3.4 GPS加密CPⅡ网
1)观测
①路基及桥梁段加密 CPⅡ点测量统一采用 GPS 测量方法。

要求同一时段观测采用同一厂家、同一型号的大地测量型双频 GPS 仪器设备，GPS 标称精度不低于5mm+1ppm×D（D 为基线边长），且架设仪器时必须采用经过检校的带管水准气泡的精密支架。

② 在进行 CP Ⅱ加密网观测前，精心进行时段设计，避开少于4颗卫星的时间窗口，选择最佳时段，CP Ⅱ加密按 GPS 三等测量的要求进行观测。

③ 观测前，要在 GPS 接收机上配置参数，参与作业的接收机配置的参数要相同。

作业时天线严格置平对中，对中误差小于 1mm ；每个时段观测前、测中、测后各量天线高一次，较差值小于 2mm ，取均值作为最后成果。

接收机开始记录数据后，要及时将测站名、测站号、时段号、天线高等信息输入接收设备。

在测量过程中，作业员使用专用功能键和选择菜单查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果、存储器和电池余量等，并作必要记录。

同时要注意仪器的警告信息，及时处理各种特殊情况。

双时段观测时，时段间 GPS 接收机重新进行整置对中。

观测时及时填写原始观测手簿。

④ 由于测区温差大，因此在每次观测前在仪器里及时更新气温和气压，并做好防风措施，提高测量精度，情况允许时，尽量采用强制对中测量提高测量精度。

2)数据处理
为保证CP Ⅲ联测精度，平差时以相邻CP Ⅰ及CP Ⅱ为约束点进行局部分段平差，注意做好分段网间的衔接。

在整体平差前应先对网中的CP Ⅰ和CP Ⅱ的稳定性进行分析。

数据处理过程中，GPS 基线解算和网平差必须满足《高速铁路工程测量规范》中相应的技术指标和精度要求。

2.3.5 导线加密CP Ⅱ网
CP Ⅱ控制点采用测角精度不低于 1″，测距精度不低于 1mm+2ppm 的全站仪施测。

观测前应先将仪器开箱放置20min 左右，让仪器与现场温度基本一致。

导线边观测时点间视距应离开障碍物0.5m 以上，并要求充分通风、现场无施工干扰。

测距边的斜距应进行气象和仪器常数改正。

气压、气温的读取应采用干湿温度计和空盒气压表，其中气压读数精确到0.5hPa ，温度读数精确到0.2℃。

加密导线点的埋设要求同 CP Ⅱ点埋设要求。

2.3.6 线路水准基点的加密
1)加密要求
为了保证线路水准基点的可靠性，在 CP Ⅲ高程测量之前，必须对梁下水准点进行贯通测量，对不满足二等水准要求的水准点成果进行调整。

要求此段复测水准路线必须起讫于稳定的水准基点。

根据高铁规范要求，CP Ⅲ水准路线附合长度不得大于 3km 。

结合线路水准控制网的特点，其一般2km 左右有一个水准网基点，故一般要求CP Ⅲ水准线路2km 左右附合一次。

对不满足该间距或 CP Ⅲ水准路线附合长度大于3km 的地段需进行线路水准基点的加密。

加密线路水准基点埋设在线路附近稳定可靠且不易被破坏的地方，桥梁部分宜上桥埋设，埋设于桥梁固定支座正上方防撞墙顶，尽量保证在梁上下联测时不用再进行水准测量。

线路水准基点的埋设要求同精测网中的水准点埋点要求。

水准点加密应采用不低于 DS1的水准仪，须经过检定，并处于检定有效期内。

高程控制网加密时，必须联测两个以上线路水准基点或深埋水准点。

高程控制网加密按二等水准测量的技术要求执行，作业前及作业过程中检查i 角均应不超过 15″；水准尺须采用辅助支撑进行安置，测量转点应安置尺垫，尺垫选择坚实的地方并踩实以防尺垫的下沉。

水准线路采用往返观测，并沿同一路线进行。

每一测段均采用偶数站结束，往返观测在一日的不同时间段进行。

水准测量的仪器及水准尺类型应按测量等级的要求选择，宜优先采用相应等级的数字水准仪及其自动记录功能采集数据，观测数据采用仪器内置储存器记录，并转换成电子手簿。

2)数据处理
① 线路水准基点的加密应按照国家二等水准测量标准施测，以稳定的线路水准基点、深埋水准点或基岩水准点为起算点，进行整体严密平差计算，采用专业平差软件平差。

高程成果保留到 0.1mm 。

② 水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算每千米水准测量偶然中误差 M Δ；当水准网的环数超过 20 个时，还应按环线闭合差计算 Mw 。

M Δ 和 Mw 应符合规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。

M Δ和 Mw 应按下列公式计算：
][41L
n M ∆∆=∆][1L WW N M W =
2.3.7 三角高程上桥
当桥面与地面高差大于3米时，二等水准高程传递采用不量仪器高、棱镜高的三角高程中视测量方法，具体如下：在高程传递点附近分别在桥墩侧面和对应墩桥梁固定支座端挡砟墙埋设CPⅢ专用标志，在桥墩侧面埋设处应绘制编号，并提交编号的棱镜中心高程成果。

观测过程中用电子水准仪按精密水准作业要求将高差分别抄到挡砟墙和墩底CPⅢ高程标志杆，再用全站仪进行挡砟墙和墩底CPⅢ平面标志杆高差传递。

CPⅢ平面及高程标志杆均为标准件，高程传递点A、B使用CPⅢ平面、高程标志间高差相同。

因此，A、B两CPⅢ高程标志间高差为全站仪观测的三角高程高差，不需量测全站仪和棱镜高。

为保证三角高程传递的准确性，每一上桥处应构成闭合环上桥，即在相邻200米处再有一处三角高程引上桥，桥上的两个A、B点用水准仪测出高差，与两段三角高程高差构成闭合环，环闭合差应满足
2.4 CPⅢ控制网测量
2.4.1 CPⅢ控制点布设
1)CPⅢ控制点元器件
由于 CPⅢ控制网网点间的相对精度高达±1mm，而且 CPⅢ控制网的使用期限从无砟轨道施工开始，到全线轨道线形竣工测量，以及竣工后线路运营期间的轨道维护，因此 CPⅢ控制网的测量标志必须达到以下要求：具有强制对中、能够长期保存、不变形、体积小、结构简单、安装方便、价格适中、重复安置精度满足同一套测量标志在同一点重复安装的空间位置偏差应满足表2-4 的要求。

表2-4 CPⅢ标志棱镜组件安装精度要求
从CPⅢ控制网建网、轨道施工粗调、精调、轨道线形竣工测量、运营期间的轨道维护均必须使用相同型号CPⅢ控制网测量标志，CPⅢ标志元器件的加工几何尺寸的加工误差应不大于0.05mm。

CPⅢ测量标志采用单轴CPⅢ标志，单轴CPⅢ标志组件由预埋件、棱镜测量杆、棱镜连接件三部分组成。

单轴CPⅢ标志组件的主要部件应具有不怕雨、雪和太阳的防锈蚀性能，和因温差变化过大所引起的施工问题，适合用于野外露天作业，单轴CPⅢ标志型号应全线统一。

2)CPⅢ点标志埋设
CPⅢ点标志采用钻孔埋标法，埋设之前逐个检查平面（高程）测量连接杆和预埋件之间的间隙，平面（水准）测量杆全部装入预埋件后，预埋件和平面（水准）测量杆密贴，有异常情况时预埋件不能使用。

预埋件锚固要求使用植筋胶或速凝水泥，不得使用劣质植筋胶或速凝水泥，锚固措施必须使得预埋件牢固、长期使用不松动。

3)CPⅢ点的布设与编号
CPⅢ点沿线路走向成对布设，前后相邻两对点之间距离一般约为 60m，一般情况下布设间距应保持在50～70m范围内，在桥梁和隧道地段每对点之间里程差要求小于 1m。

CPⅢ点设置在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方，并应防沉降和抗移动。

控制点标识要清晰、齐全、便于准确识别。

相邻CPⅢ控
制点应大致等高，其位置应高于设计轨道高程面 0.3m。

CPⅢ点编号共7位数，前4位采用四位连续里程的公里数，第5位正线部分为-3，第 6，7位为流水号，01～99号数循环。

由小里程向大里程方向顺次编号，所有处于线路里程增大方向轨道左侧的标记点，编号为奇数，处于线路里程增大方向轨道右侧的标记点编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复。

CPⅢ点编号路基地段标绘于辅助立柱内侧，标志正下方 0.02m；桥梁地段统一标绘于防撞墙内，顶面下方 0.02m；隧道地段标绘于标志正上方0.02m。

点号标志采用白色油漆抹底，红色油漆喷写点号。

点号标牌规格为50cm×20cm，注明“CPⅢ编号:XXX、测量标志、严禁破坏”字样，喷写时使用统一规格的字模、字高。

2.4.2 CPⅢ平面控制网观测及数据处理
1)平面定位精度要求
CPⅢ平面控制网测量控制点的定位精度要求见表2-5。

2)测量方法
CPⅢ平面控制网在观测中其观测环境要达到以下一些要求：气象稳定、避免阳光直射、避免雨雾天气、避免其它工序的施工干扰，以保证CPⅢ建网的观测精度，特别是在风沙超过4级的情况下，做好防
）
3对CP
CP 2-4
的。

b 距离的观测应与水平角观测同步进行，并由全站仪自动进行。

c CP Ⅲ平面网可根据施工需要分段测量，分段测量的区段长度不宜小于4km ，区段间重复观测不应少于6对CP Ⅲ点，每一独立测段首尾必须封闭。

区段接头不应位于车站范围内。

CP Ⅲ平面网测段及测段衔接网型如图2-5所示。

CPIIxx
图2-5 CP Ⅲ平面网重叠测段衔接网型示意图
3)数据处理
① CP Ⅲ平面网的主要技术指标见表2-7
表2-7 CP Ⅲ平面网的主要技术指标
② CPⅢ平面网距离观测技术要求见表2-8.
③ CPⅢ平面网观测相邻测站间与任意一对CPⅢ 控制点组成的闭合环的闭合差，应满足表2-9规定。

表2-9 CPⅢ平面网环的闭合差限差
④ CPⅢ平面控制网无约束平差精度，应满足表2-10的规定。

表2-10 CPⅢ平面网无约束平差主要技术要求
⑤ CPⅢ平面控制网约束平差后的精度，应满足表2-11的规定。

表2-11 CPⅢ平面网约束平差后的主要技术要求
4)测段接边处理
①测段之间衔接时，前后测段独立平差重叠点坐标差值应满足≤±3mm。

满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差，应采用本测段联测的CPⅠ、CPⅡ控制点及重叠段前测段CPⅢ点坐标成果（不少于2对CPⅢ点）进行固定约束平差，平差后其余未约束平差的重叠CPⅢ点前后区段的坐标较差应≤±1mm，则采用上一区段成果，未满足≤±1mm条件的CPⅢ点应对其稳定性进行分析，确认点位变化后，坐标采用本次测量成果，并注明“坐标更新”。

标段之间 CPⅢ控制网的衔接，相邻标段之间也同样存在衔接的情况，标段之间 CPⅢ控制网的衔接方法与测段之间接边处理方法相同。

②坐标换带处CPⅢ平面网计算时，应分别采用相邻两个投影带的CPⅠ、CPⅡ坐标进行约束平差，并分别提交相邻投影带两套CPⅢ平面网的坐标成果。

两套坐标成果都应该满足CPⅢ相应精度要求，提供两套坐标的CPⅢ测段长度不应小于800m。

分带投影测段之间衔接时，前后测段独立平差重迭点，通过坐标转换成相同坐标系的坐标差值应满足≤±3mm。

满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差，应采用本测段联测的CPⅠ、CPⅡ控制点及前测段所有CPⅢ点转换坐标成果进行固定约束平差。

2.4.3 CPⅢ高程控制网观测及数据处理
CPⅢ高程控制点与平面控制点共桩，在进行棱镜中心高程水准测量时，只需直接将水准测量轴插入套筒内即可测量。

通过减去水准轴球形半径差值即可方便的获得球型棱镜中心所代表的测量点的精确高程。

1)高程控制网精度要求
①精密水准测量精度要求见表2-12
表2-12 精密水准测量要素
② 密水准测量的主要技术标准要求见表2-13
注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7 倍。

L 为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km 。

③ 精密水准观测应符合表2-14的要求
为±0.5mm。

④ 测站观测限差，测站观测限差可按表2-15执行。

表 2-15 测站观测主要技术要求 单位：mm
2)精密水准观测方法
CPⅢ控制点高程测量起闭于二等水准基点。

CPⅢ 高程控制水准测量应按《高速铁路工程测量规范》（TB10601—2009）有关精密水准测量要求施测。

每一测段应至少与 3 个二等水准点进行联测，形成检核。

测量方式采取以下方式（见图2-6）：
图2-6 CPⅢ精密水准观测示意图
3)区段接边处理
区段之间衔接时，重复前一区段6对CPⅢ控制点，前后区段独立平差重叠点高程差值应≤±3mm，满足该条件后，后一段CPⅢ网平差，应采用本区段联测的线路水准基点及重叠前一区段2对CPⅢ高程成果进行约束平差计算。

平差后其余未约束平差的重叠CPⅢ点前后区段的坐标较差应≤±1mm，则采用上一区段成果，未满足≤±1mm 条件的CPⅢ点应对其稳定性进行分析，确认点位变化后，坐标采用本次测量成果，并注明“高程更新”。

2.5 CP Ⅲ 控制网复测
1)如果CPⅢ测量跟施工精调时间间隔较长超过三个月，应该重新复测CPⅢ，确认CPⅢ控制网稳定后方可用于现场精调施工。

2）CPⅢ控制网施测完毕到长轨轨道精调时有一段时间间隔，由于各种自然因素或人为因素，可能引起CPⅢ控制点轻微的变形，因此，在长轨轨道精调作业之前还应该对CPⅢ控制网进行复测，复测的技术要求和作业方法均按照测量时的标准进行。

3）平面控制点复测平差计算完成后，原测成果进行坐标比较，如不超重复测量限差，则取原测成果或精度指标较高的一组为最终成果，如有超限的应分析原因，并查找原因或重测，直到两次成果重复测量成果不超限。

4）CPⅢ复测采用的网形和精度指标均应与原测相同。

CPⅢ点复测与原测成果的坐标较差应≤±3mm，且相邻点的复测与原测坐标增量较差应≤±2mm。

较差超限时应结合线下工程机构和沉降评估结论进行分析判断超限原因，确认复测成果无误后，应对超限的CPⅢ点采用同精度内插方式更新成果。

采用“同精度内插方式”更新超限点坐标成果时，平面应以超限点附近至少六个稳定的CPⅢ点为起算数据进行约束平差，计算超限点的平面坐标，高程应以超限点附近至少三个稳定的CPⅢ点为起算数据进行约束平差，计算超限点的高程。

2.6 CPⅢ评估
1)建设单位应本着与施工、监理及评估单位联系与沟通的原则建立CPⅢ评估工作组织机构，委托具有资质的单位负责CPⅢ测设、指导和评估工作。

2)按照建设单位制定的《CPⅢ测设和评估实施细则》进行评估。

3)评估依据要参照《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）、《工程测量规范》（GB50026-2007）、《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网（CPⅢ）测量管理办法》（铁建设【2008】80号）。

4.结束语
采用该关键技术进行CPⅢ控制网的测量工作，能够保证在温差高、风沙大、日照强等恶劣自然气候条件下CPⅢ控制网测量的质量，该技术对高速铁路的CPⅢ控制网测量控制工作，有着极强的指导和借鉴作用。