探析高速鐵路精測控制網(wǎng)的測量論文
一、控制網(wǎng)平順度要求
高速鐵路的平順度對于列車(chē)在運行中的安全性和舒適性有很大的影響，因此必須要保證鐵路的平順度。它主要有兩個(gè)分量構成：線(xiàn)路分量和縱向分量。線(xiàn)路分量指的是鋼軌頭內側和鋼軌鋪設方向在凹凸兩方面的平順性。相關(guān)標準要求線(xiàn)路分量在10m 弦實(shí)測正矢和理論正矢差值不超2mm。
平順度并不能保證鐵路整體線(xiàn)路的正確性和精確性，它只是其中的一個(gè)標準，是一種局部誤差，與精確性有相關(guān)性，不是全等性。因此平順度只能作為控制測量的部分標準。平順度具有誤差累計和擴大的特性，只保證平順度有可能使得實(shí)際線(xiàn)路與理論線(xiàn)路相差甚遠。平順度包括短波平順度和長(cháng)波平順度。
(一)短波平順度誤差計算
以直線(xiàn)性的線(xiàn)路為例來(lái)說(shuō)，10m 的線(xiàn)路如果出現2mm 的不平順度，那么線(xiàn)路就會(huì )產(chǎn)生82.5″的轉折角，此時(shí)將B 移至B′點(diǎn)。假設AB 短線(xiàn)路總長(cháng)為150m，根據平順度具有偶然性的誤差計算得出mβ=127 ㎜。
(二)長(cháng)波平順度誤差計算
假設線(xiàn)路總長(cháng)AB=900mm，根據平順度長(cháng)波要求，每150m 不大于10mm，按最大值10mm 計算線(xiàn)路將會(huì )產(chǎn)生27.5″的轉折角，則整個(gè)線(xiàn)路mβ=147 ㎜。相比較之下，無(wú)砟軌道鋪設每150m 最大10mm 的平順度要求比每20 米弦實(shí)測正矢與理論正矢之差為2 毫米的精度要求高。
盡管如此，鐵路平順度在達到要求的情況下，整體線(xiàn)路在誤差累計的情況下有可能會(huì )與預測或者理論線(xiàn)路偏差很遠。因此在鐵路軌道的鋪設過(guò)程中，還需要運用精測控制網(wǎng)來(lái)保證鐵路整體線(xiàn)路的正確性和精確性。
(三)CPⅠ和CPⅡ誤差計算
利用無(wú)砟軌道中平順度的要求，我們可以反求CPⅠ和CPⅡ控制網(wǎng)的相關(guān)精度要求。依據導線(xiàn)測量方法，我們計算CPⅠ和CPⅡ最弱點(diǎn)的橫向中誤差。對于CPⅠ，假定s 取值4000m，通過(guò)計算可得km=11.6 ㎜。對于CPⅡ，假定S 取值4000m，通過(guò)計算可得km=11.6 ㎜。
同時(shí)我們假設縱向分量誤差與橫向誤差相等，則同樣計算可得最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差約為5mm 和15mm。
二、精密高程測量
(一)總體方案
首先線(xiàn)路水準基點(diǎn)作為基準一定要選擇在線(xiàn)路的旁邊并且是不容易發(fā)生變動(dòng)破壞的位置，按照慣例一般是選擇在橋墩底部，并且加設無(wú)重型車(chē)輛通行。線(xiàn)路水準基點(diǎn)的編號有原則依據，一般按照BM-X-XX 的格式進(jìn)行編排，其中x 表示標段號，xx 表示標段內里程增大方向按照順序標號。其中點(diǎn)好標志字號按照統一規格字摸，字高6mm，正楷字體刻繪，白色油漆抹底，編號用黑色漆，點(diǎn)號銘牌的白色抹底規格應為 40cm×30cm。
精密高程測量的水準點(diǎn)要求與測量線(xiàn)路的水準點(diǎn)埋設要求一樣，并且它的測量要求要高于ds1 的水準儀，同時(shí)需要經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)的檢定，同時(shí)處于有效期之內。
為了能夠檢測水準點(diǎn)是否產(chǎn)生明顯的下沉，在沉降區水準特殊地段必須能夠同時(shí)測量到至少兩個(gè)深埋的水準基點(diǎn)。而對于非沉降去區地段的線(xiàn)路要保證至少五個(gè)水準點(diǎn)的聯(lián)測。水準線(xiàn)路的檢測按照往返原則進(jìn)行，且按照同一線(xiàn)路，分時(shí)段進(jìn)行，每個(gè)檢測段按偶數站結束。高程控制網(wǎng)測量中無(wú)需測量低端和需要測量低端各自按照標準要求來(lái)進(jìn)行：無(wú)需測量地段按精密水準;需測量地段按照二等測量標準要求，并且要分級控制。進(jìn)行作業(yè)前和過(guò)程之中是檢查角不要超過(guò)相應標準。為了保證準確性和精確性，水準尺安裝時(shí)要用輔助支撐，同時(shí)轉點(diǎn)處加裝尺墊。
水準測量?jì)x和水準尺的選取標準應按照施工中測量要求的等級來(lái)選擇，過(guò)高或過(guò)低的等級標準都會(huì )給使用者帶來(lái)不必要的麻煩或者達不到標準，選取中優(yōu)先考慮數字水準儀，自帶有數據采集自動(dòng)記錄功能，內置存儲器存儲測量數據，并轉換成電子手簿。
(二)相關(guān)技術(shù)規定
如果施工規劃中遇到跨越特大河流的情況時(shí)，二等的水準線(xiàn)路應該按照《國家一、二等水準測客運專(zhuān)線(xiàn)精密控制網(wǎng)測量量規范》的有關(guān)規定執行，作為測量的依據。
(三)數據處理
1、采用高程控制網(wǎng)進(jìn)行測量時(shí)要依據《高速鐵路工程測量規范》TB10601-2009標準規則進(jìn)行實(shí)施。計算時(shí)從聯(lián)測的線(xiàn)路水準基點(diǎn)開(kāi)始算起，然后再進(jìn)行平差計算，這其中要用到專(zhuān)業(yè)的平差軟件，計算結果要保留到小數點(diǎn)后一位。
2、所需數據測量結束后要計算飄然誤差MΔ，計算時(shí)要按照被測段往返測高差不符值。其中水準網(wǎng)的環(huán)數超過(guò)20 時(shí)，還要計算閉合誤差Mw。
三、平面控制
在進(jìn)行鐵路軌道施工時(shí)若借用平面控制網(wǎng)進(jìn)行測量時(shí)，應了解平面控制的三個(gè)分網(wǎng)的各自用途。平面控制網(wǎng)分為基礎平面控制網(wǎng)CPI，線(xiàn)路控制網(wǎng) CPⅡ和基樁控制網(wǎng) CPⅢ。CPI 主要是為高速鐵路的勘測、施工及以后的運營(yíng)提供坐標基準。CPⅡ主要是提供勘測和施工的控制方面的基準。CPⅢ主要為鋪設無(wú)渣軌道和高鐵運營(yíng)維護提供控制基準。
(一)三級布控測量方法
CPI 和CPⅡ分別按鐵路的B 級和C 級測量要求來(lái)進(jìn)行測量數據，進(jìn)行cp1 測量時(shí)在4km 的距離內設上一個(gè)點(diǎn)或者一對點(diǎn)，要求是能夠保證兩個(gè)誤差不超出范圍值。最弱變的相對中誤差 1/170000，基線(xiàn)邊方向中誤差不大于 1.3″。CPⅡ的測量要用到GPS 測量，并且在CPI 的基礎上進(jìn)行，也可以用導線(xiàn)測量方法進(jìn)行測量。兩點(diǎn)間距離為800~1000m 時(shí)，最弱邊相對中誤差為 1/100000，若用導線(xiàn)測量法進(jìn)行，則按照四等來(lái)計算，各種誤差均不要超值。測角的中誤差為2.5″，基線(xiàn)邊方向中誤差不大于 1.7″，相對閉合差 1/40000。CPⅢ的測量方法稱(chēng)為后方交會(huì )網(wǎng)測量，也可稱(chēng)之為自由設站交會(huì )網(wǎng)測量。按照《客運專(zhuān)線(xiàn)無(wú)碴軌道鐵路工程測量暫行規定》在用此種剛發(fā)進(jìn)行測量時(shí)以 2×3 個(gè) CPⅢ點(diǎn)作為測量目標，每個(gè)目標數據要測3 次。
對于CPⅢ控制點(diǎn)的距離一般在60m 左右，不要大于80m，CPⅢ觀(guān)測點(diǎn)的要求為120,m 左右，一般不要超過(guò)180m。
在測量時(shí)一定要記錄各項所需數據。CPI、CPⅡ-點(diǎn)上的目標點(diǎn)的棱鏡高、當時(shí)的氣壓及溫度等等都要記錄下來(lái)。注意每個(gè)測量點(diǎn)都要測量三次。如果線(xiàn)路上出現了長(cháng)短鏈要特別注意那些編號和重復里程。
(二)測量要求
三級布控測量有相應要求在進(jìn)行測量前一定要熟知這些要求：
1、在用平面控制網(wǎng)進(jìn)行測量之前一定要設計好總體及局部的技術(shù)方案，這其中包括：CPⅢ點(diǎn)的埋設與編號設計、測量方法與精度設計、CPⅢ觀(guān)測網(wǎng)形設計，測量中所需儀器，人員的組織安排以及與之相關(guān)的安全注意事項等等。
2、CPⅢ按照自由設站交會(huì )網(wǎng)測量時(shí)要依次進(jìn)行，每段測量，不要遺漏。
3、CPⅢ平面網(wǎng)水平方向測量需要滿(mǎn)足以下要求：在對控制點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)，可以采用多測回全圓方向觀(guān)測法，對于同一測站來(lái)說(shuō)，測量控制點(diǎn)可以采用一次或者分組觀(guān)測。如果采用分組觀(guān)測，應采用同一方向歸零，并且要重復觀(guān)測一個(gè)方向。水平觀(guān)測應滿(mǎn)足相關(guān)要求。
(三)數據處理
采用平面控制法進(jìn)行鐵路施工指導時(shí)，數據的測量必須要有專(zhuān)門(mén)的數據處理軟件，應滿(mǎn)足能夠自動(dòng)記錄數據并進(jìn)行處理。在測量數據進(jìn)行存儲之前要對測量數據進(jìn)行檢驗，查看各項數據記錄是否齊全完整，應包括一下內容：觀(guān)測者、記錄著(zhù)、復核者、日期及天氣情況等要素。如果數據不滿(mǎn)足要求要及時(shí)的進(jìn)行重測，保證無(wú)誤后進(jìn)行存儲和提交。
數據的計算和平差處理要用經(jīng)過(guò)鐵道部正式認定過(guò)的軟件，否則無(wú)效。在最后的計算結果報告中要注明軟件名。進(jìn)行整體平差計算時(shí)要對各項精度做出評定。
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