高速铁路精密测量讲义.ppt

新建北京至沈阳客运专线精密控制测量技术 2014年8月 高速铁路测量控制网产生的背景 高速铁路修建最核心的问题是解决轨道平顺性 为了适应高速铁路轨道平顺性的要求 线路必须具备准确的几何参数 轨道测量精度要达到毫米级 其测量方法 测量精度与传统的铁路工程测量完全不同 这对高速铁路建设及维护过程中控制测量工作提出了全新的要求 高速铁路测量控制网的坐标系统 一 位置基准与平面控制网 高速铁路测量控制网的坐标系统 高速铁路平面精密控制网涉及使用的坐标系有 1954北京坐标系 1980西安坐标系 WGS 84坐标系 2000国家大地坐标系 我国高速铁路平面精密控制网中的空间直角坐标或大地坐标只是在提供首级或次级控制点成果时使用 具体到工程建设 因为使用的直观和习惯性 一般均采用高斯平面直角坐标 高速铁路测量控制网的坐标系统 高斯投影的基本概念 高斯平面直角坐标的建立 通过高斯投影 将中央子午线的投影作为纵坐标轴 用x表示 将赤道的投影作为横坐标轴 用y表示 两轴的交点作为坐标原点 由此构成的平面直角坐标系称为高斯平面直角坐标系 如右图所示 对应于每一个投影带 就有一个独立的高斯平面直角坐标系 区分各带坐标系则利用相应投影带的带号 高速铁路测量控制网的坐标系统 二 高程基准与高程控制网大地水准面是我国高程测量的基准面 沿重力作用方向的铅垂线是高程测量中的基准线 我国高速铁路控制网测量流程 为什么要建立高速铁路工程测量体系 客运专线铁路速度高 为了达到在高速行驶条件下 旅客列车的安全性和舒适性 要求 1 严格按照设计的线型施工 即保持精确的几何线性参数 2 必须具有非常高的平顺性 精度要保持在毫米级的范围以内 为什么要建立高速铁路工程测量体系 为了适应客运专线铁路高速行车对平顺性和舒适性的要求 客运专线铁路轨道必须具有高平顺度标准 无砟轨道铺设应满足轨道内部几何尺寸 轨道自身的几何尺寸 和外部几何尺寸 轨道与周围建筑物的相对尺寸 的精度要求 其中内部尺寸描述轨道的几何形状 外部几何尺寸体现轨道的空间位置和标高 高速铁路工程测量体系的特点 确定了高速铁路工程测量 三网合一 的测量体系 a 勘测控制网 施工控制网 运营维护控制网坐标高程系统的统一 b 勘测控制网 施工控制网 运营维护控制网起算基准的统一 c 线下工程施工控制网与轨道施工控制网 运营维护控制网的坐标高程系统和起算基准的统一 d 勘测控制网 施工控制网 运营维护控制网测量精度的协调统一 高速铁路工程测量体系的特点 三网合一的重要性 1 勘测控制网 施工控制网起算基准不统一的后果 平面尺度 纵向里程 横向偏移 高程基准 线路纵断面 穿跨越限界 高速铁路工程测量体系的特点 三网合一的重要性 2 线下工程施工控制网与轨道施工控制网的坐标系统和测量精度不统一的后果 线下工程与轨道工程错开 净空限界不足 高速铁路工程测量体系的特点 2 确定了高速铁路精密工程测量分级布网的布设原则 高速铁路工程测量体系的特点 3 确定了客运专线无砟轨道铁路工程测量高程控制网的精度等级 首级高程控制网按二等水准测量精度要求施测 铺轨高程控制测量按精密水准测量精度要求施测4 提出了客运专线无砟轨道铁路工程控制测量完成后 应由建设单位组织评估验收的要求 并制定了评估验收内容和要求 1 检查评估内容包括 平面高程控制网测量技术设计 选点埋石 仪器精度指标及检定情况 外业观测 平差计算和资料完整齐全等 2 外业观测数据检验评估 3 平差计算数据处理质量评估 4 控制网计算成果的整理和质量验证 高速铁路精密工程测量控制网 平面控制测量各级平面控制网布网要求 高速铁路精密工程测量控制网 平面控制测量作业流程 1 CP 控制测量 一般在初测时完成 为客运专线无砟轨道铁路工程提供平面基准 2 CP 控制测量 一般在定测时完成 作为客运专线无砟轨道铁路工程施工平面控制网 3 CP 平面控制测量 在施工测量时施测 铺设无砟轨道时作为无砟轨道铺设基桩控制网 高速铁路精密工程测量控制网 平面控制测量方法 1 GPS测量 用于建立CP CP 控制网 2 导线测量 用于建立CP CP 平面控制网 有砟轨道 3 自由设站边角交会网测量 用于建立无砟轨道铺设基桩控制网 高速铁路精密工程测量控制网 高程控制测量高程控制测量分为深埋水准控制测量 水准基点高程测量 CP 控制点高程测量 客运专线无砟轨道铁路高程控制网应按二等水准测量精度要求施测 CP 控制点高程测量按精密水准测量精度要求施测 CP 控制网测量 CPIII点布设 CPIII点标志 CPIII网区段划分 CPIII网观测 平面网测量 高程网测量 CP 控制网测量 分段测量的区段长度不宜小于4km 区段接头不应位于车站范围 连续梁范围内 CP 平面网区段的两端必须起止在上一级控制网点 CP 或CP 上 而且应保证有连续的三个自由设站与上一级控制网点联测 CP 高程网要满足区段中联测的上一级水准点的数量不得少于3个 而且CP 高程网区段的两端必须起止在上一级水准点上 CP 控制网测量方法 CP 测量标志的选择CP 测量标志的埋设CP 控制点主要沿线路布置于路基两侧的接触网基础 桥梁防撞墙 隧道侧壁上 当CP 控制点布置在桥梁防撞墙上时 点位应设置在桥墩固定支座端上方的防撞墙上 CP 控制网测量 CP 测量标志的埋设1 桥梁地段CP 控制点布设示意图 CP 控制网测量 CP 测量标志的埋设2 路基地段CP 控制点布设示意图 CP 控制网测量 CP 测量标志的埋设1 隧道地段CP 控制点布设示意图 CP 控制网测量 CP 控制网测量需具备的工况条件 1 桥梁防撞墙已完工 2 隧道衬砌已经完成 电缆槽完工 3 路基上接触网杆基础沉降稳定 4 线下工程沉降和变形满足要求 沉降评估通过 5 CP CP 高程控制点已复测 CP 控制网测量需具备的软硬件条件 1 具有自动目标照准和程序控制自动测量功能的全站仪 2 CP 测量标志 包括预埋件 连接件 测量棱镜 3 数字水准仪与配套的因瓦水准标尺 4 CP 外业数据采集软件与CP 内业平差计算软件 CP 控制网测量 CP 平面控制网测量方法自由设站的设站距离为120m时 每个自由设站应观测12个CP 点 全站仪前方和后方各6个 3对 CP 点 每次测量应保证每个CP 点被测量3次以上 CP 控制网测量 CP 平面控制网测量方法对于自由设站测量较为困难的地区 如曲线隧道 自由设站的设站距离可以为60m 每个自由设站应观测8个CP 点 全站仪前方和后方各4个 2对 CP 点 每次测量应保证每个CP 点被测量4次以上 CP 控制网测量 CP 高程控制网测量方法 往测水准路线 返测水准路线 CP 控制网测量 CP 高程控制网测量方法 高速铁路控制网的维护 高速铁路建设期间 应加强CP0 CP CP 及线路水准基点控制网复测维护工作 控制网复测维护分为定期复测维护和不定期复测维护 定期复测应由建设单位组织实施 不定期复测维护应由施工单位实施 1 定期复测维护是对高速铁路平面高程控制网全面复测 复测内容包括全线CP0 CP CP 及线路水准基点 复测频次应满足下列要求 施工单位接桩后 应对CP CP 及线路水准基点进行复测 CP 建网前 CP0 CP CP 及线路水准基点应复测一次 工程静态验收前 CP0 CP CP 及线路水准基点应复测一次 特殊地区 地面沉降区域或施工期间出现异常的地段 应适当加大复测频次 2 施工单位应根据施工需要开展不定期复测维护 复测周期不宜大于6个月 不定期复测维护内容包括CP CP 及线路水准基点及施工加密控制点复测 高速铁路控制网的维护 复测执行的主要技术标准1 高速铁路工程测量规范 TB10601 2009 2 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T18314 2009 3 铁路工程卫星定位测量 TB10054 2010 4 国家一 二等水准测量规范 GB T12897 2006 高速铁路控制网的维护 控制网复测的基本要求1 CP 级控制网按高铁二等GPS控制测量要求进行复测 采用边联接方式构网 形成由三角形或大地四边形组成的带状网 同一隧道范围内不应分带或改变投影高 2 CP 级控制网按高铁三等GPS控制测量要求进行复测 采用边联接方式构网 形成由三角形或大地四边形组成的带状网 3 线路水准基点施工复测的精度和要求按二等水准精度要求复测 高速铁路控制网的维护 控制网复测应遵循以下原则 1 编写复测技术方案 2 复测采用的方法和精度应与原测相同 3 复测前应检查标石的完好性 对丢失和破坏的控制点应按同精度扩展方法补设 施工单位应向评估项目部提交以下内容 1 CP CP 及二等水准复测的原始数据及观测记录 以及标准格式文件 2 二等水准复测的原始数据及观测记录 以及二等水准高差检核表 复测完成后应进行成果分析 编写并提交复测报告 高速铁路控制网的维护 控制网复测仪器要求 平面网复测采用双频GPS接收机的平面标称精度要求不低于5mm 1ppm 二等水准网复测采用自动安平水准仪的标称精度要求不低于 0 3mm km 测量仪器需要经测绘仪器计量定点单位检定合格并在有效期内方可使用 高速铁路控制网的维护 CP CP GPS控制网测量的主要技术要求 高速铁路控制网的维护 CP CP GPS测量作业的基本技术要求 高速铁路控制网的维护 二等水准测量的观测方法 二等水准观测的主要技术要求 单位 m 高速铁路控制网的维护 复测注意事项 1 作业前按规范要求进行相关仪器检校 作业过程中经常对光学对中器进行检校 保持接收机设备工作状态正常 2 在观测前 预报星历情况 按卫星星历预报表 GPS接收机数量及交通情况编制观测计划 3 作业中 仪器对中误差小于1mm 每个时段观测前 后各量天线高一次 两次较差值小于2mm 取均值作为最后成果 观测时用电子手簿进行自动记录点号 天线高 同时认真填写GPS静态观测手簿 4 观测过程中不在天线附近50m以内使用电台 10m以内使用对讲机 在一个时段观测过程中未出现以下操作 接收机关闭又重新启动 进行自测试 改变卫星仰角限 改变数据采样间隔 按动关闭文件和删除文件等功能键 高速铁路控制网的维护 复测数据处理 1 首先将CP CP 原始观测文件进行预处理 转换为标准RINEX文件 同时对点号 天线量高方式 天线高逐一进行复核 2 CP CP 采用商用基线处理软件统一进行基线解算和输出基线向量文件 采用通过鉴定的软件进行基线向量网平差 高速铁路控制网的维护 复测数据处理 1 CP CP 应在独立环或附合路线坐标分量及全长闭合差和重复基线较差检验合格后 进行三维无约束平差 2 CP 三维无约束平差中基线向量各分量的改正数的绝对值满足规范要求后选取稳定控制点进行约束平差计算 3 CP 无约束平差中基线向量各分量的改正数的绝对值满足规范要求后 以所联测的CP 控制点及相邻标段的CP 作为约束点进行平差 计算CP 控制点的工程独立坐标 高速铁路控制网的维护 复测数据处理 高速铁路控制网的维护 复测数据处理 高速铁路控制网的维护 复测数据处理 高速铁路控制网的维护 复测数据分析 1 复测成果与原测成果较差满足规范要求时 采用原测成果 2 当较差超限时 应进行二次复测 查明原因 并采用同精度扩展方法更新成果 提交监理和设计单位确认 高速铁路控制网的维护 复测文件的编制 技术方案包括下列内容 编制依据线路基本情况作业范围及工作内容技术依据坐标系统与高程系统平面控制网测量高程控制网测量与已有控制点联测及相关控制网联测项目质量管理上交资料 高速铁路控制网的维护 复测文件的编制 复测报告包括下列内容 任务依据 工程概况 坐标及高程系统 技术标准 依据及精度指标及复测精度分析 复测组织及完成情况 包括复测如何组织 实施单位资质 人员配置情况 投入仪器情况 复测中遇到的问题 复测精度及成果分析 复测完成时间及工作量情况 高速铁路控制网的维护 复测文件的编制 复测报告包括下列内容 控制点现状情况 平面控制网复测技术执行情况 平面控制点稳定性及相邻点间精度分析 高程面控制网复测技术执行情况复测结论及需说明的问题 上交成果 附录 高速铁路施工控制网加密 1 施工控制网加密测量可根据施工要求采用同级扩展或向下一级发展的方法 施工控制网加密前 应根据现场情况制定施工控制网加密测量技术设计书 2 施工控制网加密测量可采用导线或GPS测量方法施测 施工控制网加密必须就近联测沿线的CP 或CP 控制点 采用固定数据约束平差 利用GPS加密测量施工控制网时 在对加密点进行整体平差前应先对网中联测的原CP 和CP 点的稳定性进行分析 对不满足精度要求的原CP 和CP 进行剔除 满足要求的全部作为起算点 外业观测 数据处理参照加密CPII进行 3 加密平面控制点应布设在坚固稳定 便于施工放线且不易破坏的范围内 高速铁路施工控制网加密 高速铁路施工控制网加密 高速铁路施工控制网加密 加密高程控制点应布设在坚固稳定 便于施工放线且不易破坏的范围内 并按下列规格进行埋石 为便于施工单位施工放样对高程点的引用 应考虑加密水准点与平面点共桩 共桩点的埋设规格同CPI点的规定 高速铁路施工控制网加密 施工控制网加密完成后 应提交下列成果资料 加密控制测量技术设计书 加密控制测量成果 含点之记 外业测量观测数据资料 平差计算资料 加密控制测量技术总结报告 高速铁路施工控制网加密 施工控制网加密完成后 应提交下列成果资料 加密控制测量技术设计书 加密控制测量成果 含点之记 外业测量观测数据资料 平差计算资料 加密控制测量技术总结报告 高速铁路隧道独立控制网的建立 依据 高速铁路工程测量规范 相关要求 对于长大隧道 已有的精测网可能不满足隧道贯通要求 需要建立隧道独立控制网 以保证隧道的顺利贯通 在高速铁路建设过程中 独立控制网建设质量的好坏将直接关系到隧道能否顺利的贯通 高速铁路隧道独立控制网的建立 1 洞外平面控制网应沿隧道进出口连线方向布设成大地四边形 构成必要的闭合检核条件 GPS控制网应由洞口子网和子网之间的联系主网组成 洞口子网宜布设成大地四边形 2 控制点应布设在净空条件好 视野开阔 通视良好 土质坚实 不易破坏的地方 视线应离开旁遮障碍物1m以上 3 隧道进出口以及隧道斜井进口处的原线路平面控制网的CP 控制点应纳入隧道控制网 4 每个洞口 包括斜井 以下同 平面控制点布设不应少于3个 洞口平面控制点应便于向洞内引测导线 向洞内传递方向的洞外控制点联系边长不得小于500m 并尽可能延长 进洞联系边最大俯仰角不宜大于5 5 洞口GPS控制点应方便用常规测量方法检测 加密 恢复和向洞内引测 洞口子网各控制点间应尽量通视 高速铁路隧道独立控制网的建立 大型隧道洞外控制测量设计的技术指标应采用高铁一等标准 高于精测网中CP 控制网的技术标准 隧道洞内外的高程测量均执行 国家一 二等水准测量规范 中二等水准测量的技术与精度要求 高速铁路隧道独立控制网的建立 隧道两相向开挖洞口施工中线在贯通面上的横向和高程贯通误差应符合表3 1的规定 高速铁路隧道独立控制网的建立 高速铁路隧道独立控制网的建立 高速铁路隧道独立控制网的建立 1 洞外GPS平面控制点使用前必须采用全站仪对定向边进行边长复核 在边长较差满足1 25万时 方可用作进洞导线测量的基准 2 洞外二等水准控制点使用前必须至少复核2个相邻水准点间高差 在高差较差满足 L为以公里为单位的测段长 时 方可用作进洞水准测量的基准 3 隧道洞外控制网应结合地质条件 施工方法和施工进度进行定期和不定期复测 且至少半年全面复测一次 4 在隧道开工前 必须明确隧道掘进方式和贯通面位置 并制定进洞控制测量方案 立即进行隧道贯通误差预计 高速铁路工程测量各阶段管理内容 1 勘测设计阶段 1 设计单位依据相关要求编制精密控制测量技术方案 并依据控制网测量方案进行精密控制测量的选点 埋石及测量工作 2 建设单位对设计单位编制精密控制测量技术方案组织审查 设计院需待技术方案审查通过方可进行后续测量工作 3 建设单位应对设计单位精密控制测量过程中控制点选点 埋设 仪器设备 人员配置及外业观测过程进行监控 确保精密控制测量全程满足相关要求 4 设计单位精密控制测量工作结束后 建设单位组织对精密控制测量的评估验收 高速铁路工程测量各阶段管理内容 2 线下工程施工阶段 1 设计单位向