新建铁路石家庄至太原客运专线工程总结--第七章精密测量控制系统12.8

1 第二篇 第七章 精密测量控制系统 第一节 精密测量控制系统的建立 一 工程概述一 工程概述 1 线路概况 新建石太铁路客运专线线路起自石家庄 经盂县 阳泉 至太原 线路全长 189 93km 全线桥梁总数 87 座 不包括公路及框构桥 共计 33453 63m 折合双延米 占正线长度 17 61 全线隧道 34 座 累计长 度 m 占总线路长度的 60 19 分布在 DK28 DK176 之间 最长的隧 道为太行山右线隧道 长度 27848m 其余路基占总线路长度的 22 2 其中 在石板山隧道 黑水坪大桥 南梁隧道 孤山大桥 太行山隧道 段铺设板式无砟轨道 总长度为双线 47 484km 占客运专线正线线路长 度的 25 其余地段均采用有砟轨道结构 2 精密控制测量 石太客专的精密控制测量主要包括 1 长大隧道无砟轨道洞外及洞内控制测量 CPI CPII 及高程 及复测 2 全线有砟轨道精密控制测量 CPI CPII 及高程 及复测 3 无砟轨道 CPIII 平面和高程控制测量及复测 4 有砟轨道 CPIII 平面和高程控制测量及复测 铁三院编制的 新建铁路石家庄至太原客运专线控制测量及无砟轨 道线下工程变形监测技术方案设计 于 2007 年 5 月 19 日 在北京中土 大厦由石太公司组织专家通过了评审 全线控制网按分级布网的原则 分三级布设 第一级为基础平面控 制网 CPI 第二级为线路控制网 CPII 第三级为基桩控制网 CPIII 2 各级平面控制网的作用为 CPI 主要为勘测 施工 运营维护提供 坐标基准 CPII 主要为勘测和施工提供控制基准 CPIII 主要为轨道铺 设和运营维护提供控制基准 无砟轨道南梁 太行山隧道洞外控制测量 CPI 由铁三院于 2005 年 8 月完成了首次测量 2006 年 2007 年共完成了两次定期复测 石板 山隧道洞外控制测量及复测由中铁二十二局测量 2007 年 5 月至 8 月由 铁三院完成了有砟轨道段落 CPI CPII 及三等水准测量控制测量 2008 年 5 月公司安排施工单位进行了 CPI CPII 及三等水准测量复测 2008 年由铁三院完成了无砟轨道洞内 CPII 及二等水准测量 有砟轨道 段 CPIII 测量 2008 年由中铁八局完成了无砟轨道洞内 CPIII 及高程测 量工作 2009 年公司又委托铁三院和中铁八局分别对原 CPIII 进行复测 有砟轨道段各项控制测量均满足 时速 200 250 公里有砟轨道铁路 工程测量指南 试行 铁建设函 2007 76 号 无砟轨道段各项控制测 量均满足 客运专线无砟轨道铁路工程测量技术暂行规定 铁建设 2006 189 号 的要求 精测网由石太公司统一委托铁二院进行了咨询评估 评估合格 二 作二 作业业依据依据 1 时速 200 250 公里有砟轨道铁路工程测量指南 试行 铁建 设函 2007 76 号 2 客运专线无砟轨道铁路工程测量技术暂行规定 铁建设 2006 189 号 3 关于重视和加强时速 200 公里以上铁路工程测量工作的通知 建技电 2006 128 号 4 工程测量规范 GB50026 93 5 全球定位系统 GPS 铁路测量规程 TB10054 97 6 国家一 二等水准测量规范 GB T 12897 2006 7 国家三 四等水准测量规范 GB12898 91 8 新建铁路石家庄至太原客运专线控制测量及无砟轨道线下工程 变形监测技术方案设计 3 三 坐三 坐标标系系统统和高程系和高程系统统 一 坐标系统 全线除采用 1954 北京坐标系外 三度带中央子午线经度 114 度 为了满足铁路施工需要 保证控制网施工测量的精度 控制网采用任意 带高斯正形投影抵偿坐标系 工程独立坐标系 坐标系采用 1954 年北 京坐标系椭球参数 任意带高斯投影 依据线路设计方案位置东西 Y 方向坐标差值及路肩设计高程计算中央子午线值及投影面高程 满足测区投影长度变形值不大于 1 40000 25mm km 的要求 在整个 测区建立 2 个工程独立坐标系 详细参数如下表 工程独立坐标系表 坐标系名称 中央子午线 经度 投影面大地高 m 高程异常 m 起讫里程 第一工程独立 坐标系 114 30 24242石家庄枢纽 DK126 000 第二工程独立 坐标系 112 18 90242DK126 000 太原枢纽 其中 石板山 南梁 太行山隧道段属于无砟轨道段 单独进行控 制测量 分别建立了石板山隧道工程独立坐标系 南梁隧道工程独立坐 标系 太行山隧道工程独立坐标系 满足测区投影长度变形值不大于 1 10mm km 的要求 其坐标系统参数如下 1 有砟轨道段独立坐标系采用 1954 北京坐标系参考椭球 其坐标 系具体情况见上述独立坐标系表 2 石板山隧道工程独立坐标系 投影面高程 370m Y 坐标加常 数 5000m 3 南梁隧道工程独立坐标系 投影面大地高 560m 高程异常值 42m Y 坐标加常数 5000m 4 太行山隧道工程独立坐标系 投影面大地高 836m 高程异常 值 42m Y 坐标加常数 5000m 二 高程系统 采用 1985 国家高程基准 四 南梁 太行山四 南梁 太行山长长大隧道洞外控制大隧道洞外控制测测量量 太行山 南梁隧道是石太铁路客运专线重点控制性工程 太行山隧 4 道为双洞单线 穿过高程为 1311 米的太行山山脉主峰越宵山 左线隧道 长 27839m 右线隧道长 27848m 南梁隧道是曲线隧道 由双线单洞过 渡到双线双洞 隧道左线全长 11526m 右线隧道全长 11538m 太行山 隧道与南梁隧道通过孤山大桥 约 190m 相连 太行山隧道是亚洲最长 的山岭隧道 也是目前国内最长的铁路山岭隧道 隧道横穿太行山脉 线路基本为东西走向 区内山峰挺拔陡峭 峡谷深切 坡陡谷深 地形 起伏剧烈 特别在孤山附近 悬崖峭壁丛生 地形地貌异常险峻 隧道 斜井多 多标段施工 贯通面多 其进出口路肩设计高差很大 为 393m 增加了测量设计和外业测量的难度 根据技术难点制定了详细的 技术方案 南梁 太行山隧道洞外控制测量为铺设无砟轨道地段 按隧道贯通 精度要求进行的洞外精密工程控制测量 其洞外平面精度按 B 级 GPS 高程按二等水准的技术要求进行 满足 客运专线无砟轨道铁路工程测 量暂行规定 中 CPI 及勘测高程控制测量有关要求 铁三院于 2005 年 8 月完成了首次测量 2006 年 2007 年共完成了两次定期复测 一 洞外控制测量的技术难点 1 在国内类似特长隧道控制测量还没有实践经验 太行山特长隧 道长27 8km 南梁长11 5 km 两座隧道由孤山桥相连 整个工程控制网 达40km 控制难度大 2 在地形复杂 设计路肩高差近400m的情况下 建立满足无砟轨 道投影变形及隧道施工方便的坐标系 3 施工标段多 贯通面多 施工周期较长 太行山开挖斜井9个 南梁隧道开挖斜井4个 4 洞内外温差大 高差大 对联测方案需要制定相应的技术方案 5 控制测量与线路 轨道设计的结合 既要满足隧道施工贯通的 需要 又要保证线路 无砟轨道平顺性的测量要求 6 在工期要求十分紧张的情况下 如何做好严密 有序的项目组 织 如何充分发挥团结 和谐和奉献的团队精神等都是保证项目顺利完 5 成的关键 二 洞外平面控制测量 1 控制网布设 针对太行山 南梁隧道进出口高差大及无砟轨道线路的实际特点 确定统一建网方案 设计了可行的隧道工程坐标系 考虑太行山隧道 隧道全长27 8km 与南梁隧道 隧道全长 11 5km 两隧道位置基本相连 进出口相隔仅190m 为施工便利及贯通 和线路衔接 确立了两隧道统一的洞外平面 高程控制网 经过贯通误 差估算 结合工程实践进行精心测量设计 建立了两个施工坐标系统 隧道平面控制网按 B 级 GPS 要求进行 布设首先考虑了隧道线路平 面和斜井位置控制的需要 按洞口子控制网和洞口子网间的联系网组成 同时考虑 GPS 观测对控制点的要求 洞口子网由三角形 大地四边形 中点多边形等强度较高的网形构成 子网相互通视的边采用 GPS 直接观 测基线 联系网一般为四边形 但长边由三角形或大地四边形构成 各 斜井一般均布设 4 个控制点 洞口子网边长一般不短于 500m 特殊情况 下短边 建立钢制强制归心标 联系网的选择及洞口子网的控制点一方 面要满足进洞的需求 另一方面考虑尽量靠近隧道主轴线 以减少测点 误差对隧道横向中误差的影响 全网共测设 B 级 GPS 控制点 70 个 洞 口子网 14 个 实际控制中线里程 40 7 公里 2 外业观测 GPS 观测采用静态测量模式观测 使用 4 台双频 GPS 接收机观测 联系网的基线向量观测采用不同时段进行观测 选择 卫星数目多 GDOP 值比较小且稳定的观测窗口施测 至少观测 2 个时 段 观测时段长度 90 分种 安置仪器严格对中 对中误差不超过 1mm 相互通视的子网边必须为直接观测边 同时强调观测必须对 GPS 接收机天线进行统一定向 3 数据处理 基线解算 网平差均满足 客运专线无砟轨道铁路工 程测量暂行规定 中 CPI 有关要求 基线解算质量检验限差满足独立环 闭合差 重复观测基线较 nWx2 nWy2 nWz2 nW32 差 网平差成果满足基线边方向中误差 1 3 最弱边相对中误 s d2 2 差 1 可重复性测量精度 10mm 相对点位精度 8 D 10 6 mm 6 三 洞外高程控制测量 1 控制网布设 高程控制网按照主水准路线和支水准路线环两级布 网 每个洞口一般设置 3 个水准点 在主水准路线上和支水准路线上一 般每 2km 左右布设一个临时水准点 每 4km 左右布设一个长期水准点 便于检测和复测 全网共测量二等水准点 193 个 水准闭合环 5 个 水 准路线总长 173 公里 2 外业观测 洞外高程控制采用二等水准精度要求进行施测 视线 长度 50m 前后视距差 1 0m 前后视距累积差 3 0m 视线高度 0 5m 测站限差 两次读数差 0 4mm 两次所测高差之差 0 6 mm 检 测间歇点高差之差 1 0 mm 观测时 按后 前 前 后 前 后 后 前的顺 序进行往返测 每一测段应为偶数个测站 3 数据处理 平差时以联测定测水准点进行起算 保证和线路的衔 接 往返测高差不符值限差 闭合或附合路线闭合差限差均满足 L4 每公里水准测量的偶然中误差均 mm0 1 五 全五 全线线有有砟轨砟轨道段道段 CPI CPII 及三等水准控制及三等水准控制测测量量 由于石太铁路客运专线既有定测已完成并进行施工 铁道部新颁 时速 200 250 公里有砟轨道铁路工程测量指南 试行 后 既有定测 控制网不能满足 指南 要求 按铁道部要求 2007 年 5 月至 8 月完成 了有砟轨道段落共计约 143km 控制测量 一 有砟轨道段 CPI CPII 控制测量 1 控制网布设 CPI 级控制点基本沿线路走向成对布设 点对间短 边 600 1000m 全线相邻点对长边均不超过 4km 点对间的短边相互通 视 选点在距线路中线 100 200m 地方 困难地段有一点靠近线路 CPII 级控制点其中有 22 段用导线法进行测量 其余 6 段处于市区视线 受限制 采用 GPS 方式进行测量 点位沿线路布设成等边直伸形式 相 邻点间距 400 800m 且相邻点间相互通视 全线共测设 CPI 102 个 CPII 106 个 联测国家三角点 4 个 同时又对各开工已建工程进行调查 对所用定测点进行了联测 其中 CPI 联测 41 个点 CPII 联测 31 个点 2 外业观测 GPS 观测采用静态测量模式观测 使用 4 台双频 GPS 接收机观测 在观测前 预报星历预报 按卫星星历预报表 GPS 7 接收机数量及交通情况编制观测计划 按设计控制网网形进行观测 观 测时 GPS 天线统一指北定向 GDOP 值比较小且稳定的观测窗口施测 观测时段数为 1 2 CPI 观测时段长度 60 分种 CPII 观测时段长度 45 分钟 安置仪器严格对中 对中误差不超过 1mm 全站仪 CPII 导线测量按四等导线精度进行施测 采用 Leica TCRA1201 测量机器人全站仪施测 仪器测角精度为 1 0 测距精度 2mm 2ppm D 检校效能良好 作业中 觇标采用仪器配套棱镜和 觇牌组合 光学对中器对中 对中误差小于 1mm 水平角和距离观测应 在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行观测 视线超越的高度及旁离 障碍物的距离均大于 1 5m 用于气象改正的温度 气压数据 在每测站 测定一次 输入全站仪自动改正 避免气压计 温度计受日光曝晒和辐 射 导线测量采用机载程序自动记录 导线测量边长采用往返观测各 2 测回 水平角观测 4 测回 且测角满足 半测回归零差 6 一测回内 2C 互差 9 同一方向值各测回互差 6 3 数据处理 CPI CPII 控制测量成果均满足 时速 200 250 公里 有砟轨道铁路工程测量指南 试行 规定要求 基线解算质量检验限差 满足独立环闭合差 重复 nWx2 nWy2 nWz2 nW32 观测基线较差 平差成果满足 CPI 基线边方向中误差 1 7 s d 2 2 最弱边相对中误差 1 可重复性测量精度 15mm 相对点位精度 10mm CPII 基线边方向中误差 2 最弱边相对中误差 1 60000 可重 复性测量精度 15mm 相对点位精度 10mm CPII 导线测角中误差 2 5 导线全长相对闭合差满足 1 40000 方位角闭合差 5 n 二 有砟轨道段三等水准控制测量 1 控制网布设 水准路线沿线布设 水准点每 2km 左右设置一个 在 2km 以上的隧道进口和出口布设水准点 沿线在有砟轨道段共布设三 等水准点 75 个 联测国家水准点 3 个 同时联测定测水准点 30 个 观 测水准路线 450km 2 外业观测 视线长度 75m 前后视距差 3 0m 前后视距累积差 6 0m 检测间歇点高差之差 3 0 mm 观测时 按后 前 前 后的顺序进 行往返测 每一测段应为偶数个测站 8 3 数据处理 平差时以联测的国家水准点和定测水准点进行约束平 差 往返测高差不符值限差 附合路线闭合差限差均满足 每公 L12 里水准测量的偶然中误差均 mm0 3 六 无六 无砟轨砟轨道洞内道洞内 CPII 及二等水准控制及二等水准控制测测量量 洞内无砟轨道CPII测量在测量暂规中没有标准 受斜井贯通的影响 附合长度较长 研究制定了满足无砟轨道CPII要求的测量方案和技术指 标 无砟轨道铺轨前 参考 客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定 铁三院于2008年进行了洞内CPII和二等水准控制测量 中铁八局在CPIII 测量前对CPII及高程进行了复测 一 无砟轨道洞内 CPII 控制测量 1 控制网布设 参照 暂规 洞内施工导线适用长度 并根据本项 目实际情况进行精度估算 经过优化设计 CPII 布设成二等导线网 边 长直线段按照 400m 600m 左右布设 曲线段按照 400m 500m 左右布 设 共测设导线网 111 27 Km 其中 石板山隧道洞内布设 CPII 点 22 个 观测导线网长度 12 6Km 南梁隧道洞内布设 CPII 点 50 个 观测导 线网长度 19 77Km 太行山隧道洞内布设 CPII 点 118 个 观测导线网长 度 78 9Km 2 外业观测 CPII 测量按二等导线精度进行 附合在洞外 CPI 控 制点上 且每个洞口至少联测 2 个 CPI 控制点 采用 Leica TCRA1201 测量机器人全站仪施测 仪器测角精度为 1 0 测距精度 2mm 2ppm D 导线测量采用机载程序伺服马达自动测量并记录 用于气象改正的温度 气压数据 在每测站测定一次 输入全站仪自动 改正 导线测量边长采用往返观测各 3 测回 水平角观测 6 测回 且测 角满足 半测回归零差 6 一测回内 2C 互差 9 同一方向值各测回 互差 6 3 数据处理 隧道洞内 CPII 平面控制网平差时加入 13 条激光测距 边进行联合平差 用以加强控制网强度 平差时共约束洞外 B 级 GPS 平 面控制点 21 个 外业观测距离均经程序进行高程改化 满足二等导线限 差后进行严密平差计算 平差结果满足二等导线相关精度要求 测角中 误差 1 0 导线全长相对闭合差满足 1 80000 方位角闭合差 2 n 9 二 无砟轨道洞内二等水准控制测量 1 控制网布设 无砟轨道段洞内每 1 2Km 增设一个水准基点 按 二等水准要求进行施测 同洞外二等水准路线联测 共测设水准路线 188 76 Km 其中 石板山隧道洞内布设二等水准点 6 个 测量水准路线 长度为 23 6 Km 南梁隧道洞内布设二等水准测量网点 16 个 测量水准 路线长度为 36 36 Km 太行山隧道洞内布设二等水准点 36 个 测量水 准路线长度为 128 8 Km 2 外业观测 数据处理均满足二等水准控制测量相关精度要求 七 全七 全线线有有砟轨砟轨道段道段 CPIII 测测量量 根据 时速 200 250 公里有砟轨道铁路工程测量指南 试行 技术 标准 铁三院于 2008 年 4 月对石太客运专线有砟轨道段 CPIII 进行测量 并于 2009 年 3 月完成复测 一 有砟轨道 CPIII 平面控制测量 1 控制网布设 CPIII 控制点设于距线路中线一般为 2 4m 控制 点的间距为 150 200m CPIII 控制点在路基地段埋设于接触网杆基座上 在隧道内设在水沟电缆槽上 在桥梁上设在防撞墙顶上 共测设有砟轨 道 CPIII 平面点 652 个 导线全长 196 14km 2 外业观测 CPIII 在 CPII 的基础上建立 并附合到 CPI 或 CPII 平面控制网上 导线按照五等导线测量规定的精度要求进行 采用 Leica TCRA 1201 全站仪 测角标称精度 1 测距标称精度 2mm 2ppm D 采用方向法观测 距离和竖直角往返各观测 2 测回 水平角观测 2 测回 在附合导线两端与 CPII 点联测时根据具体情况增加 2 测回 用于气象改正的温度 气压数据 在每测站测定一次 输入全 站仪自动改正 3 数据处理 平差时采用联测的 CPI CPII 进行约束平差 平差结 果满足五等导线精度要求 测角中误差 4 0 测距中误差 3mm 导线 全长相对闭合差满足 1 20000 方位角闭合差 8 可重复性精度 n 6mm 相邻点位精度 5mm 二 有砟轨道 CPIII 高程控制测量 1 控制网布设 间距为 150 200m 与 CPIII 平面点共用 共测设 10 有砟轨道 CPIII 高程点 652 个 水准路线长 324 74km 2 外业观测 有砟高程测量按四等水准测量的精度要求进行 并起 闭于沿线布设的三等水准基点上 视线长度 80m 前后视距差 5 0m 前后视距累积差 10 0m 检测间歇点高差之差 3 0 mm 观测时 按后 前 前 后的顺序进行往返测 每一测段应为偶数个测站 3 数据处理 平差时以联测的三等水准点进行约束平差 往返测高 差不符值限差 附合路线闭合差限差均满足 每公里水准测量的L20 偶然中误差均 mm0 5 八 无八 无砟轨砟轨道洞内道洞内 CPIII 测测量量 根据 客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定 的技术标准 中 铁八局于 2008 年 8 月对石太客运专线无砟轨道洞内 CPIII 平面和高程进 行控制测量 一 无砟轨道洞内 CPIII 平面控制测量 1 控制网布设 CPIII 网布设于轨顶上方 20cm 30cm 的隧道壁上 边长为 50 60m 布设一对 CPIII CPIII 平面测量控制网采用边角交会测 量方法 附合于 CPII 控制点上 2 外业观测 CPIII 控制网采用自由设站的方式进行测量 洞内 CPIII 控制网 CPIII 点间距为 60 米 自由设站点间距为 120 米 各 CPIII 点是三方向的距离和方向交会 每个自由设站测量的 CPIII 点为 12 个 CPII 点至少在两个自由站上进行联测 联测长度宜控制在 150 米以内 最大不超过 300 米 自由设站边角交会测量见下图 测站 自由站点 CPIII 标记点 11 测站向 CPIII 点进行的测量 方向 角度和距离 两相邻 CPIII 点间距离 CPIII 网平面控制按三等导线精度要求进行 采用仪器为 Leica TCRA1201 Leica TCA1800 并配 24 个棱镜进行施测 全站仪测角标 称精度均为 1 测距标称精度均为 2mm 2ppm D 边角交会测量 角度 距离各 4 测回 用于气象改正的温度 气压数据 在每测站测定 一次 输入全站仪自动改正 3 数据处理 平差处理时以洞内布设的 CPII 平面控制点为起算点 进行约束平差 平差结果满足三等导线精度要求 测角中误差 1 8 测 距中误差 3 0mm 可重复性精度 5mm 相对点位精度 1mm 二 无砟轨道洞内 CPIII 高程控制测量 1 控制网布设 同 CPIII 平面控制点共用 2 外业观测 高程测量按照精密水准要求进行 按附合水准路线进 行往返观测 往返测时以隧道一侧的 CPIII 水准点为水准测量线路 CPIII 高程测量按精密水准测量的精度要求进行 并起闭于洞内布设的二 等水准基点上 视线长度 50m 前后视距差 2 0m 前后视距累积差 4 0m 观测时 按后 前 前 后的顺序进行往返测 每一测段应为偶数个 测站 3 数据处理 平差时以洞内二等水准基点进行严密平差 往返测高 差不符值限差 附合路线闭合差限差均满足 每公里水准测量的L8 偶然中误差均 mm0 2 12 第二节 精密测量控制系统的管理程序 一 技一 技术术方案方案设计设计与方案与方案评审评审 根据铁道部 关于重视和加强时速 200 公里以上铁路工程测量工作的 通知 建技电 2006 128 号 精神 以及 时速 200 250 公里有砟轨道铁 路工程测量指南 试行 铁建设函 2007 76 号 客运专线无砟轨道铁 路工程测量暂行规定 铁建设 2006 189 号 要求 依据石太铁路客运专 线公司石太客专工 2007 25 号文件 关于安排石太铁路客运专线进行工程 测量的通知 铁三院对新建石太铁路客运专线精密控制测量进行技术方案 设计 2007 年 5 月 19 日 铁三院编制的 新建铁路石家庄至太原客运专线控 制测量及无砟轨道线下工程变形监测技术方案设计 在北京中土大厦由石 太公司组织鉴定中心 西南交通大学 铁一院 中铁二院 中铁咨询 大 桥院等单位的专家进行评审 评审通过了该测量设计方案 二 精密控制二 精密控制测测量与量与评评估估验验收收 精密控制测量由铁三院进行方案设计和实施 在工期周期长 精度要 求高 施工干扰大 外部压力大 安全隐患多的情况下 通过积极组织 加强现场管理和服务意识 按照施工建设需要积极开展工作 做好客专建 设的测量保障 主要做法是 1 组织进行详细的技术作业方案制定 成立现场项目部 由测量单位 总工为现场技术负责人 在现场负责测量工作 2 领导亲自布置 同石太公