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.doc

精品文档第二篇第七章 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114316m，占总线路长度的60.19%，分布在DK28DK176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）。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200776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2006189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、作业依据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200776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2006189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2006128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三、坐标系统和高程系统（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1143024242石家庄枢纽DK126+000第二工程独立坐标系1121890242DK126+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1/100000（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、太行山长大隧道洞外控制测量太行山、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，最弱边相对中误差1/170000，可重复性测量精度10mm，相对点位精度（8+D10-6 ）mm。（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，每公里水准测量的偶然中误差均。五、全线有砟轨道段CPI、CPII及三等水准控制测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6001000m，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100200m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400800m，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12，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，重复观测基线较差 ；平差成果满足：CPI基线边方向中误差1.7，最弱边相对中误差1/100000，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。（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。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，每公里水准测量的偶然中误差均。六、无砟轨道洞内CPII及二等水准控制测量洞内无砟轨道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400m600m左右布设，曲线段按照400m500m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。（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、全线有砟轨道段CPIII测量根据时速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24m，控制点的间距为150200m。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150200m，与CPIII平面点共用，共测设有砟轨道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，每公里水准测量的偶然中误差均。八、无砟轨道洞内CPIII测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20cm30cm的隧道壁上，边长为5060m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 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，每公里水准测量的偶然中误差均。14欢迎下载14欢迎下载。第二节 精密测量控制系统的管理程序一、技术方案设计与方案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2006128号）精神，以及时速200250公里有砟轨道铁路工程测量指南（试行）（铁建设函200776号）、客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设2006189号）要求，依据石太铁路客运专线公司石太客专工200725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、精密控制测量与评估验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，同石太公司及各施工单位紧密