高铁轨道控制网精密测量复测的探讨

高铁轨道控制网精密测量复测的探讨-6-高铁轨道控制网精密测量复测的探讨摘要:铁路轨道结构等级与运输条件密切相关。在铁路运输发展的初期，速度、轴重、密度都处于较低水平，对轨道结构的要求以可靠性为主。随着高铁近年来的迅猛发展，对传统的铁路设计、施工、检测、养护维修提出了新的挑战。在高速铁路建设过程中,建立有效、经济实用的精密测量控制网是保障工程施工、放样及运营维护精度的前提。应用精密工程控制测量和高速铁路轨道技术,以现有的规范和轨道平顺性指标为指导,在分析现有高速铁路轨道控制测量理论的基础上,利用GPS技术和传统精密测量技术对轨道进行复测，对其相应的精度指标进行统计和分析，从而使高铁运行更加安全可靠。关键词：高铁精密测量轨道控制网1.引言为了满足列车运行的高速、高可靠性和旅客乘坐的舒适度，时速大于200km的铁路对轨道的高平顺性提出了很高的要求，高平顺性依赖于精密控制测量体系支持下的线下工程和轨道工程的高精度施工，高速铁路的精密控制网作为施工和轨道精调的测量控制网，其精度对后续各项工作的顺利开展至关重要，而定期开展精密控制网的复测是保证控制网精度的必要工作。列车高速运行的基本条件是轨道、接触网、控制系统与高速列车的有效融合，轨道是高速列车的承载和导向设施，轨道质量是路、桥、遂、轨有效集成的，轨道对路、桥、遂的标准有客观要求。良好的轨道是保证列车安全高速运行的前提，这就要求其具有极好的平顺性、较高稳健性、和连续均匀的弹性，为达到这个目的，定期对轨道控制网进行精密测量复测就显得特别重要[1]，2.高铁轨道控制网精密测量复测现状精密测量主要是结合现代测绘科技的新进展，研究和解决大型工程或特种工程对测量的高精度、可靠性、自动监测等各个方面的要求。就其精度而言，通常要求毫米或亚毫米级别的量值。各种工程建设对精度要求，因工程而异是不同的。同时也由于各部位的重要性不同，实现的目的不同，构成的材料不同，允许的误差不同等诸因素的综合要求，而对精密工程测量提出不同的精度要求。现有高速铁路轨道精测网大都为一次布设、统一测量、整网平差,满足三网合一,即勘测设计、施工、运营维护控制网使用同一控制网。内容包括1.三网平面坐标、高程系统统一。2.三网起算基准统一。3.三网测量精度统一协调[2]。基础控制网CPⅠ（平均点对边长小于4km，点对短边长大于1km）、线路控制网CPⅡ（平均点间距900m）、和基桩控制网CPⅢ（平均点间距150m）、组成。高程控制网由基岩水准点（平均点间距100km）、深埋水准点（平均点间距8km）、标准水准点（平均点间距2km）组成，形成统一的高程控制网，如图2-1所示[3]。图2-1无砟轨道三级平面控制网示意图3.轨道控制网精密测量精度分析3.1.平面控制测量精度标准轨道平顺性包含垂向和横向两个分量。横向不平顺是指钢轨头内侧与钢轨方向垂直的凸凹不平顺。产生的原因有铺轨和整道时轨道中心线的定位误差、轨排横向残余误差、轨道内侧磨耗不均匀、扣件失效等。其中与测量精度有关的是轨道中心的定位误差。3.1.1由轨向误差确定基本长度单元两端点的相对点位误差铁道科学研究院建议我国高速铁路管理的基本长度单元为200m，《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设［2003］13号）（以下简称《设计暂规》）要求，有碴轨道和无碴轨道的管理波长为10m，轨道铺设的轨向精度不得大于2mm[4]。因此，每个基本长度单元含20个管理波长。设一个管理波长横向不平顺性测量精度为A，因为每个轨向不平顺是独立测量的，所以相互之间误差独立，一个基本长度单元轨向不平顺性引起的总的横向中误差为a1=a*=4.47a（2-1）高速铁路轨道不平顺性一般使用轨检车采用弦测法或者惯性基准法测量，用标准差统计指标评定基本长度单元的平顺性，故取a1=±2mm，m1=8.94mm。实际作业中，纵、横向误差同时发生，考虑到纵向误差对轨向不平顺影响有限，同时，与横向误差相比纵向误差比较小，故取纵向误差m2=0.5m1，即为4.47mm[5]。一个基本长度单元两端点相对点位误差为mij=m1+m2大约为10.0mm，测定一个基本长度单元两端点的相对误差为1/20000[6]。3.1.2基本网的测量精度工程平面控制网测量精度等级确定的原则是根据工程建设的需要，把工程放样或其他使用的最低精度要求放在最基本一级控制点上确定。铁路平面控制的基本网是初测导线，我们根据一条导线边能控制的基本长度单元相对误差确定基本网的精度。《京沪高速铁路测量暂行规定》（以下简称《测量暂规》）中规定导线边长400~600m，最长1000m，最短200m[7]。一条导线边将控制1~5个基本长度单元。考虑到每个长度单元是独立测量和评定的，导线边的相对点位误差为10~22mm，按10mm的相对点位误差推求导线测量精度[8]。3.1.3首级网测量按照测量控制的理论，铁路测量首级网应根据初测导线的精度推算。铁路测量首级网一般采用012测量，我们根据这一原则推求012网的测量精度。初测导线的精度介于四等和一级之间，接近于四等精度。因此，首级控制宜按三等精度测量[9]。GPS网的技术标准为：边长最长5km，最短1km，平均3.5km。直接观测边的相对中误差1/120000以上，最弱相邻点相对点位中误差不大于12mm，按C级网的精度观测[10]。3.2.高程控制测量的精度高速铁路高程控制的精度主要是确保轨道垂向铺设的精度，保证把沿钢轨方向高差偏差、同一断面左右两钢轨顶面间高差的偏差、以及扭曲不平顺控制在限差范围内。3.2.1垂向平顺性对高程测量精度要求“设计暂规”对轨道铺设的垂向平顺性的要求是，当管理波长为10m[11]，高低差应小于2mm；同一横截面左右轨顶面水平差的偏差不大于2mm；扭曲1.5mm/2.5mm。这些规定可统一描述为：两观测点间相对高程误差不得大于2mm。同时，规定位移观测标桩间的最大间距根据单元轨节的长度确定为350~650m，也就是说每个标桩可观测的管理波长的个数为18~32[12]。按国家水准测量精度标准，二、三等水准每公里高差中数的偶然中误差分别为1mm和3mm，位移观测标桩高程观测应按三等水准测量的精度进行。3.2.2高程控制测量铁道工程一般长度为数百公里，大多新线工程远离原来的交通干线，加上我国等级控制点密度小，破坏严重，为保证目标精度的实现，布设测区首级高程控制网十分必要[13]。首级高程网的测量精度低于二等水准精度，高于三等精度，故应布设介于二、三等之间的精密水准网作为工程的首级高程控制。4.轨道控制网精密测量复测的新方向高铁轨道控制网精密测量现状大多是采用区域范围式，先选择一个矩形，覆盖一定距离的轨道，在此区域内利用已有控制点，按照传统的控制网测量方法进行测量，此种方法需要大量的采集点，得到相当大的数据，然后对数据进行筛选，利用平差理论对数据进行处理，进而可以取得高精度测量结果。但这种测量方法不仅需要大量的工作，进度较慢，人力、物力和财力都是一个考验，经济效益自然而然不是那么乐观[14]。随着人们对安全和速度的更高要求，传统意义上的精密测量复测技术及其精度已无法满足，就高速铁路轨道精密测量复测及其精度分析的现状而言，精密测量复测应独立建网，精度按二等精度控制，在观测选点、观测技术、观测方法和观测频率上都有待提高[15]。参考这么多的文献，在现有条件下，在轨道精密测量复测中，先按照轨道的纵向定住中线，再以中线为对称轴在对称区域内进行测量，这样可以减少采集点，减少工作量进而提高复测进度，节省开支，能取得更好的效益。今后，我们的目标是追求更高精度，GPS技术和传统精密测量技术相结合，对轨道进行更好、更快、更高精度的复测，以满足日益快速发展的高铁，进而使其运行更加安全可靠。5.结束语我国的高速铁路建设是一个新事物，勘测设计、施工和运营养护没有成功的经验可以利用。尽管我们根据最近几年客运专线和京沪高速铁路测量的体会，编制了“测量暂规”，但从理论上分析测量的精度还很不够，还没有时速达到350km的高速铁路来验证。随着京沪高速铁路施工和时速350km的客运专线勘测设计工作的开展，对高速铁路平面和高程控制测量进行精度探讨，寻求合理的测量等级和精度要求，确实是我们当务之急。参考文献［1］周显平等.某高速铁路精密工程控制测量研究[M].城市建设2010(8)：11-14［2］黄满太.高速铁路控制测量的精度研究[M].铁道勘察2011(6)：21-24［3］宁永香等.高速铁路精密控制网CPⅢ测量技术分析[M].科技创新导报2010(6)：06-08［4］邢建立.京沪高速铁路精密高程控制网的建立及精度分析[M].测绘与空间地理信息2010(5):06-09［5］肖进丽.高速铁路平面控制测量的探讨[M].铁道勘察2010(5)：26-28［6］马铭.高速铁路轨道工程施工技术指南及技术要点[M].城市建设2011(10):33-34［7］张正禄.工程测量学的发展评述(续)[J].测绘通报2000:45-48［8］谢用等.高速铁路轨道控制网精密测量数据处理[J].科技创新导报2010(10):06-09［9］马东宇.京沪高速铁路精密工程测量控制网复测设计要点[J].城市建设2009(6):24-26［10］Cannon,Schwarz.AconsistencytestofairborneGPSusingmultiplemonitorstations,Bulletin2010(08):09-12［11］张斌.高速铁路CRTSII型无砟轨道板受力性能试验研究[J].城市建设2010(8):36-38［12］Castleden,N.,Hu,G.R.,WeihingD.FeatherstoneW.E.,Recentresultsoflong-rangeairbornekinematicGPSpositioningresearchattheWesternAustralianCenterforGeodesy,The2004InternationalSymposiumonGNSS/GPS,Sydney,Australia,6–8December.2008(6):14-16［13］张红霞.精密测量仪器在高铁桥梁工程精密测量中的应用[J].铁道勘察2011（9）:06-09［14］Andersen.SurfaceiceflowvelocityandtideretrievaloftheAmeryiceshelfusingprecisepointpositing.2010(8):19-21［15］Gao,Y.,Shen,X.,Improvingambiguityconvergenceincarrierphase-basedprecisepointpositioning.ProceedingsofIONGPS2001,11-14September,SaltLakeCity,Utah,USA.2010(8):19-21目录第一章总论 11.1项目背景 11.1.1项目名称及承办单位 11.1.2承办单位 11.1.3项目建设地点 11.1.4可行性研究报告编制单位 11.2报告编制依据和研究范围 11.2.1报告编制依据 11.2.2研究范围 21.3承办单位概况 21.4项目提出背景及必要性 31.4.1项目提出的背景 31.4.2项目建设的必要性 41.5项目概况 51.5.1建设地点 51.5.2建设规模与产品方案 51.5.3项目投资与效益概况 51.6主要技术经济指标 6第二章市场分析及预测 82.1绿色农产品市场分析及预测 82.1.1生产现状 82.1.2市场前景分析 92.2花卉市场分析及预测 112.2.1产品市场现状 112.2.2市场需求预测 122.2.3产品目标市场分析 132.3中药材产品市场分析及预测 132.3.1产品简介 132.3.2产品分布现状分析 152.3.3市场供求状况分析 162.3.4市场需求预测 17第三章建设规模与产品方案 203.1项目的方向和目标 203.2建设规模 203.3产品方案 213.3.1优质高产粮食作物种植基地 213.3.2无公害蔬菜种植基地 213.3.3中药材种植基地 213.3.4花卉种植基地 21第四章建设场址及建设条件 224.1建设场址现状 224.1.1建设场址现状 224.1.2厂址土地权属类别及占地面积 224.2建设条件 224.2.1气象条件 224.2.2水文及工程地质条件 234.2.4交通运输条件 234.2.5水源及给排水条件 244.2.6电力供应条件 244.2.7通讯条件 244.3其他有利条件 244.3.1农产品资源丰富 244.3.2劳动力资源充沛 254.3.3区位优势明显 25第五章种植基地建设方案 265.1概述 265.1.1种植基地运营模式 265.1.2种植基地生产执行标准 265.23000亩优质高产粮食作物种植基地建设方案 285.2.1品种选择 285.2.2耕作技术 285.2.3种植基地建设内容和产量预期 335.32000亩无公害蔬菜种植基地建设方案 345.3.1概述 345.3.2无公害蔬菜质量标准 345.3.3蔬菜栽培与田间管理 355.3.4种植基地建设内容和产量预期 375.42000亩中药材种植基地建设方案 385.4.1概述 385.4.2GAP基地建设要求 385.4.3选择优良品种 395.4.4金银花栽培与田间管理 395.4.5种植基地建设内容和产量预期 435.52000亩花卉种植基地建设方案 445.5.1概述 445.5.2技术方案 455.5.3种植基地建设内容和产量预期 49第六章田间工程及配套设施建设方案 516.1概述 516.23000亩绿色粮食作物种植基地灌溉方案 516.2.1总体布局 516.2.2设计依据 526.2.3灌溉制度的确定 526.2.4渠道衬砌工程设计 536.32000亩无公害蔬菜种植基地灌溉方案 556.3.1总体布局 556.3.2设计依据 556.3.3主要设计参数 566.3.4灌水器选择与毛管布置方式 566.3.5滴灌灌溉制度拟定 576.3.6支、毛管水头差分配与毛管极限长度确定 586.3.7网统布置与轮灌组划分 596.3.8管网水力计算 606.3.9水泵扬程及选型 646.42000亩中药材种植基地灌溉方案 656.4.1设计依据 656.4.2设计参数 656.4.3喷头选型和布置间距 656.4.4灌溉制度 666.4.5取水工程规划布置 686.4.6管网水力计算 706.4.7机泵选型 726.52000亩花卉种植基地灌溉方案 726.5.1设计依据 726.5.2微灌主要设计参数 726.5.3微灌灌水器选择与毛管布置方式 736.5.4微灌灌溉制度拟定 746.5.5微灌支、毛管水头差分配与毛管极限长度确定 756.5.6微灌网统布置与轮灌组划分 766.5.7微灌管网水力计算 776.5.8水泵扬程及选型 816.6田间道路工程 866.7灌溉工程 866.7.1机井工程 866.7.2提灌站改造 876.8沟道治理工程 896.9田间配套设施 906.9.1仓储工程 906.9.2农业技术培训中心 93第七章节能、节水 967.1研究依据 967.2能耗分析 977.3节能措施 97第八章环境与生态影响分析 988.1环境影响现状分析 988.2生态环境影响分析 988.2.1建设期对生态环境的影响 988.2.2运营期对生态环境的影响 988.3生态环境保护措施 988.3.1采用的依据和标准 988.3.2建设期对环境的保护措施 998.3.3运营期对环境的保护措施 1008.4环境影响评价 100第九章企业组织与劳动定员 1019.1公司体制及组织机构 1019.2劳动定员 1019.3人员来源及培训 1029.3.1人员来源 1029.3.2人员培训 102第十章项目组织管理与实施进度计划 10310.1基本要求 10310.2项目组织 10310.3项目管理 10310.4建设周期计划 104第十一章风险分析 10511.1风险因素 10511.2风险因素分析及风险程度 10511.3防范和降低风险的对策 106第十二章投资估算和资金筹措 10812.1投资估算 10812.1.1投资估算的编制范围 10812.1.2投资估算依据 10812.1.3投资估算方法 10812.2总投资估算 10912.4资金筹措 10912.5资金使用计划 109第十三章财务经济评价及社会效益评价 11013.1产品成本和费用估算 11013.1.1项目计算期及基准收益率 11013.1.2财务评价说明 11013.1.3产品成本及费用估算 11013.1.4营业收