高速铁路工程测量控制网复测技术报告

高速铁路工程测量控制网复测技术

摘要：高速铁路工程项目建设的周期中，测量控制工作是一项重要的技术保障，文章主要从施工单位的角度出发，较为详细地介绍了平面控制网CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点的复测方法、作业程序和技术要点，形成了一套较为完整的控制网复测技术总结，为同类铁路工程控制网复测提供了一个可参考的技术指导。

关键词：控制网复测；GPS测量；二等水准测量

1测量控制网的概述

在高速铁路平面控制测量工作开展前，为了满足平面GPS控制测量三维约束平差的要求，首先采用GPS测量方法建立高速铁路框架控制网（CP0）。在框架控制网（CP0）基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；，第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。

2测量控制网的复测内容和频次

高速铁路工程建设期间，要加强CP0、CPⅠ、CPⅡ及线路水准基点控制网复测工作。控制网复测分为定期复测和不定期复测，定期复测多由建设单位组织实施，不定期复测由施工单位实施。

定期复测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、CPⅠ、CPⅡ及线路水准基点。复测频次要求如下：

（1）施工单位接桩后，应对CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点进行复测；（2）CPⅢ建网前，CP0、CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点应复测一次；（3）工程静态验收前，CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ及线路水准基点复测一次；（4）特殊地区、地面沉降地区或施工期间出现异常的地段，适当增加复测次数。

不定期复测的测周期一般不大于6个月，施工单位要根据工程的施工阶段需要及时开展。不定期复测的内容包括CPⅠ、CPⅡ、线路水准基点等，主要是检查控制点位的相对精度是否满足规范要求，点间的相对位置是否发生位移。当复测成果较差超出规范要求时，要分析原因，测量结果报相关单位确认。

3平面控制网CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点控制网施工复测一般规定

工程开工前，施工单位会同设计单位参加由业主组织并有监理单位参与的控制桩和测量成果资料交接工作。施工单位要对设计单位交付的CPⅠ、CPⅡ平面控制网和线路水准基点控制网进行复测。为确保高速铁路轨道的线性，相邻施工标段、相邻施工单位之间应共同协商并现场确认交界处附近的同一对CPⅠ平面控制点和同一个水准点作为搭接和公共点进行复测。双方应签订共用控制点协议并使用满足精度要求的相同坐标和高程成果。标段内施工分段也需要进行确认搭接，并现场放样检查。线下工程开工前或至迟在结构工程施工前应完成CPⅠ、CPⅡ控制点和二等水准点的复测工作。基础平面控制网CPⅠ采用GPS测量。线路控制网CPⅡ宜优先选用GPS测量，也可采用常规导线测量。CPⅠ控制网的复测工作一般宜单独进行，当接GPS接收机数量较多时，也可和CPⅡ的复测同时进行，但要分别处理数据。因为精度等级不一样，CPⅡ需要附合到CPⅠ控制点上。线路水准基点复测采用几何水准测量，跨河水准依据《国家一二等水准测量规范》可以采用三角高程法、GPS高程法。

4平面、高程控制网复测布网要求及主要技术要求

平面、高程控制网复测布网要求及主要技术要求与原设计单位施测时一致，具体要按表1、表2、表3规定执行。

5测量仪器的配置

（1）GPS接收机：CPⅠ、CPⅡ控制测量要采用双频接收机，其标称精度不低于5mm±1ppm；同步观测的接收机数量要不少于4台。

（2）全站仪标称精度应不低于2″、2mm±2ppm。

（3）水准仪标称精度应不低于DS1并应配相应的因瓦尺。

6平面控制网的复测

6.1CPⅠ、CPⅡ平面控制网复测

复测平面控制网时应采用边联结方式构网，并组成三角形或大地四边形相连的带状网。可以将CPⅠ、CPⅡ同时构网观测，但要提前做好规划设计，要满足CPⅠ有独立的边联结方式的三角形或大地四边形相连的带状网，以便于后续的基线解算和网平差。现场观测作业时严格按照相应等级的技术要求进行观测，做好相应的记录工作。若需要联测CP0时，可将其纳入CPⅠ控制网，每个CP0最好有三个方向与之相连。

原始观测数据采集完成后，利用对应仪器的或专用的基线解算软件进行基线解算，要分别进行CPⅠ、CPⅡ网的基线解算，生成各自复测需要的CPⅠ、CPⅡ基线向量文件。解算的基线向量结果要满足该仪器以及解算软件的质量指标，同时检查同步环和独立环的闭合差以及重复观测基线的较差，并应符合表4的规定。

表4基线质量检验限差表

注：，其中？滓为基线弦长标准差（mm）

a固定误差（mm）；b比例误差系数（mm/km）；d相邻点间距离（km）；n闭合环边数。

在基线的质量检验符合要求后，利用专用的GPS测量平差软件，将所有独立基线构成控制网，以三维基线向量及其相应的方差、协方差阵作为观测信息，以复测区段中的一个点的WGS-84的三维坐标为起算数据，进行无约束平差。CPⅠ、CPⅡ网分别各自平差。无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值需满足对应等级的限差要求：

利用满足无约束平差指标要求的基线向量网，在本次复测区段或标段对应的独立坐标系（与设计坐标系相同的基准，如中央子午线经度、坐标系投影面高程和高程异常值等）下，进行二维约束平差。CPⅠ控制网约束平差时选取本次复测区段中较为牢固稳定的首、中、尾三个点或首、尾两个点作为约束点，进行二维约束平差，用作CPⅠ控制网约束平差的约束点间边长相对中误差需满足1/250000；CPⅡ控制网约束平差时选取本次复测区段内所有联测的CPⅠ点作为约束点，进行二维约束平差，用作CPⅡ控制网约束平差的约束点间边长相对中误差需满足1/180000。

约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差应符下式的规定，否则，认为参与约束的已知坐标误差太大，应删除误差较大的约束值，直至下式满足：

对于复测控制网长度太长、横跨多个投影带，可采用分区平差。平差时相邻两分网应有一定数量的重合点，重合点在两分网中坐标之差不得大于点位中误差的2倍。

二维约束平差后输出的平差成果即为与设计坐标系相同基准的复测坐标成果，将CPⅠ、CPⅡ控制点复测成果与设计成果的坐标和相邻点间坐标差之差的相对精度进行比较，限差要求见表5。当以上两项比较满足限差要求时，采用原设计成果。当较差超限时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表5CPⅠ、CPⅡ控制点复测坐标较差限差要求

注：表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差。

表中相邻点间坐标差之差的相对精度按下式计算：

式中：

S为相邻点间的二维平面距离或三维空间距离；

复测结果比较样表：

表6CPⅠ、CPⅡ坐标比较表

表7相邻CPⅠ点对比较表

6.2CPⅡ导线复测

CPⅡ导线复测要附合在稳定可靠的CPⅠ控制点上，水平角观测采用方向观测法。导线边长测量进行仪器加常数、乘常数和气象改正，距离归算至工程设计的投影高程面上。导线水平角、距离观测满足表8和表9的相关规定。

表8导线水平角观测限差规定及技术要求

表9导线测边限差规定和技术要求

注：1、一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次的过程

2、测距仪精度等级如下

Ⅰ级|mD|≤2mm

Ⅱ级2mm

mD为每千米测距标准偏差。即按测距仪出厂标称精度的绝对值，归算到1km的测距标准偏差。

CPⅡ导线复测的外业完成后，利用专用平差计算软件，选取导线附合的CPⅠ点作为已知点进行平差计算，平差结果中的导线复测的测角精度、测边精度、以及导线全长相对闭合差和方位角闭合差，都要应符合表3的规定。

符合表3规定后，将复测成果与设计单位成果进行比较。复测与设计的导线水平角、导线边长和导线点坐标较差的限差应符合表10的要求。

表10CPⅡ导线复测成果限差要求

注：为仪器标称精度。

当隧道洞内CPⅡ控制测量的导线附合长度大于7km时，导线等级为隧道二等。

当以上各项比较满足限差要求时，采用原设计成果，不能满足限差要求时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表11复测水平角比较表

表12复测边长比较表

表13复测坐标比较表

7高程控制网复测

高程控制网复测就是对线路水准基点的复测，从本次复测区段或标段与相邻标段共桩点开始联测区段内所有线路水准基点至区段结束段与相邻标段的共桩点，多采用满足精度要求电子水准仪，按二等水准测量技术要求施测。水准测量数据采集完成后，对外业观测数据进行各项指标检查、验算，各项精度指标和限差满足要求后，利用专用的测量平差软件进行严密平差计算。平差计算时选取本次复测区段内首、中、尾三个或首、尾两个水准点作为已知点进行平差计算，平差结果中的高差偶然中误差M？驻和按环闭合差算得的全中误差MW要满足二等水准测量的技术指标。

当检测已测测段高差之差满足表14中规定要求时，采用原设计成果，当较差超限时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表14水准测量精度要求

注：1K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；RⅠ为检测测段长度，以千米计；n为测段水准测量站数。

2当山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时，采用测站数计算高差测量限差。

当复测区段内有跨河情况时，严格按照国家二等水准的跨河水准测量的技术要求进行测量。

高程控制网复测结果比较样表：

表15复测高差统计表

表16与设计高差比较表

表17高程复测比较表

8提交的复测成果报告

复测成果报告包括以下内容：（1）工程概况、复测范围、设计CPⅠ、CPⅡ和线路水准点控制网概况、测量时间等情况；（2）CPⅠ控制网测量