高速铁路CPIII控制网测量研究

高速铁路CPIII控制网测量研究

卢西魁聂久添

河南地矿职业学院

摘要：CPIII控制又名基桩控制网。基桩控制网的应用贯穿于高数铁路的放线、路面施工、设备安装以及运营维护，是高速铁路建设过程中主要的测量内容之一。

关键词：高速铁路；控制网

高速铁路的高速度、运行平稳安全和旅客乘坐舒适度的实现，主要是依赖于铁路轨道的平顺性，高速铁路主要采用无砟轨道铺设，这样的设计与施工对各等级测量提出了更高的要求。CPIII控制网是高速铁路测量系统极为重要的部分。

1、关于CPIII控制网

CPIII控制网为某客运专线铺设无碴轨道施工、运营、维护提供控制基准，计划在沿线路布设基桩控制网(CPIII)。CPIII起闭于基础平面控制网（CPI）或线路控制网（CPII）上，在线下工程施工完成后施测。CPIII控制网测量的主要内容是：首级控制网的复测；基桩控制网平面控制测量；基桩控制网高程控制测量

2、CPIII控制网的测量方法

2.1线下精密控制网复测。

线下精密控制网的完成是CPIII控制网测量的基础，无砟轨道对线下基础工程的工后沉降要求非常严格，CPIII的控制网测量应待线下工程沉降和变形满足要求，且无砟轨道铺设条件评估通过后进行。CPIII建网前对精测网进行复测，分别进行CPI平面控制网和高程控制网复测，分别联测CP0和基岩点，整网进行平差计算，确保基础平面控制网的准确性。

CPI、CPII网复测外业工作按一个阶段进行，采用边连接方式构网。形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并重叠到相邻管段的2个CPI和CPII控制点。采用经过复测后证明是可靠的本段所有CPI控制点进行约束评差。复测京都控制按GPSC级点(CPI0最弱基线边相对中误差小于1/10000，基线边方向中误差不大于1.7"的要求进行。

水准点复测划分共分三个阶段进行复测。按附合水准路线测量方法，依据三等水准测量要求进行复测。测量时的视线长度、前后视距差、视距累计差等各项限差等严格按照《国家三、四等水准测量规范》中三等水准测量的技术要求执行。

为了高效、准确地建立CPIII基桩网，一般情况下都需要加密CPII网。CPII的加密的主要的是为了方便CPIII基桩网的观测，以及弥补被损毁的和无法利用的CPI和CPII点。这些加密点一般选在梁的固定端防护墙和路基CPIII永久基桩上。

对竣工的线下工程在铺设无砟轨道前应进行平面线位的复测，以提前处理施工放样引起的误差超限，为铺设无砟轨道奠定良好的基础。

2.2CPIII控制网平面测量。

2.2.1平面测量的内容

《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中规定：平面控制分三级布设：

第一级为基础平面控制网（CPI），为勘测、施工、运营维护提供坐标基准。

第二级为线路控制网（CPⅡ），为勘测和施工提供控制基准。

第三级为基桩控制网（CPⅢ），为铺设无渣轨道和运营维护提供控制基准。

CPIII控制网平面测量采用后方交会方法施测。其后方交会控制网形状见图1。

自由测站的测量，从每个自由测站，将以2X3对CPIII点为测量目标，每次测量应保证每个CPIII网点的重叠观测次数不少于3次。在自由站上测量CPIII的同时，应将靠近线路的CPI点及全部CPII点进行联测，纳入网中，CPI／CPII点应至少在两个自由站上进行联测，应联测3次，联测长度应控制在150米之内。

2.2.2仪器精度要求

全站仪应须使用高精度测量仪，全站仪的标称精度：

角度测量精确度：不低于±1"

距离测量精确度：不低于±2mm+2ppm

全站仪应带目标自动搜索及照准(ATR)功能并附带野外数据采集软件的全站仪，如：Trimble(天宝)S8、Leica（徕卡）系列的TCAl201、TCAl201、TCAl800、TCA2003等，每台仪器宜配14个棱镜。

2.2.3与相邻标段的衔接测量

为了使能够满足CPIII网络的高均质性和高精确度，要测到相邻标段3～4对CPIII点（约为180米的重合），并且考虑平差。

2.3CPIII控制网高程测量

2.3.1测量方法

每一测段应至少与3个二等水准点进行联测，形成检核。CPIII点与CPIII点之间的水准路线，采用图2和图3所示的水准路线形式进行。

2.3.2CPIII高程控制点精度要求

CPIII控制点水准测量应按精密水准测量的要求施测。CPIII控制点高程测量工作应在CPIII平面测量完成后进行，并起闭于二等水准基点，且一个测段不应少于三个水准点。

精密水准测量采用满足精度要求的电子水准仪(电子水准仪每千米水准测量高差中误差为±O.3mm)，配套因瓦尺。使用仪器设备应在鉴定期内，有效期最多为一年，每年必须对测量仪器精确度进行一次校准，每天使用该仪器之前，根据自带的软件对仪器进行检验和校准。

3、数据处理

本次CPIII控制网的测量的主要部分是CPII加密、CPIII平面测量和高程测量，CPII加密是专门的数据处理软件，CPIII平面和高程的数据是用同一个软件进行计算处理的。

3.1CPII加密的数据处理

CPII加密是用GPS进行测量，根据GPS测出的原始数据，用LGO软件进行基线解算，从LGO软件中输出的基线在COSAGPS软件中进行后处理，进行各项检查和平差处理，最后计算出结果。数据处理中基线解算的重复基线，闭合环检查都符合规范要求；平差成果最大方位角中误差为0.45"（CPI219～JM200），满足限差1.7"的要求；最弱边相对中误差1/327000（CPI219～JM200），满足1/100000的限差要求。

经检验，联测的CPI224、CPI223、CPI222、CPI0221、CPI220、CPI219CPI218、CPI217、CPI216、CPI0215等10个已知点兼容性良好，约束平差时采用设计院提供的坐标值，加密点作为未知点进行解算。

3.2CPIII平面和高程数据处理

内业计算分平面和高程两部分进行，平面外业原始数据通过全站仪CPⅢ测量机载程序进行采集，并经过智能检测后自动记录测站所测数据，内业平差采用通过评审的中铁一院《CPⅢ精密控制测量数据采集与处理系统》进行平差计算。数据处理过程中，首先进行外业观测数据的检核，保证测回内、测回间的角度、距离满足满足表1、表2的要求，对超限的测站进行补测；外业数据采集全部合格后，进行无约束平差及约束平差，对平差后的相邻点位误差、点位中误差进行评定，保证精度指标满足规范要求。平面观测分两次独立观测，并对两次测量成果进行比较，可重复测量精度均小于3mm。

水准外业测量严格按照精密水准测量规范要求进行观测，数据检查合格后采用中铁一院《CPⅢ精密控制测量数据采集与处理系统》平差软件进行数据处理，精度指标均满足精密水准测量规范要求。

水准上桥采用中间设站三角高程法进行测量，外业数据采用Leica（徕卡）TCRP1201+全站仪，数据记录采用铁一院的数据采集软件进行自动记录，外业数据采用按技术要求进行；独立观测两个时段，两次观测的高程较差小于1mm。

4、总结

初始设计一般应用工程模拟法或理论计算方法进行；修正设计则应根据现场量测所得资料，进行分析或力学运算，从而得到最终的设计参数和施工对策。其目的主要是这几点：

（1）为了确保施工中区间开挖及周边环境的安全，需要随时通过施工过程中的现场量测结果为设计和施工提供必要的监测数据并通过监测数据分析、处理、计算、判断进行预测和反馈，为工程和周边环境安全提供可靠的信息。

（2）周围建筑物与结构本身的安全性，将监测数据与预测值相比较，以优化设计，确定合理的施工工艺和施工工序，以优化施工。

（3）掌握被监测物的变形情况，进行预测，调整设计和施工参数。

（4）判断初期支护基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间。

（5）验证设计、施工方法的科学性和台理性，弥补理论分析存在的不足，为工程设计和施工提供类比依据。

（6）对研究岩土性质、地下水条件、施工方法与地表沉降和土体变形的关系提供可靠数据，为今后的同类工程设计提供类比依据。