項目一　施工測量技術

一、項目描述

高速鐵路軌道工程的高平順性、高可靠性和高穩定性，對高速鐵路的施工測量提出了更高的要求。打造毫米級的測量精度是高速鐵路建設能否成功的關鍵，是高速鐵路軌道施工質量的重要保證。為給高速鐵路工程建設及運營維護提供可靠的測量保障，現場測量技術人員應充分明確高速鐵路工程測量的具體內容，根據不同階段對控制網精度的要求，采用相應的測量儀器、測量方法和精度等級進行施工測量。

二、相關知識

（一）高速鐵路施工測量發展

我國傳統的鐵路測量方法是按照切線上的轉點和曲線上的交點、副交點來控制線路中線，設計單位提供的測量樁點主要有直線上的轉點、曲線上的副交點。這種采用定測中線控制樁作為施工單位的線路平面測量控制基準，存在極大弊端。一是實際工作中，由于設計單位線路定測的測量精度很低，施工單位要對誤差的調整、曲線的調整等做大量工作。二是工程開工后，這些中線控制樁均不復存在，鐵路的平面測量控制基準也就不復存在，這為后續的測量工作及線路竣工和運營階段的線路復測造成極大麻煩。

隨著測繪技術的進步和發展以及測量設備的不斷更新，我國鐵路測量技術、裝備和理念都有了很大的發展。現在鐵路設計不再采用傳統的鐵路測量方法，設計和施工單位普遍采用全站儀或GPS測量技術進行線路的定測和施工復測。勘測、施工放線均使用CPⅠ、CPⅡ平面控制點或加密控制點來測設理論中線，中線控制樁已不再作為勘測、施工放線的控制基準。采用全站儀極坐標法或GPSRTK進行放線，中線樁是從CPⅠ或CPⅡ控制點上用極坐標法放線，現場放出交點或副交點對施工測量已經沒有作用。

目前我國鐵路的工程測量要求鐵路的勘測控制網、施工控制網、運營維護控制網必須統一坐標系統和起算基準，即“三網合一”。這樣不但大大地提高了勘測精度，也為施工單位的施工復測、施工控制網測設、樁點加密、施工放線及運營單位的維護提供了極大的方便。保證了鐵路在勘測、施工、竣工和運營各階段測量數據的基準統一。

高速鐵路施工控制網是為高速鐵路工程施工提供控制基準的各級平面高程控制網。包括基礎平面控制網CPⅠ、線路平面控制網CPⅡ、線路水準基點控制網，以及在此基礎上加密的施工平面、高程控制點和為軌道鋪設而建立的軌道控制網CPⅢ。

高速鐵路施工測量目的就是對設計單位平面高程控制網進行施工復測，對重點工程地段建立獨立平面、高程控制網，根據需要加密施工控制網，對結構物的平面位置及高程放樣，觀測沉降，建立CPⅢ軌道控制網，進行無砟軌道鋪設定位測量，軌道精調，工程竣工后進行的竣工測量等。

（二）高速鐵路工程建設現狀

隨著高速鐵路在全球的不斷延伸，高速鐵路技術也不斷發展，逐漸形成以日本（新干線）、法國（TGV）、德國（ICE）3個高鐵技術原創國為代表的鐵路技術。中國、西班牙也形成了自己的高鐵系統，成為全球高鐵運營里程數排名前二的國家。目前，擁有高鐵建設能力的國家包括日本、法國、德國、西班牙、中國。

伴隨全球經濟發展和復蘇浪潮，高鐵將進入新一輪基建潮。高速鐵路對于地區經濟的拉動作用已被認同，并能促進地區之間的交往和平衡發展。同時，金融危機過后，全球經濟增速下滑，基礎建設瓶頸嚴重影響短期和長期經濟增長。發達國家面臨基礎設施升級需求；新興經濟體的基礎建設瓶頸開始嚴重影響其短期和長期經濟增長；低收入國家的基建不足也已嚴重制約其長期發展。在這樣的大背景下，新一輪的基建潮可能就此開啟。有高鐵規劃的國家已遍布六大洲，全球正在編織一張聯系緊密的高鐵網。

1.國外高速鐵路發展

高速鐵路簡稱“高鐵”，是指通過改造原有線路（直線化、軌距標準化），使最高營運速率達到不小于每小時200km，或者專門修建新的“高速新線”，使營運速率達到每小時至少250km的鐵路系統。高速鐵路除了列車在營運達到一定速度標準外，車輛、路軌、操作都需要配合提升。高速鐵路及頭車如圖1-1和圖1-2所示。

提高列車速度是鐵路賴以生存和適應社會發展的唯一出路。為此，從20世紀初至50年代，德、法、日等國都開展了大量的有關高速列車的理論研究和試驗工作。1903年1月27日，德國用電動車首創了試驗速度達21km/h的歷史紀錄；1955年3月28日法國用兩臺電力機車牽引三輛客車試驗速度達到了331km/h，刷新了世界高速鐵路的紀錄。鐵路高速技術至20世紀60年代已進入實用階段，80年代至90年代又取得了一系列新成就、新突破，使鐵路進入了“第二個新時代”。

（1）世界高鐵的發展模式

日本新干線。1964年10月1日，世界上第一條高速鐵路——日本的東海道新干線，正式投入運營，時速達到210km，突破了保持多年的鐵路運行速度的世界紀錄，從東京至大阪只需運行3小時10分鐘（后來又縮短到2小時56分）。由于其旅行速度比原有鐵路提高一倍，票價較飛機便宜，從而吸引了大量旅客，使東京至名古屋間的飛機航班不得不因此而停運。這是世界上鐵路與航空競爭中首次取勝的實例。繼東海道新干線之后，又陸續建成山陽、東北、上越等新干線，如圖1-3所示。目前日本高速鐵路的營業里程已達1831.5km，并計劃再修建5000km高速鐵路，成為日本陸地交通運輸網的支柱。

法國TGV。法國在1981年建成第一條高速鐵路（TGV東南線），列車時速達到270km；后來又建成TGV大西洋線，時速達到300km；1990年5月13日試驗的最高速度已達515.3km/h，可使運營速度達到400km/h，如圖1-4所示。1993年TGV北線（也稱北歐線）開通運營，全長333km。它可由巴黎經里爾，穿過英吉利海峽隧道通往倫敦，并經歐洲北部比利時的布魯塞爾，東連德國的科隆，北通荷蘭的阿姆斯特丹，成為一條重要的國際通道，被稱為“歐洲之星”的高速列車于1994年11月在法、英、比三國首都間正式投入運營，如圖1-5所示。1997年12月以巴黎、布魯塞爾、科隆、阿姆斯特丹四個城市字首命名的TGV-PBKA高速列車開始運行。1994年5月大巴黎區外環線建成后，北線、東南線和大西洋線可繞過巴黎相對連接成為一個高速鐵路網系統。法國的高速鐵路后來居上，在一些技術、經濟指標上超過日本而居世界領先地位，現在已有高速鐵路1200多公里，而且由于TGV列車可以延伸到既有線上運行，因此TGV的總通車里程已達5921km，覆蓋了大半的法國國土。

德國ICE。德國ICE在高速行車理論方面居世界領先地位，早在20世紀初就已論證了采用輪軌系統可將列車速度提高到300km/h的可行性，ICE列車也是世界有名，如圖1-6所示。1979年試制成第一輛ICE機車。1982年德國高速鐵路計劃開始實施。1985年ICE的前身首次試車，以317km的時速打破德國鐵路150年來的紀錄，1988年創造了時速406.9km的紀錄。1990年一臺機車加13輛車廂的ICE列車開始在高速鐵路試運行，時速為310km。德國ICE城際高速列車行駛時速250km，在既有線上行駛速度與ICE城際快速列車相同，最高時速200km。1993年以來，ICE高速列車已進入柏林，把德國首都納入ICE高速運輸系統。ICE也穿過瑞士邊界，實現了蘇黎世至法蘭克福等線路的國際直通運輸，率先成為擁有高鐵為數不多的國家之一。

在日本、法國、德國修建高速鐵路取得成效的基礎上，世界上許多國家掀起了建設高速鐵路的熱潮，意大利、英國、原蘇聯、西班牙等國也先后新建或改建了高速鐵路，就連過去曾因鐵路不景氣拆掉一部分線路而被稱為“汽車王國”的美國，也在重視并著手高速鐵路的建設。目前，高速鐵路技術在世界上已經成熟，高速化已經成為當今世界鐵路發展的共同趨勢。

歸納起來，當今世界上建設高速鐵路有下列幾種模式：

1）日本新干線模式：全部修建新線，旅客列車專用；

2）法國TGV模式：部分修建新線，部分舊線改造，旅客列車專用；

3）德國ICE模式：全部修建新線，旅客列車及貨物列車混用；

4）英國APT模式：既不修建新線，也不對舊有線進行大量改造，主要靠采用由擺式車體的車輛組成的動車組旅客列車及貨物列車混用。

（2）世界高速鐵路發展展望

高速鐵路的發展趨勢是聯線成網。目前歐洲各國已經建成和正在修建的高速鐵路，原來都是各自獨立的，今后將發展成國內、國際的高速鐵路網，并與既有線相銜接；歐洲各國提出了“速度比小汽車快一倍，票價比飛機便宜一半”的目標，以充分發揮其優勢。由于這將涉及歐洲共同體的十幾個國家，因此在軌距、信號、供電、機車車輛等技術設備方面都制定了統一的標準，使歐洲的高速鐵路網不僅是各國高速鐵路的總和，而且能形成一個綜合型整體。屆時歐洲將出現世界上最方便、最經濟的地面高速運輸系統，歐洲各大陸城市間都可通過高速鐵路連接起來，并還將向亞洲延伸，形成洲際的高速鐵路網。

在高速鐵路的新技術方面，日本、德國、法國等正在研制磁懸浮鐵路，其試驗時速已達517km。這種列車基本上無噪聲、無污染，能源消耗低。

真空管道磁懸浮列車（圖1-7）可將北京與華盛頓納入兩小時交通圈，用數小時完成環球旅行已經成為科學家近期努力的目標。中國正在研發真空管道磁懸浮技術。該技術時速可達4000km，能耗不到航空客機1/10，噪聲和廢氣污染及事故率接近于零，這是真空管道磁懸浮列車的驚人優勢所在。一場交通運輸革命已經迫在眉睫。真空管道磁懸浮列車的運行速度理論上可直逼第一宇宙速度，達到2萬km。可見，隨著科技的進步，高速鐵路將日新月異，不斷創新。

2.國內高速鐵路發展

中國高速客運鐵路，常被簡稱為“中國高鐵”。高速鐵路作為現代社會的一種新的運輸方式，中國的高鐵速度代表了世界的高鐵速度。中國是世界上高速鐵路發展最快、系統技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運營速度最高、在建規模最大的國家。其優勢：

1）在運行速度上，目前最高設計時速可達350km，已于2011年6月30日正式開通運營的京滬高速鐵路最高時速達到380km；

2）在運輸能力上，一個長編組的列車可以運送1000多人，每隔5min就可以開出一趟列車，運力強大；

3）在適應自然環境上，高速列車可以全天候運行，基本不受雨雪霧的影響；

4）在列車開行上，采取“公交化”的模式，旅客可以隨到隨走；

5）在節能環保上，高速鐵路是綠色交通工具，非常適應節能減排的要求。

隨著京津城際鐵路、武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路、滬寧城際鐵路、滬杭高鐵、京滬高鐵等相繼開通運營，中國高鐵正在引領世界高鐵發展，如圖1-8所示。高鐵讓中國鐵路站在了世界鐵路發展前列。

高速鐵路相對具有運載能力大、運行速度快、運輸效率高等特點，而中國鐵路此時面臨的主要問題是客運速度慢、運輸能力嚴重不足，因此高速鐵路越來越受到重視。為了迅速扭轉鐵路的落后局面，滿足經濟社會發展的需要，原鐵道部提出了高速鐵路發展戰略，提出在運輸能力、技術裝備、管理體制、運輸服務、運輸經營等方面實現快速發展，核心是到2020年鐵路網規模有一個較大發展，路網結構更加合理，運輸能力適應國民經濟和社會發展需要。

2004年1月，國務院常務會議討論并通過歷史上第一個《中長期鐵路網規劃》，以大氣魄繪就了超過1.2萬公里“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運專線系統網，拉開中國高鐵建設的序幕。

通過建設客運專線、發展城際客運軌道交通和既有線提速改造，初步形成以客運專線為骨干，連接全國省會城市及大中城市間的快速客運通道。

（1）“四縱”客運專線

1）京滬客運專線（京滬高鐵）：北京—天津—濟南—徐州—蚌埠—南京—無錫—上海，全長約1318km，設計時速為350km。縱貫京津滬和冀魯皖蘇四省，連接環渤海和長江三角洲兩大經濟區。

2）京廣客運專線（京廣高鐵）：北京—石家莊—鄭州—信陽—武漢—長沙—廣州—深圳，全長2260km，連接華北、華中和華南地區，設計時速為350km。

3）京哈客運專線：北京—承德—朝陽—阜新—沈陽—（大連）—長春—哈爾濱，全長約1700km，連接東北和關內地區，設計時速為350km。

4）杭福深客運專線（東南沿海客運專線）：杭州—寧波—溫州—福州—廈門—深圳，全長約1600km，連接長江三角洲、珠江三角洲和東南沿海地區。

（2）“四橫”客運專線

1）徐蘭客運專線：徐州—鄭州—洛陽—西安—蘭州，全長約1400km，連接西北和華東地區，全線時速350km。

2）滬昆客運專線：全線設計時速為350km。全長2080km，連接華中、華東和西南地區。

3）青太客運專線：青島—濟南—石家莊—太原，全長約770km，連接華東和華北地區。全線設計時速為250km。

4）滬漢蓉客運專線：上海—南京—合肥—武漢—重慶—成都，全長約1600km，連接西南、華東地區。

（3）城際軌道交通

高鐵對中國工業化和城鎮化的發展起到了非常重要的促進作用，促使高鐵沿線中心城市與衛星城鎮選擇重新“布局”——以高鐵中心城市輻射和帶動周邊城市同步發展。

區域城際軌道交通主要有：長江三角洲、珠江三角洲、環渤海地區城際軌道交通，覆蓋區域內主要城鎮有：

1）長三角：以上海、南京、杭州為中心，形成“Z”字形主骨架，連接滬寧杭周邊重要城鎮的城際鐵路客運網絡。

2）珠三角：以廣深廣珠兩條客運專線為主軸，形成“A”字形線網，輻射廣州、深圳、珠海等9個大中城市，構建包括港澳在內的城市1h經濟圈。

3）環渤海：以北京、天津為中心，北京—天津為主軸進行建設，形成對外輻射通路。

（4）開通建成和建設中的客運專線

通過建設客運專線、發展城際客運軌道交通和既有線提速改造，初步形成以客運專線為骨干，連接全國省會城市及大中城市間的快速客運通道。

目前已開工、已建成或以開通的客運專線有：京秦沈客運專線、京津城際客運專線、石太客運專線、鄭西客運專線、武廣客運專線、京石客運專線、合武客運專線、合寧鐵路、廣珠鐵路、滬寧高鐵、甬臺溫鐵路、溫福客運專線、福廈客運專線、膠濟客運專線東段、京滬客運專線、哈大客運專線、廣深港客運專線、京秦客運專線、寧杭客運專線、杭甬客運專線、長吉客運專線、九昌客運專線、海南東環、大西客運專線、蘭新客運專線、哈齊客運專線、牡綏客運專線等。如圖1-9～圖1-13所示。

京滬客運專線：連接北京和上海兩大直轄市，環渤海和長三角兩大經濟區，全長1318km，和既有京滬線大體平行，時速350km，線路起自北京南站，終至上海虹橋站。

京津城際：連接北京和天津兩大直轄市，全長116.55km，線路起自北京南站，終至天津站，時速300km。

武廣客運專線：全長995km，工程投資930億元人民幣，2009年12月9日試運行成功，于2009年12月26日正式運營。

哈大客運專線：全長902km，最高時速達300km以上。北起哈爾濱市，南經長春、四平、鐵嶺、沈陽、遼陽、鞍山、營口，直抵大連。

京石客運專線：長281km，項目投資估算總額438.7億元，將列車運行時間縮短一半，形成北京至石家莊1小時交通圈。京石鐵路客運專線是北京—廣州—深圳—香港客運專線的一部分，時速350km。

鄭西客運專線：是我國中長期鐵路網規劃中“四縱四橫”客運專線的重要組成部分，也是我國鐵路有史以來投資最大的項目之一。客運專線起自鄭州樞紐鄭州站，途經洛陽、三門峽、渭南，從西安市繞城高速北側貫穿西安鐵路樞紐，沿咸陽市南側向西延伸至興平。全長505km，時速350km。

石武客運專線：是一條連接河北省石家莊市與湖北省武漢市的高速鐵路，是中國“四縱四橫”客運專線網絡中京港客運專線的組成部分。該線全長840.7km，設計時速350km。

合武客運專線：合肥至武漢，時速為250km，已于2009年4月1日開通運營。

漢宜鐵路：武漢至宜昌，時速200km，連接合武和宜萬。

合寧客運專線：合肥至南京。全長166km，設計時速200km，預留時速250km的條件，是滬漢蓉快速通道的組成部分，也是國家規劃的“四縱四橫”快速鐵路客運網中的一條重要干線。

甬臺溫客運專線：起自寧波，經臺州至溫州，全長282.42km，全線設14個車站，總投資約163億元。

溫福客運專線：全長320.97km，位于浙江和福建兩省交界的浙南和閩東沿海地區。北起溫州南站，南至福州站。速度目標值時速200km，預留時速250km提速條件。

福廈客運專線：全長273km，北起福州，終至廈門，屬國家Ⅰ級雙線電氣化鐵路干線。

廣深港客運專線：起于新廣州站，南至新深圳站（龍華），全長105km，并預留位置向南延伸至香港，及在虎門站預留了位置通往惠州方向。廣深港高速鐵路列車時速可達350km。

廣珠城際：北起廣州南火車站，南至珠海市拱北，經由廣州市番禺區、佛山市順德區、中山市，主線設14個車站，線路總長約141km。

長吉客運專線：長春至吉林城際鐵路項目，為原鐵道部和吉林省合資建設項目。設計技術速度按時速300km考慮，全線100km，這條鐵路建成將使長春到吉林的最快時間縮短至半小時左右。

九昌客運專線：該項目是國家重點建設項目，由原鐵道部和江西省委聯合投資興建。該鐵路線自廬山站（含）引入，在南昌北與京九線接軌，經京九線引入南昌，全線均按照客運專線標準進行施工建設。

膠濟客運專線：東起膠東半島的龍頭城市青島，西到山東省省會濟南，全線總長362.5km，設計時速為200～250km。

海南東環客運專線：線路自既有海口站起，由北向南依次經過海口市、文昌市、瓊海市、萬寧市、陵水縣、南至三亞市境內的既有三亞站，正線全長308.11km。

寧杭城際鐵路：北起南京，南至杭州，共設11站，全長248.963km。該項目為國鐵Ⅰ級雙線，設計速度為350km/h。

大西客運專線：由山西省大同市向南跨黃河后經渭南抵達西安。線路正線全長859km，線路設計行車時速250km，并預留進一步發展條件。

截止2013年底，隨著寧杭、杭甬、盤營高鐵以及向莆鐵路的相繼開通，中國高鐵運營總里程突破一萬公里，“四縱”干線基本成形。

（三）高速鐵路測量工作

1.測量工作的基本原則

高程測量、水平角測量、水平距離測量是測量的三項基本工作。由于任何一種測量工作都會產生不可避免的誤差，所以每次測量時都必須按照一定的程序和方法，以防止誤差的積累。若從一點開始逐點進行測量，前一點測量的誤差會傳遞到下一點，依次積累，隨著范圍擴大，最后可能使點位誤差超出所要求的限度。

為了限制誤差傳遞和誤差積累，提高測量精度，測量工作必須遵循“先整體后局部，先控制后碎部，由高級到低級”的原則來組織實施。

測量工作必須小心謹慎地進行，一切測量工作都必須隨時檢查，杜絕錯誤。沒有對前階段工作的檢查，就不能進行下一階段的工作，這是測量工作中所必須堅持的原則之一。為了不使誤差積累，必須遵循“先整體后局部”和“先控制后碎部”的原則；為了保證成果的質量，必須堅持隨時檢查的原則，這樣才能保證測量成果的質量和較高的工作效率。

2.從事測量工作的要求

測量成果質量的優劣，直接影響到工程質量，無論是測量誤差超限或產生錯誤，都會使工程質量降低或造成經濟損失。因此從事測量的工作人員，應具備扎實的測量技能、高度的責任心，對工作精益求精，嚴格按照設計和規范要求的精度與方法進行測量工作。

嚴格檢核制度，無論是內業或外業，對測量成果都必須進行必要的檢核，防止錯誤的發生。

測量記錄要清楚，注意保持原始記錄和計算結果的原始性，實事求是，尊重事實。不合格時，應分析原因，進行重測。

測量工作者要愛護測量儀器和工具，輕拿輕放，避免振動，要掌握正確的操作方法。

3.測量人員具備的專業技術水平

測繪是一門應用科學，是技術密集型行業。測量人員僅具有一定理論知識水平是不夠的，僅靠理論知識是無法產生測繪成果的，必須具備一定的測繪專業技能，必須能夠掌握和熟練操作測繪儀器設備，必須具備一定的生產實踐經驗，這就是專業技術水平，包括以下三方面：

（1）必須對所應當完成的測繪成果十分熟悉，了解怎樣完成這些測繪成果。測繪人員承擔一項測繪任務，必須非常清楚應當完成哪些測繪成果，要完成的測繪成果是什么樣的，需要通過哪些程序和方法完成這些測繪成果等。如果一名測繪人員對這些起碼的常識都不清楚，是無法完成測繪項目的。了解和熟悉這些常識，不是僅靠理論知識就能解決的，只有經過實踐，才能全面地掌握。

（2）必須具備儀器設備操作技能。測繪人員熟練掌握和使用測繪儀器設備是一項基本技能，是保證工作效率和保證測繪成果質量的基礎，是完成測繪項目的基本條件。例如，高鐵CPⅠ、CPⅡ測量需要操作GPS接收機，CPⅢ測量需要操作智能型全站儀，沉降觀測需要操作數字水準儀，放樣需要操作GPSRTK等。

（3）必須熟悉和掌握所要進行測繪項目的標準、規范，并能正確地應用，熟悉測繪成果質量的要求，這也是一項基本技能。

4.測量人員具備的能力

從事測繪活動，特別是優質高效地組織完成測繪項目，需具備多方面的能力，主要體現在以下幾方面：

（1）測繪項目的技術設計能力。接受測繪項目以后，首先要進行踏勘和技術設計，踏勘是到測區了解現場的實際情況，例如測區的位置、地形情況、已有測繪成果情況、測量首級控制網點情況、交通情況等。踏勘后需要對測繪項目進行技術設計，寫出技術設計書。技術設計書是保證測繪項目保質、保量、保工期完成的技術性文件，對完成測繪項目具有決定性的指導作用，是非常重要的基礎性工作。沒有好的技術設計，測繪項目就很難高質量、高效率地完成。

（2）測繪生產的組織能力。測繪是一個工序多、過程比較復雜的工作，是需要一定數量的人參與才能完成的。接受了一個測繪項目，能不能組織人員將其完成，需要具有一定的生產組織能力，必須熟悉測繪項目的工序，必須掌握測繪生產組織過程和方法，必須了解怎樣安排人員等。這些能力也是需要經過實踐鍛煉才能提高。

（3）對測繪成果質量的檢查、驗收能力。測繪成果完成后，對測繪成果質量的把關也是非常重要的。對成果的檢查驗收能力要靠實踐積累，測繪成果是通過多道工序完成的，大量測繪成果出自野外測量，除了依靠標準以外，必須借助于豐富的實踐經驗，才能準確地判斷和發現測繪成果質量問題。

測繪人員的能力是通過其從事測繪工作的資歷、業績、完成測繪成果的數量和質量狀況來體現的。只有通過長時間的從事測繪工作、參與或主持測繪項目、參加技術設計、承擔具體測繪技術操作、直接完成的測繪成果等實踐才能不斷提高。