項目二　精密工程測量

一、項目描述

軌道的高平順性是高速鐵路最突出的特點，同時也是高速鐵路建設成敗的關鍵之一。為了保證軌道的高平順性，線路必須具備非常準確的幾何參數，測量誤差必須保持在毫米級范圍內，對測量精度提出了很高的要求。其測量方法、測量精度要高度重視，均要求進行高精度的控制測量，目的是將設計的高速鐵路軌道位置、形狀及高程，在地面準確地標定出來，確保高速鐵路軌道線路平順性。我們把適合高速鐵路工程測量的技術體系稱為高速鐵路精密工程測量。

精密網：CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ、二等水準和精密水準。

二、相關理論知識

（一）高速鐵路精密工程測量體系的必要性

為了達到高速行駛條件下旅客列車的安全和舒適，高速鐵路應滿足：

（1）嚴格按照設計的線形施工，即保持精確的幾何線性參數。

（2）必須具有非常高的平順性，精度要保持在毫米級的范圍以內。

根據《高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準》及《高速鐵路軌道工程施工技術指南》，無砟軌道和有砟軌道鋪設精度標準見表1-1～表1-4。

從表1-1～表1-4可知，要實現客運專線鐵路軌道的高平順性、舒適性的要求，除了對高速鐵路線下工程和軌道工程的設計施工等有特殊的要求外，必須建立一套與之相適應的精密工程測量體系，必須具有較高的鋪設精度。為此，德國和中國對于時速200km及以上鐵路的軌道平順度均制定了較高的精度標準。

對于無砟軌道，軌道施工完成后基本不再具備調整的可能性，由于施工誤差、線路運營以及線下基礎沉降所引起的軌道變形只能依靠扣件進行微量的調整。高速鐵路扣件技術條件中規定扣件的軌距調整量為±10mm，高低調整量為+26mm～-4mm，因此用于施工誤差的調整量非常小，這就要求對無砟軌道有著較有砟軌道更嚴格的施工精度控制標準。

（二）國外高速鐵路無砟軌道工程測量技術（以德國為例）

工程測量控制網包括平面控制和高程控制兩部分，一般采用逐級控制的方式形成完善的工程測量控制網。分級控制的級數根據國家控制點的精度和密度來確定。對于大型橋梁和長大隧道等構筑物工程還應給予特殊考慮，建立局部專門工程控制網來保證精度。

1.大地測量基準

德國鐵路針對所有鐵路線路技術而采用的大地測量基準數據是以德國土地測量管理部門的ETRF89為基礎的DB-REF，采用七參數轉換，可以實現由ETRF89轉換到局部參考橢圓體，使用3°帶高斯——克呂格投影將球面坐標投影到平面上。

2.控制網基準

永久標志的控制基準點用大地測量方法來測定，并作為固定標志導入德國鐵路的信息系統中，由于它們具有較高的測量精度、可靠性和穩定性，因此這些控制基準點構成了德國鐵路的基準控制網。據資料介紹，德國高速鐵路采用MKS定義的特殊技術坐標網。MKS可根據需要把地球表面正形投影到設計或計算平面上，發生的不可避免的長度變形限定在10mm/km的數量級上。

基準控制網與坐標框架建立了固定的關系（如在地理信息系統中），對鐵路線路的測量、評價和分析均以坐標為基礎。與此對應，所有以坐標為基礎的測量、評價和分析方法也必須以DB-REF的基準控制網為基礎。新控制基準點只能在DB-REF系統中加密。對于特殊的測量網，可以在與DB-REF不一致的系統中測定坐標。既有基準控制網的加密和擴展必須在所規劃的施工措施范圍內（新建、擴建、改建和維修作業）進行。在建立和計算新的控制基準點時，必須遵守鐵路工程測量的有關規范。

3.控制網體系

控制基準點分為三維控制基準點、水平控制基準點和高程控制基準點。對于非三維控制基準點，需要以分米級的精度針對新控制基準點給出所缺少的維數。所有新控制基準點必須以三維方式設置和測定，取決于精度、測定方法、使用目的及與相鄰控制基準點的距離，控制點的狀態可以表明控制基準點的質量（表1-5）。

4.控制點密度

控制基準點之間的距離必須要確保能夠經濟地進行測量作業，具體見表1-6。

控制基準點的建立以最小費用為原則，應便于使用，點位穩定可靠、經濟實用，且盡可能靠近線路。設立在國家鐵路地域的控制基準點，必須滿足下列要求：穩固、持久；位于鐵路交通和個人交通的范圍之外；滿足事故預防的規定；能夠安置儀器；允許擱置3m的水準尺；容易發現和使用；不因以后的房屋建造、施工和維護作業而遭破壞；優先測設在建筑物和大樓旁或其上。

在設置控制點時，應當針對測定和今后的利用來考慮所采用的測量和評價方法。對于PS1～PS4的控制基準點，可以繪制點之記，以便在今后尋找。

5.平面控制網網形

德國鐵路的平面控制網分為PS0、PS1、PS2和PS4四級，網形如圖1-14～圖1-16所示。

德國國家控制網點的間隔為30～50km，加密的PS0點間隔為4km左右，且遠離施工區，由靜態GPS來測定。PS0控制網精度相當于我國高速鐵路無砟軌道控制網CPⅠ（圖1-14）。

PS1控制網是在PS0控制網的基礎上進行加密測量得到。PS1控制點沿線路單側布設，點間距800～1000m，位于施工區內，與線路的距離不大于15m。PS1控制網精度相當于我國高速鐵路無砟軌道控制網CPⅡ（圖1-15）。

PS4控制網測量為兩種不同方法建立。一種是在PS1和PS2控制網的基礎上采用導線測量的方法進行加密測量，相距150～250m，如圖1-16（a）所示；另一種是通過自由設站或后方交會對PS4控制網進行測量，如圖1-16（b）所示。PS4控制點沿鐵路線路兩側對稱布設，為軌道鋪設控制網，相鄰兩點間距為60m。PS4控制網相當于我國無砟軌道鋪設時的CPⅢ和加密控制基樁。

6.控制網測量技術標準

建立高精度高速鐵路工程控制網的目的，是為了保證施工時軌道的絕對和相對定位達到設計標準。德國高鐵控制標準分別是博格公司控制網精度標準（表1-7）和德鐵DS833的控制網精度標準（表1-8）。

博格公司在京津城際施工期間，曾作出調整：線路導線網和建筑物特殊網合并建設，精度要求：每180～200m，水平位置3mm，高程1mm。