客运专线无砟轨道铁路工程测量技术

1、 无碴轨道在铁路线路上的使用，从根本上改善了无碴轨道在铁路线路上的使用，从根本上改善了 列车走行的基础条件，实现了旅客列车运行平稳列车走行的基础条件，实现了旅客列车运行平稳 性、安全性、舒适性的要求，并且大大缩短了线性、安全性、舒适性的要求，并且大大缩短了线 路维修时间，降低了维护成本。路维修时间，降低了维护成本。 20 20世纪世纪6060年代，世界各国开始研究使用无碴年代，世界各国开始研究使用无碴 轨道，从室内试验，现场试铺到在高速铁路上的普轨道，从室内试验，现场试铺到在高速铁路上的普 遍推广，历经遍推广，历经4040余年，形成了具有各国特色的系列余年，形成了具有各国特色的系列 化、标准化

2、产品。化、标准化产品。 轨道稳定性高轨道稳定性高 刚度均匀性好刚度均匀性好 结构耐久性强结构耐久性强 维修工作量显著减少维修工作量显著减少 技术相对成熟技术相对成熟 由于无碴轨道具有的明显优势，世界各国研究开由于无碴轨道具有的明显优势，世界各国研究开 发了多种结构形式的无碴轨道。如发了多种结构形式的无碴轨道。如: : 日本新干线的板式日本新干线的板式 德国高速铁路的德国高速铁路的RhedaRheda型、型、BoglBogl型、型、ZblinZblin型型 英国的英国的PACTPACT型、英吉利海峡隧道的弹性支承块型、英吉利海峡隧道的弹性支承块(LVT)(LVT)式式 法国的法国的STEDEFS

3、TEDEF型等型等 高速铁路采用无碴轨道结构形式已被很多国家高速铁路采用无碴轨道结构形式已被很多国家 所接受。其中德国和日本在无碴轨道的研发及应所接受。其中德国和日本在无碴轨道的研发及应 用方面处于领先地位，技术相对更成熟。如下图用方面处于领先地位，技术相对更成熟。如下图 所示：所示： 国内对无碴轨道的研究始于国内对无碴轨道的研究始于2020世纪世纪6060年代，与国外的研年代，与国外的研 究几乎同时起步。究几乎同时起步。 等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式。等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式。 初期曾试铺过初期曾试铺过 支承块式支承块式 短木枕式短木枕式 整体灌注式整体灌注式 正式推

4、广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆正式推广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆 线、京原线、京通线、南疆线等长度超过线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1 km1 km的的 隧道内铺设，总铺设长度约隧道内铺设，总铺设长度约300 km300 km。 在此在此2020多年期间，我国在无碴轨道的结构设计、施工方多年期间，我国在无碴轨道的结构设计、施工方 法、轨道基础的技术要求以及出现基础沉降病害时的整治法、轨道基础的技术要求以及出现基础沉降病害时的整治 等方面积累了宝贵的经验，为发展无碴轨道新技术打下了等方面积累了宝贵的经验，为发展无碴轨道新技术打下了 基础。基础。 此外还铺设过由沥青灌注的固化道

5、床，但未正式推广。此外还铺设过由沥青灌注的固化道床，但未正式推广。 在京九线九江长江大桥引桥上还铺设过无碴无枕结构，长在京九线九江长江大桥引桥上还铺设过无碴无枕结构，长 度约度约7 km7 km。 2020世纪世纪8080年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的 沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总 长约长约10 km10 km。 19951995年我国开始对弹性支承块式无碴轨道进行研究，年我国开始对弹性支承块式无碴轨道进行研究， 19961996年、年、19971997年先后在陇海线白

6、清隧道和安康线大瓢沟隧年先后在陇海线白清隧道和安康线大瓢沟隧 道铺设试验段，并在秦岭隧道一线、秦岭隧道二线正式推道铺设试验段，并在秦岭隧道一线、秦岭隧道二线正式推 广使用，一、二线合计无碴轨道长度广使用，一、二线合计无碴轨道长度36.8 km36.8 km，并先后于，并先后于 20012001年、年、20032003年开通运营。年开通运营。 以后又陆续在宁西线以后又陆续在宁西线( (南京南京- -西安西安) )、兰武复线、宜万线、兰武复线、宜万线、 湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛应用，已经铺设和湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛应用，已经铺设和 正在铺设的这种无碴轨道累计近正在铺设的这种无

7、碴轨道累计近200 km200 km， 下图为弹性支承块式无碴轨道下图为弹性支承块式无碴轨道 在秦沈客运专线选定了在秦沈客运专线选定了3 3座混凝土桥作为无碴轨道的试座混凝土桥作为无碴轨道的试 铺段。铺段。其中其中 见下列各图 沙河特大桥沙河特大桥(692m)(692m)试铺长枕埋入式无碴轨道；试铺长枕埋入式无碴轨道； 狗河特大桥狗河特大桥(741m)(741m)直线和双河特大桥直线和双河特大桥(740m)(740m)曲线上试铺板曲线上试铺板 式轨道。式轨道。 沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道 狗河特大桥板式无碴轨道（直线上） 双河特大桥板式无碴轨道（曲线上） 根据根据 客运专线无砟轨道铁路工程施

8、工质量验收暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定 客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准， 无砟轨道铺设精度标准分别见下表。无砟轨道铺设精度标准分别见下表。 项目 设计速度 （km/h） 高 低轨 向水 平轨 距 扭曲 （基长6.25m） 350v20022112 200222 +1 -2 3 弦长（m）10- 客运专线铁路无砟轨道静态平顺度允许偏差（mm） 项目 设计速度 （km/h） 高 低轨 向水 平轨 距 扭曲 （基长6.25m） 350v20022222 200333 2 3 弦长（m）10- 客运专线铁路有砟轨道静态平顺度允许

9、偏差（mm） 序序 号号项项 目目允许偏差（允许偏差（mm） 1 1轨面轨面高程与高程与设计比较设计比较 一般路基一般路基 +4+4 -6-6 在建筑物上在建筑物上 紧靠站台紧靠站台 +4+4 0 0 2 2轨道中线与设计中线差轨道中线与设计中线差1010 3 3线间距线间距 +10+10 0 0 客运专线铁路无砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差客运专线铁路无砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差 序序 号号项项 目目允许偏差（允许偏差（mm） 1 1轨面轨面高程与高程与设计比较设计比较 一般路基一般路基 2020 在建筑物上在建筑物上 1010 紧靠站台紧靠站台 +20+20 0 0

10、 2 2轨道中线与设计中线差轨道中线与设计中线差3030 3 3线间距线间距 +20+20 0 0 客运专线铁路有砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差客运专线铁路有砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差 项目 设计速度 （km/h） 高 低轨 向水 平轨 距 2002（10）2（10）2 +2 检验点间距（m）5（150） - 德国高速铁路无砟轨道铺设精度标准（mm） 客客 运运 专专 线线 无无 砟砟 轨轨 道道 铁铁 路路 工工 程程 测测 量量 勘测设计阶段勘测设计阶段 施工阶段施工阶段 运营阶段运营阶段 勘勘 测测 设设 计计 阶阶 段段 控制网控制网 设计设计 初测初测 定测定

11、测 平面控制网设计平面控制网设计 高程控制网设计高程控制网设计 建立基础控制网建立基础控制网CPI(B级级GPS网网) 建立二等建立二等/四等高程四等高程控制网控制网 建立线路控制网建立线路控制网CPII(C级级GPS 网或四等导线网或四等导线) 利用初设二等利用初设二等/四等高程四等高程控制网控制网 评估评估 施施 工工 阶阶 段段 线下工程线下工程 施工阶段施工阶段 无砟轨道无砟轨道 铺设阶段铺设阶段 竣工阶段竣工阶段 一般地段利用定测平高控制网或根据需要加密施工控制网一般地段利用定测平高控制网或根据需要加密施工控制网 建立变形监测网建立变形监测网 建立基桩控制网建立基桩控制网CPIII

12、建立全线二等水准建立全线二等水准高程高程控制网控制网 加密基桩加密基桩 轨道铺设竣工测量轨道铺设竣工测量 评估评估 重点地段建立独立的平高控制网重点地段建立独立的平高控制网 建立变形监测网建立变形监测网 建立维护基桩建立维护基桩 变形监测网变形监测网 评估评估 验收验收 交接交接 运 营 阶 段 运营维护工作 构筑物变形监测 运营维护控制网是在无碴轨道工程竣工后，施工单位交给运营运营维护控制网是在无碴轨道工程竣工后，施工单位交给运营 单位，为运营阶段对无碴轨道进行变形监测、运营维护的平面单位，为运营阶段对无碴轨道进行变形监测、运营维护的平面 、高程控制网，它包括了基础平面控制网、二等水准网、线

13、路、高程控制网，它包括了基础平面控制网、二等水准网、线路 控制网、控制基桩点等。控制网、控制基桩点等。 三网三网勘测控制网勘测控制网施工控制网施工控制网运营维护控制网运营维护控制网 勘测控制网是指包括基础平面控制网在内，在勘测设计阶段为满勘测控制网是指包括基础平面控制网在内，在勘测设计阶段为满 足勘测设计和向施工单位交桩而进行的平面、高程测量，它包括足勘测设计和向施工单位交桩而进行的平面、高程测量，它包括 了线路控制网。了线路控制网。 施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网的基础上，施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网的基础上， 为满足施工而建立的各级平面、高程控制网。为满足施工

14、而建立的各级平面、高程控制网。 为保证控制网的测量成果质量满足勘测、施工、运营维护为保证控制网的测量成果质量满足勘测、施工、运营维护 三个阶段测量的要求，适应无砟轨道铁路工程建设和运营三个阶段测量的要求，适应无砟轨道铁路工程建设和运营 管理的需要，三个阶段的平面、高程控制测量必须采用统管理的需要，三个阶段的平面、高程控制测量必须采用统 一的基准，简称一的基准，简称“三网合一三网合一”。 与有砟轨道相比，无砟轨道的最大特点是工程施工工艺和与有砟轨道相比，无砟轨道的最大特点是工程施工工艺和 精度要求高，运营维护技术特殊，周期长（按精度要求高，运营维护技术特殊，周期长（按60 60 年设计年设计 标

15、准）。标准）。 坐标高程系统的统一坐标高程系统的统一 起算基准的统一起算基准的统一 测量精度的协调统一测量精度的协调统一 其内容和要求：其内容和要求： 在无砟轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段在无砟轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段 均采用坐标定位控制，因此必须保证均采用坐标定位控制，因此必须保证“三网三网”坐标高程系统的统一，坐标高程系统的统一， 无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护工作才能顺无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护工作才能顺 利进行。利进行。 客运专线的客运专线的“三网三网”平面测量应以基础平面控制网平面测量应以基础平

16、面控制网CPCP为平面控制为平面控制 基准，高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。基准，高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。 因此，对于客运专线铁路工程建设和运营管理建因此，对于客运专线铁路工程建设和运营管理建 立立“三网合一三网合一”的测量系统不仅保证了无砟轨道的测量系统不仅保证了无砟轨道 施工的精度，而且为运营期间养护维修提供了统施工的精度，而且为运营期间养护维修提供了统 一的基准，起着重要的作用。一的基准，起着重要的作用。 “三网合一三网合一”的重要性在于从控制网的统一开始着手建的重要性在于从控制网的统一开始着手建 立铁路无砟轨道测量系统，其意义可以说是划时代的立铁路无砟轨

17、道测量系统，其意义可以说是划时代的。 德国睿铁公司（德国睿铁公司（RailOneRailOne）执行副总裁巴哈曼先生曾说执行副总裁巴哈曼先生曾说 过：过：“ 项目高低轨向水平轨距 幅值/mm221 弦长/m10 表21 无砟轨道铺设的精度（静态）要求 1 （2 2）300m300m弦长，正矢偏差为弦长，正矢偏差为10mm10mm，即，即10mm/300m10mm/300m。 （1 1）10m10m弦长，轨向偏差为弦长，轨向偏差为2mm2mm，高低偏差为，高低偏差为2mm,2mm,即即 2mm/10m,2mm/10m,见下表见下表 在测量数据处理时，则希望测量误差对最终的结果在测量数据处理时，则

18、希望测量误差对最终的结果 影响最小。影响最小。 在布设控制网时，希望在现有人力、物力和财力的在布设控制网时，希望在现有人力、物力和财力的 条件下，使控制网具有较高的精度和可靠性；条件下，使控制网具有较高的精度和可靠性； 在旧有控制网改造时，希望在满足一定要求的前提下，在旧有控制网改造时，希望在满足一定要求的前提下， 使改造的费用最低；使改造的费用最低； 优化设计中涉及的质量标准优化设计中涉及的质量标准 精度精度可靠性可靠性费用费用 纯量精度纯量精度 标准标准 准则矩阵准则矩阵 标准标准 内部内部 可靠性可靠性 外部外部 可靠性可靠性 最大原则最大原则最小原则最小原则 纯量精度标准是选择一个描述

19、全网总体精度的某纯量精度标准是选择一个描述全网总体精度的某 一量作为评定网的精度指标。一量作为评定网的精度指标。 纯量精度指标适用于工程控制网。因工程控制网纯量精度指标适用于工程控制网。因工程控制网 有其特殊要求的一面（如直线隧道贯通的横向精度有其特殊要求的一面（如直线隧道贯通的横向精度 要求较高），经常只涉及部分点的精度，易于用纯要求较高），经常只涉及部分点的精度，易于用纯 量标准来描述，且在设计中易于达到目标，不必对量标准来描述，且在设计中易于达到目标，不必对 全网的精度作控制。全网的精度作控制。 准则矩阵是一种全面和精密的精度标准，它可准则矩阵是一种全面和精密的精度标准，它可 描述网的精

20、度细部，是一个具有理想结构的方描述网的精度细部，是一个具有理想结构的方 差差协方差矩阵，有几种结构方法。协方差矩阵，有几种结构方法。 例如，例如，19721972年年GrafarendGrafarend提出了所谓提出了所谓TKTK结构，结构， 它要求点位误差椭圆为圆，且各点一致。它要求点位误差椭圆为圆，且各点一致。 19741974年年BaardaBaarda等人提出了一种等人提出了一种“混沌混沌”结构，结构， 要求点位误差椭圆和相对点位误差椭圆均为圆。要求点位误差椭圆和相对点位误差椭圆均为圆。 可靠性是衡量网的抗差能力，包括网的内可靠性是衡量网的抗差能力，包括网的内 部可靠性和外部可靠性。因

21、为这些都与观部可靠性和外部可靠性。因为这些都与观 测量的多余观测分量有关，测量的多余观测分量有关， 因此目前均采用多余观测分量作为可靠性因此目前均采用多余观测分量作为可靠性 的度量。的度量。 费用标准是建网费用的精度指标，有两种原则，费用标准是建网费用的精度指标，有两种原则， 。 由于建网的费用涉及多种因素，实际情况千变万由于建网的费用涉及多种因素，实际情况千变万 化，一般难以用一个准确的合乎实际的费用函数化，一般难以用一个准确的合乎实际的费用函数 来计算建网费用，目前常用观测值权的一个函数来计算建网费用，目前常用观测值权的一个函数 来度量。来度量。 根据德国慕尼黑国防军事学院天文、物理大地测

22、量教授根据德国慕尼黑国防军事学院天文、物理大地测量教授 格伦法伦德（格伦法伦德（E.GrafarendE.Grafarend）博士所建议的分类方法，控）博士所建议的分类方法，控 制网的优化设计问题通常可分为四类。制网的优化设计问题通常可分为四类。 控制网的优化设计控制网的优化设计 零类设计零类设计一类设计一类设计 二类设计二类设计三类设计三类设计 基基 准可以认为就是给控制网的平差提供一组必要的起始数据，以便求准可以认为就是给控制网的平差提供一组必要的起始数据，以便求 得平差问题的唯一解。因此，基准的选择可以认为是必要的起始数得平差问题的唯一解。因此，基准的选择可以认为是必要的起始数 据的选择

23、，而如何选择这组必要的起始数据才能达到某种目的则是据的选择，而如何选择这组必要的起始数据才能达到某种目的则是 零类设计所要解决的问题。零类设计所要解决的问题。 测量控制网的点位坐标是待估参数。对于测角网，观测量是方向测量控制网的点位坐标是待估参数。对于测角网，观测量是方向 或角度。仅根据方向或角度的观测值不可能确定点的坐标值，亦即或角度。仅根据方向或角度的观测值不可能确定点的坐标值，亦即 不能确定网的位置、方向和大小。因此，需要有一个点的位置（纵、不能确定网的位置、方向和大小。因此，需要有一个点的位置（纵、 横）、一个方位和一个尺度基准。也可以两个点的纵、横坐标为基横）、一个方位和一个尺度基准

24、。也可以两个点的纵、横坐标为基 准。对于测边网、边角网或导线网，观测量是边长和方向（或角准。对于测边网、边角网或导线网，观测量是边长和方向（或角 度）。为了确定点的坐标，需要有一个点的位置（纵横坐标）和一度）。为了确定点的坐标，需要有一个点的位置（纵横坐标）和一 个方位基准。个方位基准。 控制网的基准设计不仅为网的待定参数提供了起算数据，还控制网的基准设计不仅为网的待定参数提供了起算数据，还 对网的精度有很大影响。众所周知，离开始起点愈远，待定点对网的精度有很大影响。众所周知，离开始起点愈远，待定点 的精度愈低。各种控制网有不同的专门用途和特定的精度要求，的精度愈低。各种控制网有不同的专门用途

25、和特定的精度要求， 在进行网的基准设计时必须分别加以考虑。在进行网的基准设计时必须分别加以考虑。 参照德国高速铁路采用参照德国高速铁路采用MKSMKS定义的特殊技术平面坐标系统，把定义的特殊技术平面坐标系统，把 地球表面正形投影到设计和计算平面上，发生的长度变形限定地球表面正形投影到设计和计算平面上，发生的长度变形限定 在在的数量级上。客运专线无砟轨道施工平面控制网的基的数量级上。客运专线无砟轨道施工平面控制网的基 准应该采用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺度标准准应该采用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺度标准 应以线路轨顶标高作为施工投影面，通过采取分带投影或采用应以线路轨顶标高

26、作为施工投影面，通过采取分带投影或采用 特殊技术定义的平面坐标系统，将坐标投影长度变形限定值在特殊技术定义的平面坐标系统，将坐标投影长度变形限定值在 现在现在的基础上进一步提高到的基础上进一步提高到，减小控制网的尺，减小控制网的尺 度变形，保证无砟轨道铺设的精度要求。度变形，保证无砟轨道铺设的精度要求。 控制网网形设计，一般先通过图上规划和野外踏勘得到初始方案控制网网形设计，一般先通过图上规划和野外踏勘得到初始方案 ，然后运用最优化方法对初始网形加以改进，得出最终布网网形。，然后运用最优化方法对初始网形加以改进，得出最终布网网形。 考虑到客运专线的狭长性质以及其所经过的地形地貌，其平面控制考虑

27、到客运专线的狭长性质以及其所经过的地形地貌，其平面控制 网的基本网形应该是沿着线路的闭合导线形或是大地四边形的带状网的基本网形应该是沿着线路的闭合导线形或是大地四边形的带状 网。而网形的优化设计所要解决的问题就是布设多少控制点，也就网。而网形的优化设计所要解决的问题就是布设多少控制点，也就 是控制点的数目的优化。点数的多少决定着测区控制点密度，影响是控制点的数目的优化。点数的多少决定着测区控制点密度，影响 到精度、可靠性和使用的方便性，也与测量的成本费用、工作量有到精度、可靠性和使用的方便性，也与测量的成本费用、工作量有 直接关系。应该在满足精度、可靠性要求和使用方便的前提下，力直接关系。应该

28、在满足精度、可靠性要求和使用方便的前提下，力 求布设最少的控制点。求布设最少的控制点。 这里最优的意义是指精度、费用和这里最优的意义是指精度、费用和 可靠性标准。可靠性标准。 测量控制网的观测值，主要有测边和测角两类，它们测量控制网的观测值，主要有测边和测角两类，它们 对控制网精度、可靠性等质量指标有着不同的影响。角对控制网精度、可靠性等质量指标有着不同的影响。角 度观测值在网中作用主要是对方位（横向）的控制，却度观测值在网中作用主要是对方位（横向）的控制，却 有较大的尺度误差（总纵向）；测边网的点位误差也是有较大的尺度误差（总纵向）；测边网的点位误差也是 离已知点越远越大，但有较大的方位误差

29、和较小的尺度离已知点越远越大，但有较大的方位误差和较小的尺度 误差。边长、角度观测值对控制网影响的正交性，使边误差。边长、角度观测值对控制网影响的正交性，使边 角网在精度方面优于单纯的测角网或测边网，也为测量角网在精度方面优于单纯的测角网或测边网，也为测量 控制网的优化设计提供了新的方法。可以借助于改变边控制网的优化设计提供了新的方法。可以借助于改变边 角网中测角、测边的数目及其精度来调解待定点点位误角网中测角、测边的数目及其精度来调解待定点点位误 差椭圆的形状和大小。差椭圆的形状和大小。 通常采用增加一定数量的附加观测值来改造旧有网，通常采用增加一定数量的附加观测值来改造旧有网， 如测角网中

30、加测一部分边长观测值，以改善旧有网的如测角网中加测一部分边长观测值，以改善旧有网的 质量。一般是以改善控制网的精度和灵敏度为目标的质量。一般是以改善控制网的精度和灵敏度为目标的 优化设计问题。优化设计问题。 新建铁路工程测量规范新建铁路工程测量规范 京沪高速铁路测量技术暂行规定京沪高速铁路测量技术暂行规定 客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定 无砟轨道设计技术条件无砟轨道设计技术条件 在测区内投影长度的变形值不宜大于在测区内投影长度的变形值不宜大于10mm/km10mm/km。根。根 据测区所处地理位置和线路高程情况，可按下列方据测区所处地理位置和线路高程情

31、况，可按下列方 法选定坐标系统：法选定坐标系统： 高速铁路的平面坐标宜引入高速铁路的平面坐标宜引入19541954北京坐标系或北京坐标系或19801980 年国家坐标系或年国家坐标系或20002000年国家大地坐标系年国家大地坐标系。 （3 3）桥梁控制测量和隧道控制测量，也可采独立坐桥梁控制测量和隧道控制测量，也可采独立坐 标系统，高程投影面可分别采用相应的平均高程标系统，高程投影面可分别采用相应的平均高程 面。面。 （1 1）采用全国统一的高斯正投影）采用全国统一的高斯正投影3 3带平面坐标系统。带平面坐标系统。 （2 2）采用投影于测区抵偿高程面的高斯正投影）采用投影于测区抵偿高程面的高

32、斯正投影3 3带带 平面直角坐标系统；平面直角坐标系统； 投影于投影于19851985年国家高程基准的任意中央子午线高年国家高程基准的任意中央子午线高 斯正投影平面直角坐标系统；斯正投影平面直角坐标系统； 投影于测区抵偿高程面的任意中央子午线高斯正投影于测区抵偿高程面的任意中央子午线高斯正 投影较窄带宽平面直角坐标系统。投影较窄带宽平面直角坐标系统。 无无 砟砟 轨轨 道道 平平 面面 控控 制制 网网 基础平面控制网基础平面控制网 线路平面控制网线路平面控制网 基桩控制网基桩控制网 CPCP CPCP CPCP Basic Horizontal Control Points Route Co

33、ntrol Points Base-piles Control Points 基础平面控制网（基础平面控制网（CPCP）沿线路走向布设，按）沿线路走向布设，按GPSGPS静静 态相对定位原理建立，为全线（段）各级平面控制测态相对定位原理建立，为全线（段）各级平面控制测 量的基准。量的基准。 线路平面控制网（线路平面控制网（CPCP）在基础平面控制网（）在基础平面控制网（CPCP） 上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制 和无砟轨道施工阶段基桩控制网起闭的基准。和无砟轨道施工阶段基桩控制网起闭的基准。 基桩控制网（基桩控制网（CPCP）沿

34、线路布设的三维控制网，起）沿线路布设的三维控制网，起 闭于基础平面控制网（闭于基础平面控制网（CPCP）或线路控制网（）或线路控制网（CPCP） ，一般在线下工程施工完成后进行施测，为无砟轨道，一般在线下工程施工完成后进行施测，为无砟轨道 铺设和运营维护的基准。铺设和运营维护的基准。 当采用边角后方交会法测量时，当采用边角后方交会法测量时，CPCP控制网应采用独立自由网控制网应采用独立自由网 平差，然后在平差，然后在CPCP或或CPCP中置平。中置平。 CPCP控制网应附合到控制网应附合到CPCP上，采用固定数据平差。上，采用固定数据平差。 当当CPCP导线测量时，导线测量时，CPCP控制网应

35、附合到控制网应附合到CPCP或或CPCP上，采用上，采用 固定数据平差固定数据平差 分段附合或置平时，相邻段应有足够的重叠，重叠长度应不小分段附合或置平时，相邻段应有足够的重叠，重叠长度应不小 于于1km1km。 控制网控制网 级别级别 附合附合 长度长度 （km） 边边 长长 （m） 方向中方向中 误差误差 （） 相邻点坐相邻点坐 标中误差标中误差 （mm） 相邻点高相邻点高 差中误差差中误差 （mm） 边长相对边长相对 中误差中误差 增设增设点点 坐标坐标/高程高程 中误差中误差 （mm） CPCP- -1000-40001000-40001.31.38+18+1S2020 1/17000

36、010/210/2 CPCP4800-1000800-10001.71.710102020 1/10000015/-15/- 水准基点水准基点- -2000- - -4 4 - -/2-/2 CPCP1150-200150-2002.82.85 58 8 1/200006/16/1 L 我国客运专线无砟轨道测量控制网的主要技术指标我国客运专线无砟轨道测量控制网的主要技术指标 L L L 控制点级别距 离 精度标准 平面位置精度高程精度 零级控制点（PS0）约4km 单点平面位置误差10mm 相邻点相对位置误差5mm - 一级控制点（PS1） 800-1000m 单点平面位置误差15mm 相邻点

37、相对位置误差10mm - 二级控制点（PS2）约 150m 单点平面位置误差15mm 相邻点相对位置误差10mm - 三级控制点（PS3） 700-1000m- 单点高程误差5mm； 相邻点相对高程误差 5 mm 四级控制点（PS4）- 德铁德铁RIL883RIL883的控制网精度标准的控制网精度标准 L 注：表中“-”指没有具体要求的数据。L为相邻两水准点之间的距离，单位为km。 国内外控制网标准对比国内外控制网标准对比 综上所述综上所述: :我国无砟轨道控制网的等级和精度与德铁我国无砟轨道控制网的等级和精度与德铁RIL883RIL883标准基本持平或稍高。标准基本持平或稍高。 CPCPPS

38、0PS0 CPCPPS1PS1 水准基点水准基点PS3PS3 CPCPPS4PS4 第一级平面控制网第一级平面控制网 第二级平面控制网第二级平面控制网 第三级平面控制网第三级平面控制网 高程基础控制网高程基础控制网 控制网等级控制网等级 精度要求精度要求 CPCP高于高于PS1PS1 CPCP 低于低于PS3PS3 水准基点水准基点高于高于PS3PS3 高于高于PS4PS4平面平面 高程高程 高速铁路的高程系统高速铁路的高程系统19851985国家高程基准国家高程基准 测量精度测量精度 中误差中误差极限误差极限误差 m m 2m2m 路基的工后沉降不应大于路基的工后沉降不应大于15mm15mm

39、， 不均匀沉降不应大于不均匀沉降不应大于20mm/20m20mm/20m； 无砟轨道底座浇筑前，底座范围内的桥面标高偏差无砟轨道底座浇筑前，底座范围内的桥面标高偏差 不应超过不应超过0 /-30mm0 /-30mm。 当个别地段无当个别地段无19851985国家高程基准的水准点时，可国家高程基准的水准点时，可 引用其他高程或以独立高程起算，但在全线高程测量引用其他高程或以独立高程起算，但在全线高程测量 贯通后，应消除断高，换算成贯通后，应消除断高，换算成19851985国家高程基准。国家高程基准。 有困难时亦应换算成全线统一的高程系统。有困难时亦应换算成全线统一的高程系统。 新建铁路工程测量规

40、范新建铁路工程测量规范要求要求: : 水准点高程控制测量应与国家水准点或相当等级的水准点联测水准点高程控制测量应与国家水准点或相当等级的水准点联测, , 并不大于并不大于30km30km联测一次，形成符合水准路线。联测一次，形成符合水准路线。 因此，高程控制网仍采用符合水准路线的方法，以两端的国家水因此，高程控制网仍采用符合水准路线的方法，以两端的国家水 准点作为起算基准。准点作为起算基准。 高程控制网的基准高程控制网的基准 秩亏自由网秩亏自由网经典网经典网 高铁采用经典网的形式高铁采用经典网的形式 精度低精度低精度高精度高 不符合实际情况不符合实际情况 一类设计所要解决的是网形确定的问题，而

41、铁路水准一类设计所要解决的是网形确定的问题，而铁路水准 测量多是沿线路布设成符合水准路线，在这种布设方测量多是沿线路布设成符合水准路线，在这种布设方 法下，网形的变化对精度的影响不是很大，而主要与法下，网形的变化对精度的影响不是很大，而主要与 水准路线的长度以及测量等级有关，因此，不再对此水准路线的长度以及测量等级有关，因此，不再对此 进行一类设计，而是直接按照进行一类设计，而是直接按照新建铁路工程测量规新建铁路工程测量规 范范的要求，将高程控制网布设成的要求，将高程控制网布设成 水准点设在距线路水准点设在距线路100m100m范围内，并设在不易风化的基范围内，并设在不易风化的基 岩或坚固稳定

42、的建筑物上，或是埋设混凝土水准点。岩或坚固稳定的建筑物上，或是埋设混凝土水准点。 高速铁路测量不同于一般铁路测量，主要区别在于：高速铁路测量不同于一般铁路测量，主要区别在于： 除了测量精度提高以外，还对线路的平顺性提出了高除了测量精度提高以外，还对线路的平顺性提出了高 要求，对路基、桥涵以及过渡段的沉降观测也有高要要求，对路基、桥涵以及过渡段的沉降观测也有高要 求。因此，高程控制网的布设需要满足求。因此，高程控制网的布设需要满足 沉降观测要求（主要是路基）沉降观测要求（主要是路基） 轨道平顺性要求轨道平顺性要求 如果按照国际测量工作者联合会（如果按照国际测量工作者联合会（FIGFIG）第十三届

43、会议）第十三届会议 （19711971）中提出的：）中提出的：“如果观测的目的是为了使变形值不如果观测的目的是为了使变形值不 超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其中误差应超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其中误差应 小于允许变形值小于允许变形值1/10-1/201/10-1/20，因此，因此， 工后沉降测量中误差工后沉降测量中误差 1/101/101/201/20 0.75mm0.75mm1.5mm1.5mm 最后取最后取 水准测量等级水准测量等级沉降观测点间距（沉降观测点间距（kmkm） 二等二等4 精密水准精密水准1 三等三等0.5 无砟轨道高程控制的精度主要是：无砟轨道高程控

44、制的精度主要是： 确保轨道垂向铺设的精度确保轨道垂向铺设的精度 保证把沿钢轨方向高差控制在限差范围内保证把沿钢轨方向高差控制在限差范围内 如果按照第一种验收标准，即弦长为如果按照第一种验收标准，即弦长为10m10m， 高低应小于高低应小于2mm2mm， 同一横截面左右轨顶面水平差的偏差不大于同一横截面左右轨顶面水平差的偏差不大于2mm2mm。 对无砟轨道铺设的垂向平顺性的要求有两种验收标准：对无砟轨道铺设的垂向平顺性的要求有两种验收标准： 一种是弦长为一种是弦长为10m10m一种是弦长为一种是弦长为300m300m 这些规定可统一描述为：两观测点间高差误差不得这些规定可统一描述为：两观测点间高

45、差误差不得 大于大于2mm2mm，高差中误差为，高差中误差为1mm1mm。 如果控制基桩的间距为如果控制基桩的间距为150-200m150-200m，则每个基桩可观，则每个基桩可观 测的个数为测的个数为7.5-107.5-10个。个。 根据测量误差传播定律，由一个基桩观测的首尾两观根据测量误差传播定律，由一个基桩观测的首尾两观 测点间高差中误差测点间高差中误差m m1 1 为为 或或 控制基桩的高程中误差应为首尾两端点高差中误差控制基桩的高程中误差应为首尾两端点高差中误差 的的1/21/2，按精度要求较高的计算，控制基桩高程中误差，按精度要求较高的计算，控制基桩高程中误差 m m2 2为为 取

46、控制基桩的高程中误差为取控制基桩的高程中误差为1mm1mm 首级采用二等水准网，为全线统一的高程控制网；首级采用二等水准网，为全线统一的高程控制网； 次级水准网为精密水准网，水准点距离为次级水准网为精密水准网，水准点距离为1km1km。 无砟轨道与有砟轨道的最大区别是无砟轨道与有砟轨道的最大区别是 无砟轨道铺轨要求的精度高无砟轨道铺轨要求的精度高 轨道板和轨道安装的可调量极小轨道板和轨道安装的可调量极小 无砟轨道控制网的高精度要求主要体现在线下施工无砟轨道控制网的高精度要求主要体现在线下施工 完成后的轨道铺设阶段。完成后的轨道铺设阶段。 因此，提高测量精度，是减少更改设计量的有效措施，因此，提

47、高测量精度，是减少更改设计量的有效措施， 也是今后更好地进行轨道快速检测和变形监测，提高也是今后更好地进行轨道快速检测和变形监测，提高 运营管理水平的重要保证。运营管理水平的重要保证。 由于无砟轨道的施工精度高，工程可调量小，测量误由于无砟轨道的施工精度高，工程可调量小，测量误 差和边长投影变形就难以采用局部工程调整的办法，差和边长投影变形就难以采用局部工程调整的办法， 只能通过更改设计的方法使实际施工的线路中线与设只能通过更改设计的方法使实际施工的线路中线与设 计值吻合。计值吻合。 基础控制网的测量误差或系统误差越大，更改设计的基础控制网的测量误差或系统误差越大，更改设计的 工作量也越大。工

48、作量也越大。 在勘测阶段，若要求全线采用在勘测阶段，若要求全线采用二二等水准测量，等水准测量， 由于野外地形条件的限制，测量投入会增加很多，由于野外地形条件的限制，测量投入会增加很多， 且水准路线需要绕行，特别是大型跨海（江）桥且水准路线需要绕行，特别是大型跨海（江）桥 梁和越岭隧道，绕行的水准路线比线路贯通后直梁和越岭隧道，绕行的水准路线比线路贯通后直 接测量的路线最大可增加接测量的路线最大可增加1010倍。由此高精度测量倍。由此高精度测量 得到的控制点，其高程精度却减低很多，得到的控制点，其高程精度却减低很多， 。 这样可减低测量成本，提高二等水准控制网的测这样可减低测量成本，提高二等水准

49、控制网的测 量精度。二等水准控制网贯通后，需根据实际情况量精度。二等水准控制网贯通后，需根据实际情况 将线下工程施工的高程控制调整到二等控制网基准将线下工程施工的高程控制调整到二等控制网基准 上。上。 因此，在勘测设计阶段，施测高等级水准测量困难因此，在勘测设计阶段，施测高等级水准测量困难 时，高程首级控制网可分时，高程首级控制网可分两阶段施测：两阶段施测： 勘测阶段高程控制网按勘测阶段高程控制网按要求建立，要求建立， 线下工程施工完成后在按铺设无砟轨道施工要求重线下工程施工完成后在按铺设无砟轨道施工要求重 新建立新建立控制网。控制网。 CPCP网应根据测区地形、地貌和线路工程网应根据测区地形

50、、地貌和线路工程 的具体情况，并顾及经济性原则进行设计。的具体情况，并顾及经济性原则进行设计。 线路平、纵断面图线路平、纵断面图 测区测区1 1：1000010000和和1 1：5000050000地形图地形图 沿线国家大地点和地方控制点资料沿线国家大地点和地方控制点资料 平面控制网图平面控制网图 水准线路图水准线路图 点之记点之记 成果表成果表 技术总结等技术总结等 需要增补控制点时，还需要进行控制网改造设计。需要增补控制点时，还需要进行控制网改造设计。 在充分研究线路平、纵断面图的基础上进行整个在充分研究线路平、纵断面图的基础上进行整个 控制网的设计控制网的设计 控制网设计控制网设计 基准

51、设计基准设计网形设计网形设计精度设计精度设计 客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定要求要求 施工平面控制网坐标投影长度变形值不大于施工平面控制网坐标投影长度变形值不大于10mm/km10mm/km。 为达到这一要求，有三种数学模型可供选择：为达到这一要求，有三种数学模型可供选择： 斜轴墨卡托投影斜轴墨卡托投影 国家带投影面国家带投影面 任意带投影面任意带投影面 具有高程抵偿具有高程抵偿 的任意带的任意带 高斯投影高斯投影 投影投影 抵偿投影面抵偿投影面 自由投影自由投影 CPCP网沿线路每网沿线路每4km4km布设布设1 1对对GPSGPS点，点，GPSGP

52、S点间距约点间距约1km1km， 整个整个CPCP网由大地四边形网形构成。其网行如下图所示：网由大地四边形网形构成。其网行如下图所示： 无砟轨道无砟轨道CP控制网示意图控制网示意图 CPCP CPCP CPCP CPCP 1km 1km 4km 4km 平均可靠率是指平均可靠率是指 控制网的多余观测控制网的多余观测 数与总观测数的比数与总观测数的比 值。值。 控控 制制 网网 精精 度度 设设 计计 可重复性精度测量可重复性精度测量 相对点位精度相对点位精度 平均可靠率平均可靠率 特别需要强调的是，精度计算应考虑原始数据误差的影响。特别需要强调的是，精度计算应考虑原始数据误差的影响。 指控制点

53、两次指控制点两次 定位坐标差的定位坐标差的 中误差或补设、中误差或补设、 增设控制点时，增设控制点时， 有现有已知控有现有已知控 制点发展的新制点发展的新 控制点相对于控制点相对于 已知点的坐标已知点的坐标 中误差中误差 相对点位精度相对点位精度 是指通过测量是指通过测量 可导出的相邻可导出的相邻 控制点之间的控制点之间的 精度精度 根据根据无砟轨道控制测量理论和方法研究无砟轨道控制测量理论和方法研究，通过理论，通过理论 分析和大量仿真计算，并参照德铁分析和大量仿真计算，并参照德铁RIL883RIL883标准，标准，CPCP平面平面 基础控制网基础控制网GPSGPS测量精度定为测量精度定为B

54、B级。级。 与德铁标准相比，与德铁标准相比，CPCP控制网相对点位精度短边高于德控制网相对点位精度短边高于德 铁铁RIL883RIL883标准，长边低于德铁标准，长边低于德铁RIL883RIL883标准，但仍高于测量标准，但仍高于测量 所要求的精度。所要求的精度。 根据无砟轨道施工验收标准，考虑到控制测量和施工测根据无砟轨道施工验收标准，考虑到控制测量和施工测 量误差，量误差，CPCP控制点的定位精度要求在下表中给出控制点的定位精度要求在下表中给出 控制点控制点可重复性测量精度可重复性测量精度相对点位精度相对点位精度 CPCP10108+ 8+ CPCP网控制点的定位精度要求网控制点的定位精度

55、要求 6 10D 参照德铁参照德铁RIL833RIL833标准，标准， 各级控制网的多余观测平均可靠率宜满足：各级控制网的多余观测平均可靠率宜满足： 式中式中 r-r-控制网的多余观测数控制网的多余观测数 n-n-控制网的总观测数控制网的总观测数 CPICPI按大地四边形形式布设，其平均可靠率为按大地四边形形式布设，其平均可靠率为 由于客运专线无砟轨道铁路工程的勘测、施工、运由于客运专线无砟轨道铁路工程的勘测、施工、运 营维护等三个阶段的平面控制网共用同一个基础平营维护等三个阶段的平面控制网共用同一个基础平 面控制网，因此面控制网，因此CPCP网应在线路勘测设计阶段完成。网应在线路勘测设计阶段

56、完成。 在线路勘测设计起点、终点或与其他铁路平面控制网衔接地段，在线路勘测设计起点、终点或与其他铁路平面控制网衔接地段， 应有两个以上的应有两个以上的CPCP控制点相重合，并在测量成果中反映出相互控制点相重合，并在测量成果中反映出相互 关系。关系。 CPCP网测量采用网测量采用B B级静态级静态GPSGPS测量测量 CPCP控制点应选在离线路中线控制点应选在离线路中线100200m100200m的不宜被破坏的范围内的不宜被破坏的范围内 整个控制网沿线路走向布设整个控制网沿线路走向布设 采用边联结方式，形成三角形或大地四边形组成的带状网采用边联结方式，形成三角形或大地四边形组成的带状网 为将无砟

57、轨道铁路工程独立坐标系统引入国家坐标为将无砟轨道铁路工程独立坐标系统引入国家坐标 系统，或对路外提供系统，或对路外提供CPCP控制点的国家坐标系统坐控制点的国家坐标系统坐 标的需要，标的需要，CPCP应与沿线应与沿线不低于国家二等不低于国家二等三角点或三角点或 GPSGPS点联测，点联测，宜每宜每50km50km联测一个国家三角点联测一个国家三角点。 全线（段）联测国家三角点的总数全线（段）联测国家三角点的总数不得少于不得少于3 3个个，特，特 殊情况下不得少于殊情况下不得少于2 2个。个。 如联测点数为如联测点数为2 2个时应尽量分布在网的两端；当联测个时应尽量分布在网的两端；当联测 点数为

58、点数为3 3个及其以上时，宜在网中均匀分布。个及其以上时，宜在网中均匀分布。 CPCP中的中的GPSGPS观测量应首先在观测量应首先在WGS84WGS84坐标系统中进行坐标系统中进行 三维无约束平差，三维无约束平差， 然后把然后把WGS84WGS84的坐标转换为工程独立平面坐标的坐标转换为工程独立平面坐标 为减少尺度误差，工程独立平面坐标系统以沿线路敷为减少尺度误差，工程独立平面坐标系统以沿线路敷 设的控制基桩对应的轨道设计高程为投影面。设的控制基桩对应的轨道设计高程为投影面。 GPSGPS控制测量外业观测和基线解算应执行现行全球定控制测量外业观测和基线解算应执行现行全球定 位系统（位系统（G

59、PSGPS）铁路测量规程的相关规定。）铁路测量规程的相关规定。 GPSGPS网宜采用一个已知点和一个已知方向的方法进行网宜采用一个已知点和一个已知方向的方法进行 坐标转换，并引入坐标转换，并引入19541954北京坐标系或北京坐标系或19801980西安坐标系西安坐标系 统。统。 控制网级别控制网级别测量方法测量方法测量等级测量等级点间距点间距备注备注 CPGPSB级级10004km一对点一对点 控制网级别控制网级别基线边方向中误差基线边方向中误差最弱边相对中误差最弱边相对中误差 CP1.31/170000 下面给出下面给出CPCP网在测量过程中应该遵循的具体技术指标网在测量过程中应该遵循的具

60、体技术指标 CP网网GPS测量的精度指标测量的精度指标 CPCP平面控制网布网要求平面控制网布网要求 客运专线无砟轨道施工平面控制网的基准采客运专线无砟轨道施工平面控制网的基准采 用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺 度标准应以线路轨顶标高作为施工投影面，通度标准应以线路轨顶标高作为施工投影面，通 过采取分带投影或采用特殊技术定义的平面坐过采取分带投影或采用特殊技术定义的平面坐 标系统，将坐标投影长度变形限定值在现在标系统，将坐标投影长度变形限定值在现在25 25 mmmmkmkm的基础上进一步提高到的基础上进一步提高到10 mm10 mmkmkm，