高速铁路长大隧道和特大跨河桥施工控制网测量

1、武汉大学测绘学院潘正风 当线路平面控制网当线路平面控制网( CPI( CPI、CP)CP)精度满足隧精度满足隧道平面控制测量要求时，应在线路平面控制网基道平面控制测量要求时，应在线路平面控制网基础上扩展加密，建立隧道平面控制网。础上扩展加密，建立隧道平面控制网。 当线路平面控制网精度不能满足隧道平面控当线路平面控制网精度不能满足隧道平面控制测量要求时，应建立隧道独立平面控制网，并制测量要求时，应建立隧道独立平面控制网，并与隧道洞口附近线路平面控制点联测。与隧道洞口附近线路平面控制点联测。 隧道平面控制网应按施工进度定期复测。应隧道平面控制网应按施工进度定期复测。应不少于三次（测设进洞第一条边后

2、、测设最末一不少于三次（测设进洞第一条边后、测设最末一条边前及两次测量中间各测量一次）。条边前及两次测量中间各测量一次）。测量等级测量等级适用长度适用长度（km)洞口联系边洞口联系边方向中误差方向中误差（）边长相对边长相对中误差中误差一一620201.01/250 000二二46 61.31/180 000三三 41.71/100 000测量等级测量等级两开挖洞口间高程线路两开挖洞口间高程线路 长度（长度（km)二二3636三三13133636汉十城际铁路大于汉十城际铁路大于 6km 6km 的长大隧道有：谷城隧的长大隧道有：谷城隧道，全长道，全长 8470m8470m；武当山隧道群（包括肖家

3、沟、；武当山隧道群（包括肖家沟、胡家、铁家沟三座隧道及水磨河大桥、剑河中胡家、铁家沟三座隧道及水磨河大桥、剑河中桥），总长桥），总长 9000m9000m；余家山隧道，全长；余家山隧道，全长10125m10125m。洞外平面控制网需建立一等洞外平面控制网需建立一等GPSGPS独立平面控制网。独立平面控制网。其余隧道可在线路平面控制网基础上扩展加密，其余隧道可在线路平面控制网基础上扩展加密，建立隧道平面控制网。洞外高程控制测量按线建立隧道平面控制网。洞外高程控制测量按线路水准基点等级要求进行施测。路水准基点等级要求进行施测。每个洞口平面控制点布设不应少于每个洞口平面控制点布设不应少于3 3个，水

4、准点个，水准点不少于不少于2 2个。用于向洞内传递方向的洞外联系边个。用于向洞内传递方向的洞外联系边不宜短于不宜短于500m500m。如边长小于。如边长小于500m 500m 应设强制对中应设强制对中观测墩。相邻洞口的观测墩。相邻洞口的 GPS GPS 控制点应同步观测。控制点应同步观测。洞口平面控制点应便于向洞内引测导线。洞口平面控制点应便于向洞内引测导线。 洞内控制网布设支线，平面控制采用全站仪洞内控制网布设支线，平面控制采用全站仪导线测量，导线边长一般为导线测量，导线边长一般为200200300m300m。长隧道。长隧道宜布设成交叉双导线、四边形导线形式。宜布设成交叉双导线、四边形导线形

5、式。 导线洞口测站观测宜在夜间或阴天进行。导线洞口测站观测宜在夜间或阴天进行。 洞内导线应随施工进度分期布设，建立新一洞内导线应随施工进度分期布设，建立新一期导线前，应检测原有控制点。期导线前，应检测原有控制点。 高程控制采用几何水准测量往返观测，高程高程控制采用几何水准测量往返观测，高程控制点每隔控制点每隔200200500m500m设置一对。设置一对。 建立新一期高程控制点前，应检测起算高程建立新一期高程控制点前，应检测起算高程点。点。测量等级测量等级适用长度适用长度（km)测角中误差测角中误差（）边长相对边长相对中误差中误差二二920201.01/100 000隧道二等隧道二等6 69

6、91.31/100 000三三3 36 61.81/50 000测量等级测量等级两开挖洞口间高两开挖洞口间高程线路长度程线路长度（kmkm）每千米高程测量每千米高程测量偶然中误差偶然中误差（mmmm）二二 3232 1.01.0三三11113232 3.03.0自动全站仪是一种能自动识别、照准和跟踪反自动全站仪是一种能自动识别、照准和跟踪反射棱镜的一种全站仪，又称为测量机器人。自射棱镜的一种全站仪，又称为测量机器人。自动照准棱镜进行测量的基本原理是：仪器向目动照准棱镜进行测量的基本原理是：仪器向目标发射激光束，经反射棱镜返回，并被仪器中标发射激光束，经反射棱镜返回，并被仪器中的的CCDCCD相

7、机接收，从而计算出反射光点中心位相机接收，从而计算出反射光点中心位置，最后启动马达，驱动全站仪转向棱镜，自置，最后启动马达，驱动全站仪转向棱镜，自动精确照准目标。动精确照准目标。自动目标识别（自动目标识别（ATRATR）需要一块反射棱镜配合进）需要一块反射棱镜配合进行目标识别，因此行目标识别，因此ATRATR的角度测量和距离测量同的角度测量和距离测量同时进行。时进行。光的传播速度受大气状态（温度光的传播速度受大气状态（温度 、气压、气压 、湿湿度度 ）的影响。仪器制造时只能选取某个大气状）的影响。仪器制造时只能选取某个大气状态（假定大气状态）来定出调制光的波长，而态（假定大气状态）来定出调制光

8、的波长，而实际测距时的大气状态一般不会与假定状态相实际测距时的大气状态一般不会与假定状态相同，因而使测尺长度发生变化，使得测距成果同，因而使测尺长度发生变化，使得测距成果中含有系统误差，所以必须加气象改正。在一中含有系统误差，所以必须加气象改正。在一般气象条件下，对于般气象条件下，对于1km 1km 的距离，温度变化的距离，温度变化1 1 所产生的测距误差为所产生的测距误差为 0.95mm 0.95mm ；气压变化；气压变化1hPa 1hPa 所产生的测距误差为所产生的测距误差为 0.27mm0.27mm。测距仪的加常数是由于测距仪的距离起算中心测距仪的加常数是由于测距仪的距离起算中心与仪器的

9、安置中心不一致，以及反射镜等效反与仪器的安置中心不一致，以及反射镜等效反射面与反射镜安置中心不一致，使仪器测得距射面与反射镜安置中心不一致，使仪器测得距离与所要测定的实际距离之差。离与所要测定的实际距离之差。从一个已知控制点出发，通过观测导线边的边从一个已知控制点出发，通过观测导线边的边长和转折角，根据起算数据和观测值逐一推算长和转折角，根据起算数据和观测值逐一推算导线点的平面坐标，即为导线测量。在隧道洞导线点的平面坐标，即为导线测量。在隧道洞内的控制测量中常采用双导线内的控制测量中常采用双导线和四边形导线和四边形导线。 自由设站法是在待定控制点上设站，向多自由设站法是在待定控制点上设站，向多

10、个已知控制点观测方向和距离，并按间接平差个已知控制点观测方向和距离，并按间接平差方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。 自由设站观测的一组已知控制点，其点位误自由设站观测的一组已知控制点，其点位误差包含着系统误差和相邻点的相对误差。一组已差包含着系统误差和相邻点的相对误差。一组已知控制点的系统点位误差使自由设站点产生相同知控制点的系统点位误差使自由设站点产生相同的点位位移；而一组已知控制点的相对点位误差的点位位移；而一组已知控制点的相对点位误差对自由设站点点位误差的影响是各已知控制点相对自由设站点点位误差的影响是各已知控制点相对点位误差的加权平均值，在一定

11、范围内随观测对点位误差的加权平均值，在一定范围内随观测的已知控制点数目增多，则对自由设站点点位误的已知控制点数目增多，则对自由设站点点位误差的影响减小。差的影响减小。 自由设站法不仅确定了自由设站测站点的自由设站法不仅确定了自由设站测站点的坐标，还确定了测角仪器水平度盘的方位，其坐标，还确定了测角仪器水平度盘的方位，其定向的精度也高于在已知点上设站用一个已知定向的精度也高于在已知点上设站用一个已知控制点定向的精度。当自由设站时观测的已知控制点定向的精度。当自由设站时观测的已知控制点数目增多，其定向的精度也会更高。控制点数目增多，其定向的精度也会更高。 高速铁路轨道平面控制网的测量原理是自由高速

12、铁路轨道平面控制网的测量原理是自由设站导线测量，属于导线测量方法，严格来说，设站导线测量，属于导线测量方法，严格来说，是由多条导线（是由多条导线（2 2、4 4条）通过自由设站组合在一条）通过自由设站组合在一起，导线的平均边长为相邻自由设站点之间的距起，导线的平均边长为相邻自由设站点之间的距离。自由设站导线最弱点的横向误差较单一导线离。自由设站导线最弱点的横向误差较单一导线测量要小，导线点间具有较高的相对点位精度。测量要小，导线点间具有较高的相对点位精度。 这种自由设站导线测量平面控制网，由自由设站这种自由设站导线测量平面控制网，由自由设站点按极坐标方法推算坐标的新点是点按极坐标方法推算坐标的

13、新点是 2 2 个，相当个，相当于观测了于观测了2 2个新导线点。个新导线点。起始端需要有两个已知控制点，可以和导线测量起始端需要有两个已知控制点，可以和导线测量一样，构成测有连接角的自由设站导线，如果在一样，构成测有连接角的自由设站导线，如果在自由设站导线两端测有连接角，则可以构成附合自由设站导线两端测有连接角，则可以构成附合自由设站导线。自由设站导线。测有连接角的自由设站导线测量测有连接角的自由设站导线测量可用于隧道贯通测量中，在隧道贯通后可构成附可用于隧道贯通测量中，在隧道贯通后可构成附合自由设站导线测量。合自由设站导线测量。 在高速铁路隧道轨道控制网测量中，可布设在高速铁路隧道轨道控制

14、网测量中，可布设CPCP和和CPCP共网。共网。CPCP网自由设站测站点上最多网自由设站测站点上最多观测观测8 8个方向，相邻测站点间距离个方向，相邻测站点间距离200-300 m200-300 m，最，最大观测距离不超过大观测距离不超过500 m500 m。桥涵测量应在线路控制网（桥涵测量应在线路控制网（CP ICP I、CP CP 和线路和线路水准基点）基础上进行。复杂特大桥应建立独水准基点）基础上进行。复杂特大桥应建立独立的施工测量平面、高程控制网。立的施工测量平面、高程控制网。汉十城际铁路崔家营汉江特大桥，跨汉江航道汉十城际铁路崔家营汉江特大桥，跨汉江航道拟采用连续刚构拱桥，主桥长拟采

15、用连续刚构拱桥，主桥长870m870m。安陆府河。安陆府河特大桥，跨府河航道采用连续梁拱桥，主桥长特大桥，跨府河航道采用连续梁拱桥，主桥长381.5m381.5m。对这两座跨河特大桥宜建立独立的桥。对这两座跨河特大桥宜建立独立的桥梁施工测量平面、高程控制网。梁施工测量平面、高程控制网。 桥梁施工平面控制网可选用二等桥梁施工平面控制网可选用二等GPSGPS测量，在测量，在桥轴线上和两侧应布设控制点，必须有足够的多桥轴线上和两侧应布设控制点，必须有足够的多余观测，并采用全站仪对控制网进行检测。施工余观测，并采用全站仪对控制网进行检测。施工控制点宜埋设强制归心观测墩。控制点宜埋设强制归心观测墩。 高

16、程控制网应采用二等水准测量，跨河线路有高程控制网应采用二等水准测量，跨河线路有条件时可短距离绕行，或进行跨河水准测量。条件时可短距离绕行，或进行跨河水准测量。 桥梁施工控制网应满足连续梁在施工中变形监桥梁施工控制网应满足连续梁在施工中变形监测的要求。测的要求。 施工期间应对控制网进行定期或不定期复测。施工期间应对控制网进行定期或不定期复测。每个独立的监测网应设置不少于每个独立的监测网应设置不少于3 3个固可靠的基个固可靠的基准点，基准点的间距不宜大于准点，基准点的间距不宜大于 1 km1 km。基准网由。基准网由基准点和工作基点组成。满足埋设要求、稳固基准点和工作基点组成。满足埋设要求、稳固的的CPCP、CPCP及水准基点可作为基准点和工作及水准基点可作为基准点和工作基点。基准点和工作基点应提前埋设。基点。基准点和工作基点应提前埋设。独立的监测网按二等水准施测，构成闭合环。独立的监测网按二等水准施测，构成闭合环。每个独立的监测网沿线路长度约每个独立的监