京沪高速铁路土建工程工工

1、京沪高速铁路CP控制网建立与实施何跃宝 李正云 程安文（中国水电集团京沪高铁三标段三工区七局）摘 要：为适应高速铁路对线路高稳定和高平顺性的要求，线路必须具备准确的几何线形参数。无碴轨道施工工艺复杂，对测量精度要求极高，其测量方法也有别于常规控制测量，采用自由设站边角交会建立的轨道控制网（CP）可以满足无碴轨道测量精度要求。本文从精测网复测、CP布设到CP测量及技术要求，系统介绍了CP控制网的建立与实施。关键词：高速铁路；精度；CP控制网1 工程概况京沪高速铁路是我国中长期铁路网规划投资规模最大、技术含量最高的一项工程,也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路,正线全长约1318公里,与既有京

2、沪铁路的走向大体并行,全线为新建双线,设计时速350公里,初期运营时速300公里,共设置21个客运车站。京沪高速铁路桥梁长度约1140km，占正线长度%；隧道长度约16km，占正线长度%；路基长度162km，占正线长度%；全线铺设无碴轨道约1268正线公里，占线路长度的%。有碴轨道约50正线公里，占线路长度的%。全线用地总计5000hm2（不包括北京南站、北京动车段、大胜关大桥）。京沪高速铁路将全线铺设无缝线路和无碴轨道，为满足无碴轨道结构的高平顺性要求，需全线建立CP控制网，作为无碴轨道结构施工的控制基准。2 测量内容（1） 精测网全面复测（2） CP加密测量（3）CP平面控制测量（4） C

3、P高程控制测量（5）CP控制网复测3 CP控制点测量准备工作无碴轨道对线下基础工程的工后沉降要求非常严格，CP的控制网测量还应待线下工程沉降和变形满足要求，且无碴轨道铺设条件评估通过后进行。（1）区段沉降变形观测评估通过。（2）桥梁防撞墙和路基接触网杆基础完成。（3）精测网复测完成，复测报告评审通过。（4）CP测量技术方案报批通过。（5）CP加密点和CP标志预埋完成。 CP控制点的布设CP控制点距离布置一般为60m左右，且不应大于80m，离线路中线3-4米，且应成对布设。CP控制点布设高度应比轨道面高度高30cm左右3.1.1桥梁段CP桥梁段CP控制点的布设可直接在梁固定端的防撞墙顶面或内侧成

4、对开凿铅垂方向的安装孔(孔径50毫米，孔深100毫米)，然后使用快干砂浆或者锚固剂埋设立式基座。对于标准32米简支箱梁每两孔布置一对CP点，相邻两对CP点在里程上相距约64米；24米简支箱梁每两孔布置一对CP点，相邻两对CP点在里程上相距约49米，对于32+48+32的连续梁布置形式可与32米简支箱梁相同；对于40+64+40米连续梁，在每孔梁的固定端设置CP点对；对于64+100+64米的连续梁，在64米跨固定端防撞墙处布置CP点，100米跨的在跨中和固定端布置CP点；其他类型的梁按不大于70米间距布置CP3.1.2路基段CP路基段CP可直接布置在接触网支柱上，若接触网未完成施工，在线路两侧

5、的接触网底座上使用钢筋混凝土成对浇筑CP基桩，基桩直径不小于30厘米，基桩顶面高于外轨轨顶面30厘米，如图所示；若接触网已完成施工，则可直接布置在接触网支柱上，如图所示。相邻两对CP基桩在里程上相距约50米，待基桩稳定后，在基桩顶面开孔(孔径50毫米，孔深10（1）接触网支柱的基础安全稳定（2）点位不易遭受破坏（3）未来可用的控制点均匀分布在线路上（每隔50m（4）可以在线路两侧布置标记点图 布置在接触网基础上的CP点图布置在接触网支柱上的CP点3.1.3隧道CP隧道里一般布置在电缆槽顶面以上85厘米的边墙内衬上，相邻CP点对相距60米左右，布置形式如图所示850mm850mm图 隧道内CP控

6、制点布置图 CP测量标志的埋设及要求3.2.1 CP1）桥梁部分：CP标志一般埋设于梁固定支座上方、防撞墙的顶部中间，线路方向与左右方向偏差均不大于10mm，预埋件的中心线与竖直方向的夹角不大于5，然后隔一孔梁（约65m处）埋设于相同的位置(图3.2.1-1)；非标梁和连续梁每50-70m处埋设一对CP标志，尽量不要设置在梁的中间部位；施工单位应在相应的防撞墙顶部预留直径为5cm，深10cm图3.2.1-1桥梁部分CP标志埋设2）路基部分：CP基座设置于接触网杆基础内侧，每50m左右设置一对，CP标志埋设于基座靠近线路一侧，距设计轨道面上方30cm处，预埋件中心线与水平方向偏上5(图3.2.1

7、-2)；在做CP基座时要在基座相应位置预留直径为5cm、深10cm的孔，以便安装CP预埋件。CP基础最下端用20*20的钢筋与接触网内部钢筋连接牢固，CP内部钢筋详细尺寸见上图，成桩后基座直径为253）隧道部分：埋设于隧道边墙，距离电缆槽顶85cm，预埋件中心线与水平方向偏上5，安装预埋件时打孔。(图3.2.1-3)。3.2.2 CP测量标志安装要求图3.2.1-2路基部分CP标志埋设 图隧道部分CP标志埋设无论是CP建网时或是全站仪通过CP目标点进行自由设站，棱镜重复安装的实际物理位置的同一性和测量精度将直接影响CP网的测量精度，决定轨道板的最终调整精度。为今后运营维护的方便，根据铁道部CP

8、测量管理办法相关规定，京沪全线将采用同一种CP测量标志，要求任何一个CP控制点标志几何尺寸加工误差不应大于0.05mm，多次重复性安装误差和互换性安装误差应满足表要求。表 CP标志安装精度要求CP标志重复性安装误差互换性安装误差X0.3mm0.3mmZ0.3mm0.3mmY0.3mm0.3mm CP控制点编号CP -点编号定义如下：1）CP -点按照公里数递增进行编号，其编号反映里程数；2）CP -点以数字CP为数字代码；3）所有处于线路上行线轨道左侧的标记点，编号为奇数，处于上行线轨道右侧的标记点编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复。举例如下：点编号含义数字代码在里程内点的位置044

9、0301表示线路里程DK440范围内线路前进方向左侧的CP第1号点，“3”代表“CP”0440301（轨道左侧）奇数1、3、5、7、9、11等0440302表示线路里程DK440范围内线路前进方向右侧的CP第1号点，“3”代表“CP”0440302（轨道右侧）偶数2、4、6、8、10、12等自由测站的点编号自由测站的点编号定义如下：自由测站点的编号应该按照日期编辑。格式为年月日，某日第一个自由测站编号为01。当某天有很多自由测站要测量，则编号依次递增01直到两位数。举例如下：点编号测量日期自由测站的编号09081501对于有两组或以上的平面观测小组，一组自由测站编号可以从01到25，第二组可以

10、从26到50，以此类推。4 CP控制网测量用于CP测量的仪器应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内，且全站仪必须满足如下精度要求：角度测量精确度： 1；距离测量精确度： 1mm +2ppm；水准仪精度不低于DS1级，优先采用精密电子水准仪器。 CP平面控制测量CP平面控制测量应使用带目标自动搜索及测量的自动化全站仪，如：Leica （徕卡）系列的：TCA1201，TCA1800，TCA2003，TRIMBLE S8等带自动观测和数据采集功能的全站仪，且全站仪应有自动气象改正设备或观测时适时输入气温、气压，每台仪器应至少配14个棱镜，使用前应对棱镜进行检测，并对每个棱镜编号，相同的点使用固定的棱镜

11、进行观测。4.1.1全站仪机载软件的选用为了满足高速铁路施工测量中基桩控制网(CP)的建网与测设的要求，减少测量人员的工作强度，提高测量的工作效率，全站仪机载软件应该具备以下一些特点： 1）可以设置CP控制网外业数据采集的各项限差，包括：半测回归零差、2C差、指标差、2C互差、指标互差、水平角互差、竖直角互差、距离互差等；2）按照CP控制网外业数据采集数据的各项限差的规定，采集符合规范要求的质量合格的CP控制网原始数据；3）采集过程中建立了严格的实时质量控制体系，实时检核各项限差，对不合格超限的数据要求重测；4）按照CP控制网外业数据采集限差的要求，对采集数据进行筛选，最终将符合规范要求的质量

12、合格的CP控制网观测数据保存在规定的数据文件中；5）同时也自动保存观测过程中的所有原始观测数据，供事后溯源分析；6）观测数据文件导入数据后处理软件时， CP网数据处理系统软件还要按照相关的限差规定，对原始观测数据进行再次的检查和筛选，保证最终参与CP平面控制网的平差计算的观测数据是满足各项限差规定的合格的数据。4.1.2 CP平面网外业观测1） 测量方法CP控制网采用自由设站交会网（暂规称为“自由设站后方交会网”）的方法测量，自由测站的测量，从每个自由测站，将以前后各 2 x 3个 CP -点为测量目标，每次测量应保证每个点测量3次，测量方法见下图。 测站（自由站点） CP控制点 向CP点进行

13、的测量（方向、角度和距离）图4.1.2-1 CPCP控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CP点的目标距离一般为150m左右，最大不超过180m。每次测量开始前在全站仪初始行中输入起始点信息并填写自由测站记录表，每一站测量3组完整的测回。应记录于每个测站的：T温度、气压以及CPI、2） 精度指标控制水平角测量的精度应按如下要求进行：（1）水平方向：3-4（2）测站至CP标记点间的距离：2测回。（3）观测各项限差要求不应超过下表的规定，观测最后结果按等权进行测站平差。表4.1.2-2 CP控制网名称仪器等级测回数半测回归零差不同测回同一方向2C互差归零后方向值较差2C值CPI平面网369

14、6151499615（4）距离的观测应与水平角观测同步进行，并由全站仪自动进行，并满足下表精度要求。表4.1.2-3 CP控制网名称测回半测回距离较差测回间距离较差CP平面网31mm1mm距离测量一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次（5）平面测量可以根据测量需要分段测量，其测量范围内的CPI及CP点应联测。表4.1.2-4CP控制网名测量方法方向观测中误差距离观测中误差相邻点相对点位中误差同精度复测坐标较差CP平面网自由测站边角交会1.0mm1mm3mm4.1.3 与CPI、CP与上一级CPI、CP控制点联测时应600米左右的间隔联测一个。1）与上一级CPI、CP控制点联测，一般情况下应通过至少

15、2个或以上线路上的自由测站，见下图。CPI、CP CPI、CP 控制点图4.1.3-1 CP与CPI、CP控制点联测示意图2）与上一级CPI、CP控制点联测时，为保证棱镜常数的统一，便于自动观测，地面CPI、CP点也采用球型小棱镜。为解决CP专用测量标志与地面CPI、CP点的对中问题，须采用专用棱镜转换套筒，套筒可以与普通安装徕卡棱镜的基座、支架配套，安装两种不同棱镜后，保证两种棱镜的中心重合。基座可安放在三脚架上并精确整平对中，用于架设在原CP或CP上安放棱镜。联测高等级控制点时，应最少观测3个完整测回数据。3）由于CP网分区段测量，为了使相邻区段能够满足CP网络的测量高均匀性和高精确度，每

16、个相邻区段至少要有5到6对CP点（约为360米的重合）一起测量，并且考虑平差，每个区域不小于4公里4）CP观测应在气象条件相对比较稳定的天气下进行（温差变化较小，湿度较小，如阴天），夜间观测应避免强热光源对观测的影响。观测时段的选择：（1）应尽量选择无风的阴天进行；（2）应完全避开日出，日落、日中天的前后1小时的时段进行观测；（3）如果允许，首先应选择夜晚无风的时段观测。5）现场记录在现场测量时必须记录各测站的实际情况，它是测量中的重要数据，在进行外业测量时，应按下表填写。自由测站记录表 线 段 第 页共 页测量单位： 天气：自由测站编号仪器高温 度气 压测量点编号棱镜高备注测量点编号棱镜高备

17、注测量点标记示意图线路里程方向说明：将自由测站编号、CP轨道标记点编号应在该示意图上标记出来司镜： 记录： 年 月 日4.1.4 CP1） CP网相邻测段的衔接测量CP测量可根据施工需要分段测量,且分段测量长度不宜小于4km。为解决相邻测段的平顺衔接，保证CP网络的相对精度，各相邻测段衔接观测时应该重复观测不少于6对CP点，作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接，重复观测的点对应该按照CP测量技术要求进行，保证每个点至少被观测三次。测段之间衔接时，前后测段独立平差坐标差值应该满足3mm。满足该条件后，后一测段CP网平差时，应该采用本段联测的CPI、CP控制点及重叠区域前一测段的CP点坐标进行约束

18、平差；高程数据处理时，前后测段独立平差高程差值应该满足3mm，满足该条件后，采用与平面坐标相同的方法进行平差。2） CP网不同投影带的衔接测量为解决相邻不同坐标系统的平顺衔接，保证CP网络的相对精度，不同坐标系统衔接观测时应该重复观测不少于800米CP点，作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接，重复观测的点应该按照CP测量技术要求进行，保证每个点至少被观测三次。坐标系统换带处CP平面网计算时，应分别采用相邻两个投影带的CPI、CP坐标进行约束平差，并分别提供相邻两个投影带两套CP网平面坐标成果。两套坐标成果都应该满足CP相关测量精度要求，提供两套坐标的CP测段长度不小于800米。4.1.5 内业

19、数据处理在自由设站CP测量中，测量时必须使用与全站仪能自动记录及计算的专用数据处理软件，采用软件必须通过铁道部相关部门正式鉴定。观测数据存储之前，必须对观测数据的质量进行检核。包括如下内容：仪器高、棱镜高；观测者、记录者、复核者签名；观测日期、天气等气象要素记录。检核方法可以采用手工或程序检核。观测数据经检核不满足要求时，及时提出重测，经检核无误并满足要求时，进行数据存储，提交给数据计算、平差处理。CP网络平面闭合差限差应满足下表要求。表4.1.5-1 CP控制网名称闭合差CP平面网1/3500数据计算、平差处理必须是经采用通过铁道部相关部门正式鉴定软件，在计算报告中要说明软件名称。自由设站点

20、、CP点进行整体平差。平差计算后精度应满足下表要求。表4.1.5-2 CP平面网平差后主要技术要求控制网名称与CPI、CP联测与CP联测距离中误差点位中误差方向改正数距离改正数方向改正数距离改正数CP平面网4mm2mm1mm2mm表4.1.5-3 CP控制网名称水平方向观测值（）水平距离观测值（mm）方向改正数（）距离改正数（mm）点位中误差（mm）点位坐标（mm）CP平面网 CP高程控制网测量CP高程控制点与平面控制点共点，用于CP高程测量的水准仪应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内，且水准仪必须满足如下精度要求：1） 仪器标称精度不低于DS1级；2） 推荐使用徕卡DNA03及天宝DINI0

21、3系列电子水准仪，并配备相应的铟瓦尺。4.2.1 CP控制网高程测量CP控制点高程测量采用单程精密水准测量方法进行，CP控制点间的水准路线图如图4.2.1-1所表，以保证每相邻的4个CPCP点与上一级水准点的高程联测时，应采用独立往返精密水准测量的方法进行，观测路线如图4.2.1图4.2.1-1 CP图4.2.1-2 CP1） 外业观测（1）严格按照精密水准测量观测方法进行观测；（2）每一测站水准标尺需借助尺撑立直，尺垫重量应符合相应等级水准测量规定的标准； （3）每一站搬站之前都检查各种指标是否超限，有超限的分析原因，立即重测；（4）如遇太阳天气要注意打伞；（5） 每天观测完都应该检查当天的

22、测量数据是否中存在问题,如果确有问题的必须对不合格的数据进行现场补测。4.2.2 CP高程控制网精度要求CP控制点水准测量应按客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定2006189 中的“精密水准”测量的要求施测。CP控制点高程测量工作应在CP平面测量完成后进行，并起闭于二等水准基点，且一个测段联测不应少于2个水准点。精密水准测量采用满足精度要求的电子水准仪，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。1）精密水准测量精度要求表4.2.2水准测量等 级每千米水准测量偶然中误差M每千米水准测

23、量全中误差MW限 差检测已测段高差之差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值精密水准12884注：表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。2）精密水准测量的主要技术标准要求表4.2.2等级每千米高差全中误差（mm）路线长度（km）水准仪等级水准尺观 测 次 数往返较差或闭合差（mm）与已知点联测附合或环线精密水准42DS1因瓦往返往返8注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的倍。 L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。3）精密水准观测的主要技术要求表4.2.2-3精密水准等级水准尺类型水准仪等级视距（m）前后视距差（m）测段的前后视

24、距累积差（m）视线高度（m）精密水准因瓦DS160下丝读数DS0565注：L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。 = 2 * GB3 DS05表示每千米水准测量高差中误差为0.5mm。对于数字水准仪，同一标尺两次读数差不设限差，两次读数所测高差的差执行基辅分划所测高差的差。4.2.3 桥面二等水准高程的传递对于桥梁较高，二等水准测量上桥困难地段采用不量取仪器高和棱镜高的三角高程测量方法。在桥上固定端埋设水准点A，在桥下埋水准点B，在这里采用中间设站三角高程测量方法，测量方法如图4.2.3-1二等水准上桥操作方法：将二等水准高程引至桥墩旁水准点B，在水准点B上架设棱镜，在距离桥墩约3

25、0m50m的地方架设全站仪，具体距离视桥墩高度而定，以保证全站仪观桥面顶棱镜时的仰角不大于30，仪器与棱镜距离不宜超过100m，最大不应超过150米。首先观测水准点B上的棱镜，垂直角观测4个测回，距离观测4个测回；然后将棱镜移至水准点A上，同样进行垂直角4个测回，距离4个测回的观测，分别计算两水准点到仪器之间的高差，两高差之差即为水准点B至水准点A之间的高差。测量过程应满足以下技术要求：表4.2.垂直角测量距离测量测回数两次读书差（）测回间指标互差（）测回差（）测回数每测回读数次数四次读数差（mm）测回差（mm）444操作过程中应注意以下几点：1）高程引至桥墩旁（水准点B）时严格按照国家二等水

26、准规范要求执行；2）全站仪架设位置到两水准点的距离应尽量相等，桥墩上下应使用同一套棱镜和对中杆，为了消除量取棱镜高时带来的误差影响，严禁使用三角架加基座架设棱镜；3）全站仪应使用标称精度测角1，测距1mm4)大风或其它不利于外业观测的天气下禁止作业；图4.2.3-5)仪器要求：（1）采用TCA1800/TCA2003 TRIMBLE S8等仪器及配套棱镜， TCA1800/TCA2003标称精度分别为1/1+2ppm和/1+1ppm。（2）仪器在使用之前需经过鉴定合格，并在有效期内；（3）边长观测应进行温度、气压等气象元素改正，温度计测量精度不低于度，气压测量精度不低于5hpa。6)高程计算方

27、法全站仪分别测出仪器到A点和B点的竖角和距离，计算仪器到A点和仪器到B点的高差，两个高差之差即为A和B点之间的高差，因为之前已经把水准高程引到B点，这样就可以很方便地计算出水准点A的高程。4.2.4 数据平差计算水准测量野外作业结束后，对所有的观测数据进行平差前的检查，对于观测遗漏或观测错误的数据应该及时补测或者重测。严格计算以下精度指标：1）首先按精密水准测量要求计算往返较差或闭合差2）每条水准路线按测段往返测高差不符值计算偶然中误差M；3）当水准网的环数超过20个时，按环线闭合差计算Mw。M和Mw。M和Mw按下列公式计算： 式中： 测段往返高差不符值（mm）； L 测段长（km）； n 测

28、段数； W 经过各项修正后的水准环线闭合差（mm）； N 水准环数。当往返测高差不附值和每公里偶然中误差满足要求后，采用严密平差方式计算，平差计算取位下表中精密水准测量的规定执行。表4.2.4等级往（返）测距离总和（km）往（返）测距离中数（km）各测站高差（mm）往（返）测高差总和（mm）往（返）测高差中数（mm）高程（mm）精密水准5 CP网的复测与维护 CP网的复测CP控制网施测完毕到轨道板精调时有一段时间间隔，由于各种自然因素或人为因素，可能引起CP控制点轻微的变形，因此，在轨道精调作业之前还应该对CP控制网进行复测，复测的技术要求和作业方法均按照建网测量时的标准进行。5.1.1 CP

29、平面控制网复测CP平面网复测时，采用与原测完全一致的测量方法进行观测，每一站测量3组完整的测回。应记录于每个测站的：T温度、气压以及CPI、CP点上的目标点的棱镜高测量，并将温度、气压改正输入每个测站上。平面控制网复测应符合以下要求：1)平面控制网复测构网方式与建网测量时保持一致；2)约束平差的区段应与原测相同；3)相同区段的观测应尽量采用同一台仪器、使用相同的观测方法进行测量。4)联测上一级控制点CPI、CP的方法和数量应该与原测网相同；5)相邻测段衔接测量时，重复观测的CP点对应与原测相同，数据处理方法上同原测相同；6)不同投影带处的衔接测量，重复观测的CP点对应及联测的CPI、CP控制点

30、应与原测相同。坐标系统换带处CP平面网计算时，应分别采用相邻两个投影带的CPI、CP坐标进行约束平差，并分别提供相邻两个投影带两套CP网平面坐标成果。两套坐标成果都应该满足CP测量精度要求，提供两套坐标的CP测段长度不小于800米。7)CP点复测精度应满足表5.1.1-3的要求，复测坐标与原测坐标之差满足3mm时，采用复测坐标与原测坐标的平均值作为最后的成果；若复测坐标与原测坐标之差超过3mm表5.1.1-3 CP控制网名测量方法相邻点相对点位中误差同精度复测坐标较差CP平面网自由测站边角交会1mm3mm5.1.2 CP高程控制网复测CP高程控制网复测应在平面网复测完成后进行，高程网复测按精密水准测量方法和技术指标进行，且应符合以下条件：1)高程控制网复测水准路线与建网测量时保持一致；2)考虑约束平差的区段应与原测相同，并采用与原测相同的平差软件和方法；3)相同区段的观测应尽量采用同一台仪器、基本固定的观测人员使用相同的观测方