高速铁路施工控制测量

高速铁路施工控制测量高速铁路是当今世界竟相发展的高速运输模式之一。拥有高速铁路已成为一个国家经济实力与科技水平的象征。我国在对既有铁路进行技术改造和提速的同时，也在加紧高速铁路技术的研究，并计划修建高速铁路。与普通铁路相比，高速铁路无论是工程结构的技术含量还是施工精度都有显著提高，施工方法也有很大差异。本文根据施工测量程序，对高速铁路施工测量谈几点看法。1高速铁路线路特点及施工精度要求与普通铁路相比，高速铁路右如下特点：一是曲线半径大，曲线长，一般曲线长度都在2km以上；二是直线长，往往有几十千米超长直线；三是对路基施工质量要求高，要大量利用超长高架桥通过；四是轨道施工精度要求高，要求具有高标准、高平顺的轨道结构；五是铺轨方法有本质区别，要求采用新型轨下基础，一次铺设跨区间超长无缝线路，厂焊轨条长度往往超过200m。高速铁路对轨道几何尺寸精度要求较高。我国拟修建的京沪高速铁路对铺轨和维修提出的要求如表１所示。京沪高速铁路轨道铺设和维修误差要求（mm）表1项目铺轨误差维修误差轨距±2±2水平±2±5高低（每10mm）±3±5三角坑（每2..5m）±1.5±3轨向（每10mm）±2±32用平顺指标确定测量控制桩间距平顺指标是指线路的平面位置和高程的相对精度。对轨向而言，要求利用10m弦量矢度中误差不超过2mm。对轨道高低起伏而言，要求利用10m弦量矢度中误差不超过3mm。2.1平面控制桩间距确定LdMa1a2a3 N图１如图１，安装轨下基础时，一般利用线路控制桩M，N设置方向线，然后利用准直法或正倒镜分中法测定基础安装位置。在一条方向线之间，线路控制桩的绝对误差只影响方向线的位置和指向，对细部放样点的影响具有系统性，不影响细部点的相对精度。假定在安装轨道结构时，沿线路间隔5m连续测设了a1、a2、a3三点，且着3点相对线路中线的横向坐标分别为y１、y２、y３，则中点a2相对a1和a3连线的矢度可表示为：f=y1－（y2＋y3）/2由于a1、a2、a3三点单独测设，互不相关，设3点横向坐标偶然中误差m1=m2=m3=m。根据测量误差传播律可知，矢度f的精度mf2=m22＋m12/4＋m32/4=m2＋m2/2=3m2/2即mf=（√3/√2）×m设线路控制桩间距为L，仪器到放样点的距离为d。根据文献［1］，［2］，影响点位横向坐标精度的因素有如下几个方面：（1）仪器对中误差my的影响：m仪=±（my/√2）×（1－d/L）（2）目标偏心误差mp的影响：m偏=±（mp×d）/（√2×L）（3）瞄准误差人眼最小分辨角为60″，要瞄准后视点和放样点各1次，瞄准误差可表示为：m瞄=（±60√2d）/υρ式中υ为望眼镜放大倍率，ρ=206265，为角差系数。（4）点位标定误差τ综合上述各项误差，得点位横向坐标精度为：m=±√（m仪2＋m偏2＋m瞄2＋τ2）考虑正倒镜分中时要分中2次再取平均位置，所以有m=±（√3/√2）×√（m仪2＋m偏2＋m瞄2＋τ2）×（1/√2）（1）根据文献［1］，［2］，普通经纬仪光学对中器对中精度可达±1mm，因此仪器对中和目标偏心误差可取±1mm；设点精度为±1mm；经纬仪放大倍率υ一般取30；mf=±2mm。在最不利的情况下，即d=0.5L时，利用（1）式可求得d≈147m。因此L=303m。实际应用中，建议L取300m，即平面控制桩间距不要大于300m。当a2点位于线路控制桩位置时，a2相对a1与a3连线的矢度精度除与m1、m2、m3有关外，还与平面控制点测角精度mα有关。mα的影响可表示为：m4=±d×cosα×（mα/ρ）由于d≤5m，cosα≤1，所以mα的影响十分微小，可以忽略不计。2.2基平控制桩间距确定高速铁路对轨道高低的要求为每10m误差±3mm。如图2，施工测量时，一般根据基平控制点B1或B2，利用水准仪进行单站放样。如果放样点P2，P3时根据同一个基平点测设的，则P2，P3点间高差精度不受基平点间高差误差的影响，精度指标容易实现。实际工作中，2个基平点间的放样点，往往要根据不同的基平点测设（如P1，P2），这时P1，P2点间高差精度要受基平点间高差误差的影响，精度指标不容易实现，因此应根据这种情况来推求基平控制桩间距。P3B1P1P2B2图2在图2中，P2相对P1，P3连线的高差矢度可表示为：hp123=HP2－（HP1＋HP3）/2=HB2＋hBP2－（HB2＋HBP3＋HB1＋HBP1）/2=hBP2＋（hB12/2）－（hBP1/2）－（hBP3/2）式中：hP123为P2相对P1，P3连线的高差；hBP2为B2与P2点间的高差；hB12为B1与B2点间的高差；hBP1为B1与P1点间的高差；hBP3为B2与P3点间的高差；HP1，HP2，HP3，HB1，HB2为相应点的高程。假设放样测量和基平测量同精度，虽然基平点间有2个测站，但是进行基平测量时要进行往返测，因此基平点间的高差精度与单站测量精度相同。设单站测量精度为m，则P2相对P1，P3点间高差精度可表示为mP1232＝m2＋（m2／4）＋（m2／4）＋（m2／4）＝（7m2）／4即mP123＝±（√7／2）×m（2）根据文献［1］，［2］，影响单站测量精度的主要因素如下：（1）仪器置平误差m平管水准器置平精度代表性取值为0.15τ，τ=20″，为水准管分化值。设最大视距为S，则仪器置平精度可表示为m平=（0.15τ/2ρ）×S。（2）瞄准误差要瞄准前、后尺各1次，瞄准误差可表示为：m瞄=±（60″√2×S）/υρ（3）读数误差根据文献［1］，［2］，［5］，读数误差为：m读=±√（∫02.5X2dX/2.5）≈±1.4mm当采用红、黑2面读数视，读数中误差为：m读=±（1/√2）×√（∫02.5X2dX/2.5）≈±1mm在一个测站上，前、后尺读数各1次，因此有：m=±√（m平2＋m瞄2＋m读2）水准仪放大倍率一般为25，当采用单面或红、黑2面读数时，由（2）式可求得S的最大取值分别为61.5m和98.5m。所以，基平控制桩最大间距不应超过400m。当视线大于60m时，单面读数已无法满足精度要求，应采用红、黑2面读数。根据（2）式可求得基平控制桩间高差中误差m=±2.27mm，因此基平测量每1km高差中误差为：m基≥3.5mm。可见，高速铁路基平控制应采用三等水准测量。3平面控制角度测量精度及测回数的确定高速铁路要大量采用长大高架桥等线下建筑。线下建筑物设计位置偏差限差m限=20mm，则位置中误差m中=m限/2=10mm。如图3，设A，B，C为3个线路控制桩，A至B为X轴正向。根据文献[4]，C点相对A，B点所确定线路中线的偏差可表示为dYC=（△XBC/ρ）×dαBCABC△△△图3设∠ABC=β，则αBC=αAB＋β。以A，B为基准时，αAB无误差，因此有dαBC=dβ，则dYC=（△XBC/ρ）×dβ。用中误差表示为：m中=（△XBC/ρ）