高鐵軌道控制網(wǎng)精密測量復(fù)測的探討文獻綜述

1、<p>　　高鐵軌道控制網(wǎng)精密測量復(fù)測的探討</p><p>　　摘要:鐵路軌道結(jié)構(gòu)等級與運輸條件密切相關(guān)。在鐵路運輸發(fā)展的初期，速度、軸重、密度都處于較低水平，對軌道結(jié)構(gòu)的要求以可靠性為主。隨著高鐵近年來的迅猛發(fā)展，對傳統(tǒng)的鐵路設(shè)計、施工、檢測、養(yǎng)護維修提出了新的挑戰(zhàn)。在高速鐵路建設(shè)過程中,建立有效、經(jīng)濟實用的精密測量控制網(wǎng)是保障工程施工、放樣及運營維護精度的前提。應(yīng)用精密工程控制測量和高速鐵路軌道技

2、術(shù), 以現(xiàn)有的規(guī)范和軌道平順性指標(biāo)為指導(dǎo),在分析現(xiàn)有高速鐵路軌道控制測量理論的基礎(chǔ)上,利用GPS技術(shù)和傳統(tǒng)精密測量技術(shù)對軌道進行復(fù)測，對其相應(yīng)的精度指標(biāo)進行統(tǒng)計和分析，從而使高鐵運行更加安全可靠。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高鐵 精密測量 軌道控制網(wǎng)</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　為了

3、滿足列車運行的高速、高可靠性和旅客乘坐的舒適度，時速大于200 km的鐵路對軌道的高平順性提出了很高的要求，高平順性依賴于精密控制測量體系支持下的線下工程和軌道工程的高精度施工，高速鐵路的精密控制網(wǎng)作為施工和軌道精調(diào)的測量控制網(wǎng)，其精度對后續(xù)各項工作的順利開展至關(guān)重要，而定期開展精密控制網(wǎng)的復(fù)測是保證控制網(wǎng)精度的必要工作。</p><p>　　列車高速運行的基本條件是軌道、接觸網(wǎng)、控制系統(tǒng)與高速列車的有效融合，軌

4、道是高速列車的承載和導(dǎo)向設(shè)施，軌道質(zhì)量是路、橋、遂、軌有效集成的，軌道對路、橋、遂的標(biāo)準有客觀要求。良好的軌道是保證列車安全高速運行的前提，這就要求其具有極好的平順性、較高穩(wěn)健性、和連續(xù)均勻的彈性，為達到這個目的，定期對軌道控制網(wǎng)進行精密測量復(fù)測就顯得特別重要[1]， </p><p>　　2.高鐵軌道控制網(wǎng)精密測量復(fù)測現(xiàn)狀</p><p>　　精密測量主要是結(jié)合現(xiàn)代測繪科技的新進展，研究

5、和解決大型工程或特種工程對測量的高精度、可靠性、自動監(jiān)測等各個方面的要求。就其精度而言，通常要求毫米或亞毫米級別的量值。各種工程建設(shè)對精度要求，因工程而異是不同的。同時也由于各部位的重要性不同，實現(xiàn)的目的不同，構(gòu)成的材料不同，允許的誤差不同等諸因素的綜合要求，而對精密工程測量提出不同的精度要求。</p><p>　　現(xiàn)有高速鐵路軌道精測網(wǎng)大都為一次布設(shè)、統(tǒng)一測量、整網(wǎng)平差, 滿足三網(wǎng)合一, 即勘測設(shè)計、施工、運營

6、維護控制網(wǎng)使用同一控制網(wǎng)。內(nèi)容包括</p><p>　　1.三網(wǎng)平面坐標(biāo)、高程系統(tǒng)統(tǒng)一。</p><p>　　2.三網(wǎng)起算基準統(tǒng)一。</p><p>　　3.三網(wǎng)測量精度統(tǒng)一協(xié)調(diào)[2]。</p><p>　　基礎(chǔ)控制網(wǎng)CPⅠ（平均點對邊長小于4km，點對短邊長大于1km）、線路控制網(wǎng)CPⅡ（平均點間距900m）、和基樁控制網(wǎng)CPⅢ（平均點間距

7、150m）、組成。高程控制網(wǎng)由基巖水準點（平均點間距100km）、深埋水準點（平均點間距8km）、標(biāo)準水準點（平均點間距2km）組成，形成統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，如圖2-1所示[3]。</p><p>　　圖2-1無砟軌道三級平面控制網(wǎng)示意圖</p><p>　　3.軌道控制網(wǎng)精密測量精度分析</p><p>　　3.1.平面控制測量精度標(biāo)準</p><

8、;p>　　軌道平順性包含垂向和橫向兩個分量。橫向不平順是指鋼軌頭內(nèi)側(cè)與鋼軌方向垂直的凸凹不平順。產(chǎn)生的原因有鋪軌和整道時軌道中心線的定位誤差、軌排橫向殘余誤差、軌道內(nèi)側(cè)磨耗不均勻、扣件失效等。其中與測量精度有關(guān)的是軌道中心的定位誤差。</p><p>　　3.1.1由軌向誤差確定基本長度單元兩端點的相對點位誤差</p><p>　　鐵道科學(xué)研究院建議我國高速鐵路管理的基本長度單元為2

9、00m，《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)［2003］13號）（以下簡稱《設(shè)計暫規(guī)》）要求，有碴軌道和無碴軌道的管理波長為10m，軌道鋪設(shè)的軌向精度不得大于2mm[4]。因此，每個基本長度單元含20 個管理波長。設(shè)一個管理波長橫向不平順性測量精度為A，因為每個軌向不平順是獨立測量的，所以相互之間誤差獨立，一個基本長度單元軌向不平順性引起的總的橫向中誤差為</p><p>　　a1=a*=4.47a

10、 （2-1）</p><p>　　高速鐵路軌道不平順性一般使用軌檢車采用弦測法或者慣性基準法測量，用標(biāo)準差統(tǒng)計指標(biāo)評定基本長度單元的平順性，故取a1=±2mm，m1=8.94mm。實際作業(yè)中，縱、橫向誤差同時發(fā)生，考慮到縱向誤差對軌向不平順影響有限，同時，與橫向誤差相比縱向誤差比較小，故取縱向誤差m2=0.5m1，即為4.47mm[5]。一個基本長度單元兩端點相對點位誤差為

11、mij=m1+m2大約為 10.0mm，測定一個基本長度單元兩端點的相對誤差為1/20000[6]。</p><p>　　3.1.2 基本網(wǎng)的測量精度</p><p>　　工程平面控制網(wǎng)測量精度等級確定的原則是根據(jù)工程建設(shè)的需要，把工程放樣或其他使用的最低精度要求放在最基本一級控制點上確定。鐵路平面控制的基本網(wǎng)是初測導(dǎo)線，我們根據(jù)一條導(dǎo)線邊能控制的基本長度單元相對誤差確定基本網(wǎng)的精度?！毒?/p>

12、滬高速鐵路測量暫行規(guī)定》（以下簡稱《測量暫規(guī)》）中規(guī)定導(dǎo)線邊長400~600m，最長1000m，最短200m[7]。一條導(dǎo)線邊將控制1~5個基本長度單元?？紤]到每個長度單元是獨立測量和評定的，導(dǎo)線邊的相對點位誤差為10~22mm，按10mm的相對點位誤差推求導(dǎo)線測量精度[8]。</p><p>　　3.1.3首級網(wǎng)測量</p><p>　　按照測量控制的理論，鐵路測量首級網(wǎng)應(yīng)根據(jù)初測導(dǎo)線的

13、精度推算。鐵路測量首級網(wǎng)一般采用012 測量，我們根據(jù)這一原則推求012 網(wǎng)的測量精度。初測導(dǎo)線的精度介于四等和一級之間，接近于四等精度。因此，首級控制宜按三等精度測量[9]。</p><p>　　GPS網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準為：</p><p>　　邊長最長5km，最短1km，平均3.5km。直接觀測邊的相對中誤差1/120000以上，最弱相鄰點相對點位中誤差不大于12mm，按C級網(wǎng)的精度觀測[1

14、0]。</p><p>　　3.2.高程控制測量的精度</p><p>　　高速鐵路高程控制的精度主要是確保軌道垂向鋪設(shè)的精度，保證把沿鋼軌方向高差偏差、同一斷面左右兩鋼軌頂面間高差的偏差、以及扭曲不平順控制在</p><p><b>　　限差范圍內(nèi)。</b></p><p>　　3.2.1 垂向平順性對高程測量精度要求

15、</p><p>　　“設(shè)計暫規(guī)”對軌道鋪設(shè)的垂向平順性的要求是，當(dāng)管理波長為10m[11]，高低差應(yīng)小于2mm；同一橫截面左右軌頂面水平差的偏差不大于2mm；扭曲1.5mm/2.5mm。這些規(guī)定可統(tǒng)一描述為：兩觀測點間相對高程誤差不得大于2mm。同時，規(guī)定位移觀測標(biāo)樁間的最大間距根據(jù)單元軌節(jié)的長度確定為350~650m，也就是說每個標(biāo)樁可觀測的管理波長的個數(shù)為18~32[12]。</p><

16、p>　　按國家水準測量精度標(biāo)準，二、三等水準每公里高差中數(shù)的偶然中誤差分別為1mm和3mm，位移觀測標(biāo)樁高程觀測應(yīng)按三等水準測量的精度進行。</p><p>　　3.2.2高程控制測量</p><p>　　鐵道工程一般長度為數(shù)百公里，大多新線工程遠離原來的交通干線，加上我國等級控制點密度小，破壞嚴重，為保證目標(biāo)精度的實現(xiàn)，布設(shè)測區(qū)首級高程控制網(wǎng)十分必要[13]。</p>

17、<p>　　首級高程網(wǎng)的測量精度低于二等水準精度，高于三等精度，故應(yīng)布設(shè)介于二、三等之間的精密水準網(wǎng)作為工程的首級高程控制。</p><p>　　4.軌道控制網(wǎng)精密測量復(fù)測的新方向</p><p>　　高鐵軌道控制網(wǎng)精密測量現(xiàn)狀大多是采用區(qū)域范圍式，先選擇一個矩形，覆蓋一定距離的軌道，在此區(qū)域內(nèi)利用已有控制點，按照傳統(tǒng)的控制網(wǎng)測量方法進行測量，此種方法需要大量的采集點，得到相當(dāng)

18、大的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行篩選，利用平差理論對數(shù)據(jù)進行處理，進而可以取得高精度測量結(jié)果。但這種測量方法不僅需要大量的工作，進度較慢，人力、物力和財力都是一個考驗，經(jīng)濟效益自然而然不是那么樂觀[14]。</p><p>　　隨著人們對安全和速度的更高要求，傳統(tǒng)意義上的精密測量復(fù)測技術(shù)及其精度已無法滿足，就高速鐵路軌道精密測量復(fù)測及其精度分析的現(xiàn)狀而言，精密測量復(fù)測應(yīng)獨立建網(wǎng)，精度按二等精度控制，在觀測選點、觀測技術(shù)、

19、觀測方法和觀測頻率上都有待提高[15]。</p><p>　　參考這么多的文獻，在現(xiàn)有條件下，在軌道精密測量復(fù)測中，先按照軌道的縱向定住中線，再以中線為對稱軸在對稱區(qū)域內(nèi)進行測量，這樣可以減少采集點，減少工作量進而提高復(fù)測進度，節(jié)省開支，能取得更好的效益。</p><p>　　今后，我們的目標(biāo)是追求更高精度，GPS技術(shù)和傳統(tǒng)精密測量技術(shù)相結(jié)合，對軌道進行更好、更快、更高精度的復(fù)測，以滿足日

20、益快速發(fā)展的高鐵，進而使其運行更加安全可靠。</p><p><b>　　5.結(jié)束語</b></p><p>　　我國的高速鐵路建設(shè)是一個新事物，勘測設(shè)計、施工和運營養(yǎng)護沒有成功的經(jīng)驗可以利用。盡管我們根據(jù)最近幾年客運專線和京滬高速鐵路測量的體會，編制了“測量暫規(guī)”，但從理論上分析測量的精度還很不夠，還沒有時速達到350km 的高速鐵路來驗證。隨著京滬高速鐵路施工和時

21、速350km的客運專線勘測設(shè)計工作的開展，對高速鐵路平面和高程控制測量進行精度探討，尋求合理的測量等級和精度要求，確實是我們當(dāng)務(wù)之急。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］周顯平等. 某高速鐵路精密工程控制測量研究[M].城市建設(shè)2010(8)：11-14</p><p>　　［2］黃滿太. 高速鐵路控制測量

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