杭甬客运专线CPⅢ控制网测量技术方案.docx
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杭甬客运专线CPⅢ控制网测量技术方案
新建铁路杭甬铁路客运专线
CPⅢ控制网测量
技术方案
杭甬铁路客运专线有限责任公司
铁道第三勘察设计院集团有限公司
二〇一〇年八月杭州
新建铁路杭甬铁路客运专线
CPⅢ控制网测量
技术方案
编写:
复核:
审核:
杭甬铁路客运专线有限责任公司
铁道第三勘察设计院集团有限公司航遥测绘分院
二〇一〇年八月杭州
文件编制单位
:
编写
:
复核
:
审核
:
杭甬铁路客运专线
CPⅢ控制网测量技术方案
1概述
1.1工程概述
杭甬铁路客运专线从浙江省杭州市出发,途径萧山、绍兴、上虞、余姚、宁波等地,经庄桥利用既有线引入宁波站,全长149.890km,线路呈西北-东南走向。
地理位置:
东经120°10′~121°35′,北纬30°20′~29°50′。
从新建钱江铁路新桥桥尾DK4+705.48到DK147+000为无砟轨道,是CPIII的施测范围,线路长度141.291公里。
其中路基6.312公里,占正线长度的4.53%,正线桥梁17座,共122.8公里,占正线长度的86.62%,正线隧道9座12.653公里,占正线长度的8.92%。
范围内共设4座车站,即萧山、绍兴柯桥、上虞北、余慈。
1.2CPⅢ控制网测量的准备工作
1.2.1线下工程沉降和变形评估
无砟轨道对线下基础工程的工后沉降要求非常严格,CPⅢ的控制网测量应在线下工程沉降和变形满足且通过沉降评估后开展。
按照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设【158号】)要求,路基地段沉降一般观测期为6个月,桥梁地段一般沉降观测期为6个月、基岩墩或地质条件好桥梁观测期为2个月,隧道地段沉降一般观测期为3个月。
1.2.2精测网全面复测
按铁道部建设司《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网(CPIII)测量管理办法》(铁建设【2008】80号)要求,CPⅢ建网前应对精测网进行全面复测一次。
1采用GPS复测CPⅠ、CPⅡ控制点时,复测与原测成果较差应满足表1.2-1、表1.2-2的规定。
表1.2.-1CPI、CPII控制点复测坐标较差限差要求单位:
mm
控制点类型
坐标较差限差
CPⅠ
20
CPⅡ
15
注:
表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差。
表1.2-2GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差
控制网等级
相邻点间坐标差之差的相对精度限差
CPⅠ
1/130000
CPⅡ
1/80000
注:
表中相邻点间坐标差之差的相对精度按式1.2.3计算
式1.2.3
式中:
△Xij=(Xj–Xi)复–(Xj–Xi)原
△Yij=(Yj–Yi)复–(Yj–Yi)原
△Zij=(Zj–Zi)复–(Zj–Zi)原
s---相邻点间的二维平面距离或三维空间距离;
△Xij,△Yij—相邻点i与j间二维坐标差之差(m);
△Zij—相邻点i与j间Z方向坐标差之差,当只统计二维坐标差之差的相对精度时该值为零(m)。
2水准点间的复测高差与原测高差之较差满足±
的限差。
本项目CPI、CPII点复测进行全线整网三维约束平差,点的平面坐标值通过坐标转换实现;二等水准复测要求全线贯通整体平差。
1.2.3CPⅡ控制网加密
为了高效、准确地建立CPIII基准网,需要加密CPII网。
CPII的加密的主要目的是为了方便轨道控制网CPIII的观测,以及弥补被损毁的和无法利用的CPII点。
本项目规定在桥梁地段CPII加密点全部上梁,在桥的固定端安装强制对中标志并不能与CPIII共点,路基地段选择稳定、便于CPIII联测的位置埋设强制对中标志,隧道地段应根据隧道长度布设相应精度要求的洞内CPII控制网,一般地段CPII点间距离400~800米,隧道内CPII导线边长300~600米。
水准基点加密在条件允许时可采用几何水准将高程引测到CPIII点上,当桥面与地面间高差大于3米,线路水准基点高程直接传递到桥面CPIII控制点困难时,宜采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量方法将高程从梁下已知点引测至CPIII点,宜1公里引测一点。
1.2.4线下工程平面线位复测
对竣工的线下工程在铺设无砟轨道前应进行平面线位的复测,以提前处理施工放样引起的误差超限,为铺设无砟轨道奠定良好的基础。
即铺设无砟轨道前对线下工程进行平纵面贯通测量。
1.2.5CPIII观测条件的创造
CPIII外业数据采集均采用全站仪进行,因CPIII控制网对控制点间的相对精度有相当高的要求。
因此,CPIII数据采集时必须高度重视外部观测条件的影响。
CPIII观测时,作业现场应无明显震动、灰尘,观测视线无遮挡物。
1.3CPIII施测单位及人员资质要求
按铁道部建设司《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网(CPIII)测量管理办法》(铁建设【2008】80号)要求,CPIII控制网应由专业测量队伍实施。
施测单位及作业人员必须具有测绘资质,作业人员须有无砟轨道CPIII施测经历或通过专业的CPIII数据采集及数据处理培训。
本项目CPIII建网采用邀标的方式由专业队伍完成,施工单位负责管理协调,CPIII的复测由施工单位完成。
2技术依据
1、《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009);
2、《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设[2006]158号);
3、《工程测量规范》(GB50026-2007);
4、《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006);
5、《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》(TB10054-97);
6、《时速200公里及以上铁路工程基桩控制网(CPⅢ)测量管理办法》(铁建设[2008]80号)
7、《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》(铁建设[2009]20号)
8、《关于进一步加强客运专线建设质量管理的指导意见》(铁建设[2008]246号)
9、铁道部其他相关规定
3测量范围及内容
3.1测量范围
起讫里程DK4+705.48~DK147+000,,正线全长共约141.5km。
3.2测量内容
3.2.1CPⅡ控制网加密;
3.2.2二等水准加密(含桥上下三角高程传递);
3.2.3CPⅢ布设;
3.2.4CPⅢ平面、高程控制测量。
4坐标和高程系统
4.1平面坐标系
为保证三网合一,平面坐标系统采用与线路CPⅠ、CPⅡ相同投影带的工程独立坐标系统,并满足投影变形值不大于10mm/km的要求。
整个测区建立3个施工坐标系,施工坐标系形式为任意带高斯正形投影抵偿坐标系。
详细参数如下:
1、起点~DK54+000
中央子午线经度:
120°25′
投影面大地高:
15.0m
高程异常:
0m
2、DK54+000~DK107+500
中央子午线经度:
120°55′
投影面大地高:
15.0m
高程异常:
0m
3、DK107+500—终点
中央子午线经度:
121°25′
投影面大地高:
15.0m
高程异常:
0m
以上三个坐标系统均是WGS-84椭球参数(长半轴为:
6378137,扁率:
298.257223563)。
以上两个坐标系统均是WGS-84椭球参数,第1个坐标系为河北段。
(长半轴为:
6378137,扁率:
298.257223563)。
4.2高程基准
高程系统采用1985国家高程基准。
5精测网加密
5.1一般规定
5.1.1加密测量采用的方法、使用的仪器和精度应符合相应等级的规定。
所采用仪器应经过检定,并在有效检定期内。
5.1.2加密测量前应检查联测标石的完好性,对丢失和破损的标石应按原测标准用同精度内插方法恢复或增补,CPII加密测量时观测2个时段,每个时段不少于60分钟,加密1个CPII点时应联测2个CPI和2个CPII,且加密点位于已知点中间。
5.1.3CPⅡ控制网应附合到CPⅠ上,并采用固定数据平差;
5.1.4各级平面控制网的主要技术要求应符合下列规定:
1CPⅠ、CPⅡ控制网GPS测量的精度指标应符合下表的规定;
表5.1-1CPⅠ、CPⅡ控制网GPS测量的精度指标
控制网级别
基线边方向中误差
最弱边相对中误差
CPⅠ
≤1.3″
1/180000
CPⅡ
≤1.7″
1/100000
2CPⅡ控制网导线测量的主要技术要求应符合下表的规定。
表5.1-2CPⅡ控制网导线测量的主要技术要求
控制网级别
附合长度(km)
边长
(m)
测距
中误差(mm)
测角
中误差
(″)
相邻点位坐标中误差(mm)
导线全长
相对闭合差限差
方位角闭合差限差
(″)
对应导线等级
CPⅡ
≤4
400~800m
5
1.8
10
1/55000
±3.6
三等
导线环(段)的测角中误差应按下式计算:
式中fβ——导线环(段)的角度闭合差(″);
n——导线环(段)的测角个数;
N——导线环(段)的个数;
注:
mD为仪器标称精度;
5.2GPS加密CPII网
5.2.1选点埋石
CPII加密点应采用强制对中标,在桥梁部分CPII加密点需上桥,应单独埋设CPII预埋件,并且沿线路前进方向埋设于桥梁的固定支座顶端的防撞墙顶(纵横向均固定);路基段应在路肩处埋设加密桩,加密桩应高出轨面(保证CPIII网联测条件),埋设应满足《高速铁路工程测量规范》中CPII控制桩要求,需埋设在两个接触网杆之间稳固可靠,不影响行车安全,并方便CPIII网联测的地方。
CPII加密点的编号:
编号形式如“0126P21”由七位组成,前4位为里程,第5、6位“P2”代表CPII,第7位为流水号。
5.2.2观测
CPII加密要求同精测网原网要求,观测、数据处理均与原测CPII相同。
观测前要对网形进行设计,保证CPII加密点间的基线长度(不应太短)在600米左右,并不短于4km联测一个原精测网中的CPI或CPII点,以保证梁上与梁下的平面坐标系统统一,并执行下列指标:
表5.2-1GPS观测技术要求
级别
项目
三等
静
态
测
量
卫星高度角(°)
≥15
有效卫星总数
≥4
时段中任一卫星有效观测时间(min)
≥20
时段长度(min)
≥90
观测时段数
2
数据采样间隔(S)
15
PDOP或GDOP
≤8
重复设站
2
5.2.3数据处理
加密CPII控制网原始观测数据应转换为标准RINEX数据格式,并应采用TGO或LGO进行基线向量解算,在对CPII加密点进行整体平差前应先对网中的原CPI和CPII点的稳定性进行分析。
对不满足精度要求的原CPI和CPII进行剔除,满足要求的全部作为起算点。
1基线质量检验:
表5.2-2基线质量检验限差表
检验项目
限差要求
X坐标分量闭合差
Y坐标分量闭合差
Z坐标分量闭合差
环线全长闭合差
独立环(附合路线)
重复观测基线较差
≤
,本项目a=5mm,b=1ppm,d取基线或环平均边长(以km计)
2在基线的质量检验符合要求后,应以所有独立基线构成控制网,以三维基线向量及其相应的方差—协方差阵作为观测信息,以一个点的WGS—84的三维坐标为起算数据,进行无约束平差。
加密CPII控制网平差应采用COSAGPS数据处理软件进行网平差计算。
无约束平差基线向量改正数的绝对值应满足下式要求:
V△x≤3σ,V△y≤3σ,V△z≤3σ
3GPS网无约束平差合格后,应引入网中联测的CPI和CPII点坐标进行三维约束平差,引入的已知数据应进行稳定性评定。
约束平差后基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足下式要求:
dV△x≤2σ,dV△y≤2σ,dV△z≤2σ
平差后加密点CPII的点位精度应小于10mm,基线边方向中误差≤1.7″,最弱边相对中误差限差为1/100000。
5.3导线加密CPII网
5.3.1CPII控制点采用测角精度不低于1″,测距精度不低于1mm+2ppm的全站仪施测。
加密导线点的埋设要求同CPII点埋设要求。
1、点间距宜不大于600m。
2、导线测量水平角观测技术要求
表5.3-1导线测量水平角观测技术要求
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差(″)
2C较差(″)
同一方向各测回间较差(″)
CPⅡ
0.5″级
3
6
9
6
1″级
4
6
9
6
导线边长测量,读数至0.1毫米。
距离和竖直角往返各观测3或4测回,竖角指标差≤15″,外业采用竖直角计算平距。
各项限差应满足下表的要求。
表5.3-2导线边长测量限差
仪器精度
等级
测距中误差(mm)
同一测回各次读数互差(mm)
测回间读数较差(mm)
往返测平距
较差
Ⅰ
<5
5
2mD
3、导线测量数据使用电子手簿记录,导线边应离开障碍物1m以上,数据微机传输整理。
4、距离经高程和高斯投影改化后进行平差计算。
起算数据为CPI或CPII点,平差采用COSA地面数据处理软件。
计算测角中误差≤±1.8″,导线全长相对闭合差≤1/55000,方位角闭合差≤±3.6
。
CPII控制点的绝对精度应满足点位误差mx、my≤±10mm,相对点位精度≤±10mm。
5.4线路水准基点的加密
5.4.1测量方案
加密线路水准基点埋设在线路附近稳定且不易被破坏的地方,桥梁部分应上桥埋设或与CPIII点共用,尽量保证在梁上下联关系时不用再进行水准测量。
线路水准基点的埋设可与加密CPII共桩(采用加密CPII相同预埋件),也可按线路水准基点埋石要求单独埋设。
水准点加密应采用不低于DS1的水准仪,须经过检定,并处于检定有效期内。
高程控制网加密时,对于沉降区水准线路必须联测到线路两端各两个以上线路水准基点上,以检验联测水准点是否发生显著沉降;对于非沉降区水准路线必须联测两个以上线路水准基点或深埋水准点。
高程控制网加密按二等水准测量的技术要求执行,作业前及作业过程中检查i角均应不超过15″;水准尺须采用辅助支撑进行安置,测量转点应安置尺垫,尺垫选择坚实的地方并踩实以防尺垫的下沉。
水准线路采用往返观测,并沿同一路线进行。
每一测段均采用偶数站结束,往返观测在一日的不同时间段进行。
水准测量的仪器及水准尺类型应按测量等级的要求选择,宜优先采用相应等级的数字水准仪及其自动记录功能采集数据,观测数据采用仪器内置储存器记录,并转换成电子手簿。
5.4.2技术要求
表5.4-1二等水准测量精度要求(mm)
水准测量等级
每千米水准测量偶然中误差
每千米水准测量全中误差
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
平原
山区
二等
≤1.0
≤2.0
6
4
0.8
4
——
表5.4-2二等水准测量主要技术要求
等级
水准仪最低型号
水准尺类型
视距
(m)
前后视距差(m)
测段的前后视距累积差(m)
视线高度(m)
数字水准仪重复测量次数
光学
数字
光学
数字
光学
数字
光学
(下丝读数)
数字
二等
DSZ1、DS1
因瓦
≤50
≥3且≤50
≤1.0
≤1.5
≤3.0
≤6.0
≥0.3
≤2.8且≥0.55
≥2次
表5.4-3水准测量的主要技术标准
等级
路线长度
(km)
水准仪
最低型号
水准尺
观测次数
二等水准
≤400
DSZ1、DS1
因瓦
往返
5.4.3数据处理
1线路水准基点的加密应按照国家二等水准测量标准施测,以稳定的线路水准基点、深埋水准点或基岩水准点为起算点,进行整体严密平差计算,采用专业平差软件平差。
高程成果保留到0.1mm。
加密二等水准平差计算应采用中铁二院与西南交大联合开发的高速铁路通用平差软件SurveyAdjust或COSA地面数据处理软件。
2水准测量作业结束后,每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算每千米水准测量偶然中误差MΔ;当水准网的环数超过20个时,还应按环线闭合差计算Mw。
MΔ和Mw应符合表5.3的规定,否则应对较大闭合差的路线进行重测。
MΔ和Mw应按下列公式计算:
5.5线下工程沉降评估
无砟轨道对线下工程的工后沉降要求非常严格,CPⅢ控制网测量应在线下工程沉降评估通过之后进行。
6CPⅢ点的埋标与布设
6.1CPⅢ标志及安装
CPⅢ点应设置强制对中标志,标志几何尺寸的加工误差应不大于0.05mm,CPⅢ标志棱镜组件安装精度应符合表6.1-1的要求:
表6.1-1CPⅢ标志棱镜组件安装精度要求
CPⅢ标志
重复性安装误差(mm)
互换性安装误差(mm)
X
0.4
0.4
Y
0.4
0.4
H
0.2
0.2
单轴CPⅢ标志组由预埋件、棱镜测量杆、水准测量杆等三部分组成。
单轴CPⅢ标志组各个部件的单独加工精度为0.02mm,棱镜测量杆和水准测量杆插入预埋件后,引起的平面误差最大为0.168mm,高程误差最大为0.161mm。
6.1.1各标志的尺寸如下:
a、单轴CPⅢ标志组中套管预埋件的标准尺寸为下图:
图6.1
套管预埋件尺寸:
外径:
20mm;长度:
100mm;
内径:
14.010mm~14.025mm。
在套管外侧设有铝制套环,用来标志CPIII点点号等信息。
b、单轴CPⅢ标志组中棱镜测量杆的标准尺寸为下图:
图6.2
棱镜测量杆尺寸:
内插杆外径:
13.960mm~13.975mm;
外接杆长度:
110.000mm~110.050mm。
棱镜套管内径:
10.000mm~10.025mm。
c、单轴CPⅢ标志组中水准测量杆的标准尺寸为下图:
图6.3
水准测量杆尺寸:
内插杆外径:
13.960mm~13.975mm;
外接杆长度(至球心):
149.950mm~150.050mm。
外接杆长度(至球顶):
159.950mm~160.050mm。
6.1.2.安装要求及方法
(1)防撞墙顶CPⅢ标联接件套筒的安装:
打孔
在桥防撞墙上,每隔60米左右设置一对CPⅢ标套筒,每一对标允许的最大里程差为3米。
在桥梁挡砟墙顶设标,大致竖立钻孔,采用25厘米以上直径钻头,钻深11厘米。
安装
A检查轴心和套筒间隙,轴芯全部插入套筒后套筒沿口应和轴芯突出横截面密接有异常情况的套筒不能使用。
B用塑料后盖(或透明胶带纸)封闭套筒后端筒口,插口要用窄透明胶带纸沿套筒前端洞口缠绕一圈,封堵套管口,防止锚固剂或胶水流入套管。
C将钻孔内碎石渣清理干净,浇水润湿洞孔。
D调制锚固剂成软滑粘稠可堆积状况(如黄油),然后塞入洞孔。
E竖立安装调整套管,让套管口平行于水泥面或略微低一点,锚固剂沿套筒外壁四周被挤出。
F插口式小心清理干净进入水平槽的锚固剂。
(2)路基标志桩CPⅢ标联接件套筒的安装:
打孔:
应在路基标志桩距基础80厘米左右(此处需高于轨顶30cm)高处预钻直径2.5厘米的孔,孔深11厘米左右。
安装
A检查轴心和套筒间隙,轴芯全部插入套筒后套筒沿口应和轴芯突出横截面密接。
如有异常情况的套筒不能使用。
B在套筒外表均匀涂抹粘胶,小心不让胶水流入套筒和水平槽。
C将长轴(专用与套筒安装和水准测量的轴芯)插入套筒,用套筒封口端对准洞口,使轴心平面朝上插入洞孔。
套管定位从水平到向上倾斜方向。
D小心清理干净进入水平槽的粘胶剂。
注:
由于路基段CPⅢ控制点布设在接触网基础上的临时辅助立柱上,因此需扩大接触网基础承台布设辅助立柱。
CPⅢ点埋设立柱的直径为250mm,高度为1200mm,基础承台扩大部分高度设为500mm,具体情况由各接触网基础类型和轨道标高确定。
(3)隧道内CPⅢ标联接件套筒的安装:
(与路基标志方法相同)
打孔:
应在隧道内边墙上,距离电缆槽约30-80厘米高处预钻直径2.5厘米的孔,孔深11厘米左右。
安装
A检查轴心和套筒间隙,轴芯全部插入套筒后套筒沿口应和轴芯突出横截面密接。
如有异常情况的套筒不能使用。
C将长轴(专用与套筒安装和水准测量的轴芯)插入套筒,用套筒封口端对准洞口,使轴心平面朝上插入洞孔。
套管定位从水平到向上倾斜方向。
D小心清理干净进入水平槽的粘胶剂。
建议:
安装时优先考虑使用水泥而不是锚固剂,既节约成本,又效果显著。
6.1.3CPⅢ标志联接件的使用
(1)平面测量
A和已安装的套筒一致,选择插口的短轴芯12根。
B把轴芯插入预先安置好的套筒,使轴的突出横截面和套筒口严密连接。
忌用扳手、锤子等工具强力安装轴芯。
C将棱镜安装在轴芯奶头插头上。
D旋转棱镜头认真对准全站仪。
E测量完将塑料套筒盖盖上。
注意CPⅢ平面测量点位随棱镜不同而变化,因此采用的仪器和棱镜必须配套,而且复测、精调也必须采用和测量时同样的仪器、棱镜。
(2)高程测量
A和已安装的套筒一致,选择4根插口的长轴芯。
B应先取出塑料套筒盖。
C把轴芯插入预先安置好的套筒,使轴的突出横截面和套筒口沿密接。
忌用扳手、锤子等工具强力安装轴芯。
D测量完将塑料套筒盖盖上。
6.1.4CPⅢ标志日常管理和养护
1.搬运、运输过程中应用纸包裹轴芯,防止相互碰撞、磨损。
2.安装完成后,每次测量完应及时将塞子盖上。
3.每三个月检查一次套筒和塞子是否损坏,用小毛刷刷除套筒内灰尘。
竖立的套管如果灰尘积太厚,则用水冲洗。
6.1.5检验方法
采用内径和外径千分尺检测,达到加工尺寸范围为合格(需要考虑加工精度和仪器测量精度)。
6.1.6CPⅢ点和自由设站编号
1)点编号:
采用7位编号形式(3000000),具体要求如下:
第1位为CPⅢ点的标志号;第2、3、4位为里程的公里数;第5位为CPIII点所处位置梁支座类型的反映,“0”代表非桥面上点,“1”代表单向固定,“2”代表双向固定,“3”为特殊孔跨中非固定支座位置;第6,7位为流水号,01~99号数循环,由小里程向大里程方向顺次编号,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。
CPⅢ布点时要对点位进行详细描述,主要描述的内容包括位于线路里程(里程要准确,精确至米)、线路的左、右侧、外移距离、桩类型、具体设置位置和其它需要说明的情况等。
点位描述可附在成果表里。
丢失或破坏后补埋点,新点号在原点号末位加“0”(不可加字母,因为布板软件中点号不能识别字母)以示区别。
CPⅢ点编号路基地段宜标绘于接触网杆(或其内侧临时基础);桥梁地段宜标绘于挡砟墙,标志正下方0.2m;隧道地段宜标绘于标志正上方1.2m。
点号标志字号应采用统一规格字模,字高为6cm的正楷字体刻绘。
点号铭牌白色抹底规格为40cm×30cm,红色油漆应注明CPⅢ编号,工程线名简称,施测单位名简称,如下图所示。
图6.1CPⅢ标识。
2)自由设站编号
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