《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规范》 第四部分.docx
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《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规范》第四部分
《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》
条文说明
客运专线无碴轨道铁路工程技术测量暂行规定的条文说明,主要是对重要的条文和客运
专线无碴轨道的测量精度、测量方法不同于铁道部现行《新建铁路工程测量规范》(TB10101)
的有关条文加以说明。
为了减少篇幅,只列条文号,未抄录原条文。
1.0.1本条阐明了制定本暂行规定的目的。
客运专线无碴轨道铁路工程测量是客运专线无碴
轨道工程建设的一项先行的基础工作,为无碴轨道工程建设各阶段提供可靠的测量保障。
客运专线无碴轨道铁路工程测量分为勘测、施工、运营维护三个阶段,其基本工作流程
见说明图1.0.1。
说明图1.0.1客运专线无碴轨道铁路工程测量基本工作流程图
1.0.2本暂行规定内容涵盖了客运专线无碴轨道铁路工程建设各阶段所应进行的主要测量工
作。
对于局部地段铺设无碴轨道的线路,只需要无碴轨道地段的工程测量可参照本暂行规定
执行,其余地段仍按现行的相关测量规范执行,但须充分注意不同地段测量工作的衔接与配
合。
1.0.3
无碴轨道工程测量精度要求高,施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应尽量一
致,而国家的3º带投影坐标,在投影带边缘的边长投影变形值达到22.5cm/km。
因此本条规
48
定采用工程独立坐标系,把边长投影变形值控制在一定范围内以满足无碴轨道施工测量的要
求。
德国高速铁路采用MKS定义的特殊技术平面坐标系统。
MKS可根据需要把地球表面正
形投影到设计和计算平面上,发生的(不可避免的)长度变形限定在10mm/km的数量级上。
在京津城际客运专线无碴轨道工程测量中,博格公司要求基础控制网平面相对精度为
1/100000。
参考国外先进的控制测量技术,本条规定投影长度的变形值一般不大于10mm/km。
关于投影长度的变形值一般不大于10mm/km的坐标系统,可选择以下三种数学模型:
1可以根据高速铁路通过地区的具体情况和要求,选择抵偿坐标系统、任意中央子午线
坐标系统、任意中央子午线的任意较窄宽度带坐标系统。
在导线测量中,观测边长D归化至参考椭球体面上时,其长度将会缩短ΔD。
设归化高
程为H,地球平均曲率半径为R,其近似关系式为:
R
H
D
D=
Δ
根据说明表1.0.3-1,当不考虑高斯正投影产生的变形(中央子午线附近Ym=0)时,要
使长度变形小于1/100000,则线路的高程至归化高程面的距离不宜大于63.7m(长度变形比
即高程归化变形比D
ΔD
与归化高程H成
正比。
今列出H为50~4000m时变形比
D
ΔD
的数值如说明表1.0.3-1。
H(m)
变形比D
ΔD
501/127420
1001/63710
1591/40069
2001/31855
5001/12742
10001/6371
20001/3185
30001/2123
40001/1592
49
为1/100000),
归化到参考椭球体面上的边长S,再投影至高斯平面时,其长度将会放长ΔS。
设该边两
端点的平均横坐标为ym,则其近似关系式为:
2
2
2R
y
S
S=m
Δ
即高斯正投影变形比与该边距中央子午线的平均距离的平方
2m
y成正比。
今列出纬度为
19、36、53度,带宽为0.8、1.0、1.2、2.0、3.0度,带边至中央子午线距离为ym时,高斯
正投影变形比D
ΔD
数值如说明表1.0.3-2。
说明表1.0.3-2
纬度19°纬度36°纬度53°
带宽
ymS
ΔS
ymS
ΔS
ymS
ΔS
0.5262351/117946225411/159771167841/288173
0.6315881/81358270491/110953201411/200116
0.7368531/59772315571/81414234981/147022
0.8421171/45762360661/62408268551/112560
1.0526471/29288450821/39941335691/72038
根据高斯投影近似公式
2
2
2R
y
S
S=m
Δ
当不考虑高程投影时,若使高斯正投影变形值不大于1/100000,应将投影带边缘至中央
子午线的距离控制在28km以内,即投影带东西向的宽度应不大于56km。
利用高程归化时导线边长缩短,高斯正投影时导线边长伸长,两者变形符号相反的特性,
就存在着一定的抵偿地带。
若使高程归化变形比与高斯正投影变形比的差值不大于1/100000,
即:
100000
1
22
2
−=
R
H
R
ym
根据这一公式,可以计算出抵偿地带的高程H和相应的横坐标Ym之间的关系,如说明
表1.0.3-3。
说明表1.0.3-3
H(m)±ym(km)
50
00~28
500~38
10022~45
15034~52
20042~58
从说明表1.0.3-3中不难看出,对于一定的高程只存在一定的抵偿地带,其东西宽度也随
高程的增加而变得愈狭窄。
对于基本南北走向的高速铁路,其东西摆动在一定范围内,用人为的方法来改变归化高
程面,使它与高斯正投影变形相抵偿,但并不改变国家统一的高斯正投影3°带的中央子午
线,这种投影方法称为抵偿高程面的高斯正投影统一3°带平面直角坐标系,简称抵偿坐标
系。
对于基本南北走向的高速铁路,其东西摆动在一定范围内,还可以人为改变中央子午线
的位置,不改变归化高程面,使长度变形不大于1/100000,这种方法称为任意中央子午线的
高斯正投影平面直角坐标系,简称任意中央子午线坐标系。
如果基本南北走向的高速铁路,
东西摆动范围超过说明表1.0.3-3的数值,长度变形将会大于规定的1/100000。
这时,则可以
采用任意中央子午线较窄宽度带的高斯正投影平面直角坐标系,并利用高速铁路通过地区的
高程状况,选定合适的归化高程面,尽可能的减小长度变形,方便测量工作。
对于基本东西走向的高速铁路,它既经过坐标带的中央,又穿越坐标带的边缘。
在坐标
带的中央子午线上高斯正投影不产生变形,只有因高程归化产生的长度变形,而在坐标带的
边缘则两种变形都存在,这就需要选择合适的归化高程面。
根据说明表1.0.3-1,要使中央子
午线附近的长度变形小于1/100000,则线路的高程至归化高程面的距离不宜大于63.7m(长
度变形比为1/100000),根据说明表1.0.3-2(只取纬度为19°,其ym最大),选择带宽为0.7
°其边缘高斯正投影变形比为1/59944,与高程归化变形(按63m)抵偿后的总变形比为
1/147198。
2采用斜轴墨卡托投影
斜轴墨卡托投影是将客运专线铁路线路走廊带带的中心线作为投影中心线,当投影带边
缘至投影中心线的距离≤25km时,长度变形即可满足小于1/100000的要求。
3采用自由投影
斜轴墨卡托投影只能在高程归化变形满足小于1/100000的要求的前提下改善高斯投影
引起的变形,由于客运专线纵坡可达20‰,高程起伏很大。
因此,西南交大的岑敏仪教授提
出自由投影,可解决高程起伏引起的投影变形。
自由投影可使客运专线铁路坐标系统的投影
变形值很好地满足长度变形小于1/100000的要求。
51
1954年北京坐标系和1980西安坐标系是目前国家控制网和现行铁路工程测量各种规范
目前所规定采用的坐标系统。
采用这一坐标系可使高速铁路测量成果纳入全国统一的坐标系
统,也便于各单位测量成果的相互联系和利用,满足城市规划的要求。
因此本条规定工程独
立坐标系统应引入1954年北京坐标系/1980西安坐标系。
1.0.41985国家高程基准是全国统一使用的国家高程基准,
客运专线线路长,与道路、管线、河流及市政设施交叉频繁,为了准确测量客运专线与交叉
物的高程关系,因此本条规定高程系统采用1985国家高程基准。
1.0.5为了对客运专线铁路无碴轨道工程建设各阶段控制测量的精度、方法进行规范,使之
满足无碴轨道工程建设勘测设计、工程施工、运营维护各阶段对测量成果的需求,本条规定
把无碴轨道工程测量平面、高程控制网分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。
1勘测控制网是指包括基础平面控制网在内,在勘测设计阶段为满足客运专线铁路无碴
轨道工程勘测设计和向施工单位进行交桩而进行的平面、高程测量,它包括了线路控制网。
2施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网基础上为满足施工而建立的各级平
面高程控制网。
3运营维护控制网是在无碴轨道工程竣工后,施工单位交给运营单位,为运营阶段对无
碴轨道工程进行变形监测、运营维护的平面、高程控制网,它包括了基础平面控制网、二等
水准网、线路控制网、控制基桩点等。
1.0.6本条规定按分级布网的原则把平面测量控制网分三级布设,第一级为GPS基础平面控
制网,第二级为线路控制网,第三级为基桩控制网。
为了便于在本暂行规定条文的编写,把
各级平面控制网用来代替:
CPⅠ为GPS基础平面控制网,CPⅡ为线路控制网,CPⅢ为基
桩控制网。
各级平面控制网的作用为:
1GPS基础平面控制网(CPⅠ)主要为勘测设计、施工、运营维护提供坐标基准;是
客运专线无碴轨道铁路工程测量平面控制网。
2线路控制网(CPⅡ)主要为勘测设计和施工提供控制基准。
3基桩控制网(CPⅢ)主要为铺设无碴轨道提供控制基准。
三级控制网之间的相互关系如下图所示
线路中线
CPⅡ
图无碴轨道三级平面控制网示意图
CPⅠ
CPⅢ
CPⅡ150-200m
CPⅠ
CPⅢ
CPⅠCPⅠ
≤4km
≥1000m
800-1000m
52
客运专线无碴轨道平面控制网按三级分类,是根据铁二院与西南交通大学共同完成的
《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准
的研究》而制定的。
德国铁路标准RIL833.0020把无碴轨道施工控制网分为四级:
PS1、PS2、
PS3、PS4。
PS1是在国家基础控制点PS0下发展的平面控制点,沿线路方向大约每1000m一
个控制点;PS2沿线路方向大约每150m至250m一个控制点;PS3是水准基点;PS4是固定
在接触网杆上的控制点。
在上述四种控制点中,只有三种是可置镜的平面控制点,而PS4是
固定在接触网杆上的只能安置反射镜的控制点。
我国平面基础控制点的精度和密度均不能满
足作为无碴轨道平面基础控制网的需要。
因此本条把基础控制点CPⅠ(相当于PS0)作为第
一级平面控制网,把CPⅡ(相当于PS1)作为第二级平面控制网,把CPⅢ(相当于PS2)
作为第三级平面控制网。
1.0.7本条规定是根据遂渝线无碴轨道工程试验段的高程控制测量和铁二院与西南交通大学
完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精
度标准的研究》,参考德国铁路标准RIL833.0020和德国旭普林公司的高程控制网测量要求制
定的。
1遂渝线无碴轨道铁路工程试验段高程控制网按二等水准网施测,轨道铺设采用精密水
准测量施测。
2铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无
碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研究》,通过理论分析和大量的仿真模拟计算。
得出结
论:
高程控制网可分级进行,首级采用Ⅱ等水准测量,为全线统一的高程控制网。
3德国铁路标准RIL833.0020和德国旭普林公司控制网测量要求相邻水准点高差最大误
差应≤5L,相当于我国二等水准测量相邻水准点高差最大误差应≤4L的要求。
由于在勘测阶段没有条件实施二等水准测量,而四等水准测量的精度能满足勘测设计和
大部分线下土建工程施工的要求,因此本条规定“在勘测设计阶段,施测高等级水准测量困
难时,高程首级控制网可分两阶段实施。
即:
勘测阶段按四等水准测量要求施测,线下工程
施工完成后,全线再按二等水准测量要求建立水准基点控制网。
3.1.1本条规定是根据遂渝线无碴轨道工程试验段的实践,结合铁二院和西南交通大学共同
完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精
度标准的研究》,参考德铁标准RIL883以及德国旭普林、博格公司的控制网测量方法制定的。
客运专线铁路无碴轨道平面控制网按分级控制顺序为:
首级GPS基础平面控制网(CPⅠ),
第二级线路控制网(CPⅡ),第三级基桩控制网(CPⅢ)。
表3.1.1各级平面控制网布网要求
的依据如下:
1遂渝线无碴轨道工程试验段首级平面控制网按GPSB级网施测,导线网按四等导线
精度测量。
53
2铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和铁道部建设司
委托铁二院和西南交通大学完成的《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研
究》,通过理论分析和大量仿真模拟计算。
认为:
1)平面控制网布设时,GPS基础平面控制网(CPⅠ)采用GPS施测,每对GPS点间
距离1km左右,点对间距离以4km为宜,按B级GPS网精度要求测量。
2)第二级线路控制网(CPⅡ)为附合网,可采用GPS或导线测量方法施测,按C级
GPS网或四等导线精度要求测量。
点间距为800m~1000m,除了能提高导线边(基线边)
方位角精度外,还可增强平面控制网的可靠性。
3)、第三级基桩控制网(CPⅢ)为附合导线。
在布设控制点时,考虑到无碴轨道铺设
控制长波为150m,因此规定CPⅢ控制点之间的距离宜为150m~200m,以保证在控制长波
段的施工精度。
3.1.2各级平面控制网测量测量的主要技术指标
1德铁标准RIL883控制网测量要求如下
平面控制网测量的主要技术参数
控制网级别(点况)点间距相邻点位中误差绝对精度测量方法
PS0参照点大约4km5mm10mmGPS
PS1基本位置网点800~1000m10mm15mm导线/GPS
PS2加密点大约150m10mm15mm导线
绝对精度是指点的可复制性。
2德国博格公司控制网测量要求基础平面控制网精度为1/100000。
3铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和铁道部建设司
委托铁二院和西南交通大学完成的《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研究》
也证明了表3.1.2-1和表3.1.2-2规定的精度能满足无碴轨道铁路轨道铺设的精度要求。
3.1.3本条规定的GPS测量精度等级标准引自铁道部现行《全球定位系统(GPS)铁路测量
规程》(TB10054)。
3.1.4本条规定的GPS测量作业的基本技术要求引自铁道部现行《全球定位系统(GPS)铁
路测量规程》(TB10054),并删除了有关快速静态测量的内容。
3.2.4控制网设计准则
1表3.2.4是根据铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》,
通过理论分析和大量的仿真模拟计算。
参照德铁RIL883标准而制定,表中的精度指标与德
铁RIL883标准基本持平,其中CPⅠ相对点位精度短边时高于德铁RIL883标准,长边时低
于RIL883标准,但根据铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》
和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研究》成果,其精度仍然高于测量所
54
要求的精度;CPⅡ的精度指标与德铁RIL883标准持平;CPⅢ的精度指标与德铁RIL883标
准持平。
2任意3个相邻CPⅢ控制点的角度中误差不得大于8″是根据铁二院与西南交通大学
完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精
度标准的研究》得出。
无碴轨道的施工验收标准平面偏差必须满足2mm/10m和10mm/150m,
即10m弦长轨向偏差不得大于2mm和150m长波轨向偏差不得大于10mm。
由于轨道的方向性,按平面几何的概念和测量实践知识,可表述为在线路上任意选取(或
测量)3个点,组成的角度值与线路设计值之差要满足设计要求,因此可将轨道的方向要求来
转化为3个控制基桩的角度中误差要求。
(1)按照前一种轨道验收标准来衡量轨道的平顺性,即以10m弦量测,轨向的最大允许
偏差为2mm,以2倍中误差为允许限差,则轨向偏差的中误差应为±1mm。
取控制测量的精度
为放样点位精度的1/5,则控制基桩的点位误差为±0.2mm。
采用同等精度进行测量,∠kjh
的角度测量中误差jδ为(如图1所示):
8"
(/)"0.2/100002062654"
2j
≈
≤×=×≈
=−=
j
jk
jkjhjk
ioko
δ
δαρ
δδαδαδα
(1)
(2)按照后一种轨道验
收标准来衡量轨道的平顺性,
即在150m的范围内,轨向的最
大允许偏差为10mm,取2倍中
误差为允许限差,则轨向偏差
的中误差应为±5mm。
取轨道
施工时点位的标定误差为±4mm,那么控制基桩的测设中误差应为±3mm。
采用同等精度进
行测量,∠kjh的角度测量中误差jδ为:
8"
(/)"3/1500002062654"
2j
≈
≤×=×≈
=−=
j
jk
jkjhjk
ioko
δ
δαρ
δδαδαδα
(2)
从结果来看,由两种验收标准推导出来的角度中误差都是8″,从实际出发,可以把任意
3个相邻控制基桩点位误差引起的角度中误差允许值定为±8″。
考虑到控制长波为150m,故控制基桩相邻点间距设置应为150-200m,以保证在控制
长波段的施工精度。
3各级控制网的平均可靠率应满足=>0.25
n
rr,是参考德铁RIL883标准制定的。
o
h
j
k偏差
弦长
图1测量误差示意图
55
3.2.5CPⅢ采用后方交会法测量为德国旭普林和博格公司采用的方法。
所谓置平,即CPⅢ
控制网与CPⅠ或CPⅡ控制网通过最小二乘方法获得最合理的联系,但CPⅢ控制网不做任何
改变。
其后方交会控制网形状如下图所示:
3.3.1根据勘测、施工、运营维护各阶段平面控制测量应共同使用同一个GPS基础平面控制网
的要求,GPS基础平面控制网应在勘测阶段完成,使各阶段测量平面控制测量都保持相同的
基准。
3.3.2根据铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专
线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研究》,GPS基础平面控制网CPⅠ采用C级网测
量就能满足无碴轨道基础平面控制网控制测量的精度要求,但考虑到GPS测量测边精度高,
短边测角精度较差的特点,参考德铁RIL883标准,并顾及GPS测量从C级提高到B级投入
增加不大的特点,按照经济可靠,精度留有余地的原则,将GPS基础平面控制网CPⅠ测量
精度定为B级。
3.3.3由于勘测阶段线路方案未完全稳定,故本条规定CPⅠ点位宜选在离线路中线100~
200m、不易被破坏的范围内。
附录A所规定的各级平面高程控制点标石的埋设规格均为一般
地区普通标石的埋设,对于特殊地区的标石埋设,应根据线路所在地区的土质、地质构造及
区域沉降等因素,进行特殊地区的控制点埋设。
3.3.4CPⅠ控制网必须是闭合网图形,通过同步环、异步环闭合差的检查,确保基线边的质
量。
在线路勘测设计起点、终点或与其它铁路平面控制网衔接地段,通过将相邻铁路2个以
上的平面控制点纳入到CPⅠ控制网中测量,确定它们之间的相互关系。
3.3.5与国家三角点联测的目的是:
(1)将无碴轨道铁路工程独立坐标系统引入国家坐标系统;
(2)当需要对外提供国家坐标系统坐标时,通过联测的国家三角点,对CPⅠ控制网进行约
束平差,将无碴轨道铁路工程独立坐标转换为国家坐标。
60m
CPⅡ
CPⅢCPⅢ
CPⅢCPⅢ
后方交会控制网示意图
56
3.3.7为了保证GPS基础平面控制网CPⅠ自身的高内符合精度,本条规定“坐标转换宜采
用选择一个已知点和一个已知方向进行约束平差的方法进行GPS网平差和坐标转换的方法
引入国家坐标系统。
”当需要国家坐标系统坐标时,采取利用联测的国家坐标将GPS基础平
面控制网CPⅠ约束到所需要的国家坐标系统中,但国家坐标系统坐标只能用于地方征地规划
使用。
3.4.1线路控制网CPⅡ是线路定测放线和线下工程施工测量的基础,一般应在线路方案稳定
后,定测时施测,以便于点位有利于定测放线和线下工程施工测量的使用。
3.4.3为了确定客运专线与其它铁路平面控制网的衔接关系,本条规定在线路起、终点及不
同单位测量衔接地段,应联测两个以上平面控制点,并在测量成果中反映出相互关系。
3.4.4GPS导线测量
本条提出的采用GPS进行线路控制导线测量是基于GPS平面测量具有精度高、快速、
全天候的特点,经铁二院科研项目《GPS定位技术在高速铁路测量中的应用》研究和通过郑
西线、武广线的测量实践表明当导线边长≥500m时,GPS测量导线的角度精度是完全能满
足四等导线测量要求的。
3.4.5电磁波测距仪的测距精度划分是根据中华人民共和国国家标准《工程测量规范》
(GB50026—93)的规定划分的。
其划分标准为:
测距长度为1km时
Ⅰ级:
|mD|≤5mm
Ⅱ级:
5mm<|mD|≤10mm
Ⅲ级:
10mm<|mD|≤20mm
注:
mD=(a+b×D),为仪器标称精度。
式中:
a——仪器标称精度中的固定误差(mm)
b——比例误差系数(mm/km)
D——测距边长度(km)
3.5.1CPⅢ导线测量的精度要求是根据铁二院与西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理
论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精度标准的研究》的成果制定的,
测量方法及要求参照《京沪高速铁路测量暂行规定》之五等导线要求执行,但其方位角闭合
差应≤8n。
3.5.2CPⅢ控制点是无碴轨道施工测量的基准,无碴轨道要求有极高的平顺性,经铁二院与
西南交通大学完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》证明,采用极坐标法测量是不能
满足轨道平顺性要求的。
为了保证无碴轨道施工保证轨道平顺性的要求,应将CPⅢ控制点设
为线路外移桩,这样有利于加密基桩的测设和保证轨道平顺性。
CPⅢ控制点应采用先测设,再按附合导线贯通测量进行坐标改化的方法设置。
对线路特殊地段、曲线控制点、线路变坡点、竖曲线起终点均应增设加密控制基桩,应
57
在CPⅢ控制点的基础上采用光学准直的方法进行高精度测设。
4.1.1本条规定是根据遂渝线无碴轨道工程试验段的高程控制测量和铁二院与西南交通大学
完成的《无碴轨道控制测量理论和方法研究》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量控制网精
度标准的研究》,参考德铁标准RIL883以及德国旭普林、博格公司的控制网测量方法制定的。
1遂渝线无碴轨道工程试验段高程控制网按二等水准网施测,轨道铺设采用精密
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