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浅谈高速铁路精密测量技术摘要：近年来，随着我国高铁建设的快速发展，高铁高精度工程测量技术已逐步形成，这一技术已为高铁的优化设计提供了重要基础，并为高铁项目的质量管理提供了有力保证。
随着我国高铁建设步伐的加快，为了适应日益增长的工程勘察精度需求，必须对传统的控制测量方式进行改革，开发和改进高铁精密测量工程，从而从本质上提高高铁勘测的质量，保证高铁施工的质量能够满足高铁施工的安全性和舒适性。
通过对我国高铁工程施工技术体系的研究，对高铁工程施工目标、施工内容等方面进行了系统的研究，并对其主要特征进行了探讨，以期对高铁工程施工行业的发展具有一定的借鉴意义。
关键词:高速铁路；精密工程；测量技术1.我国高速铁路精密工程测量技术概念及建立过程1.1高速铁路精密工程测量技术概述“高铁精密工程测量的首要目标是构建不同层次的平面和高程控制网络，以保障高铁项目按设计线型施工，保障高铁线路铺轨的准确性，从而保障高铁的平稳和安全运行”[1]。
由于我国高铁运行速度在250-350km/h间，对高铁运行的平稳性和安全性提出了更高的要求，因而引起了有关人员的关注。
在高铁线路布线精度研究中，对高铁线路布线精度研究具有重要意义。
在高铁线路的铺设过程中，需要注意两个问题：一是要严格按照高铁线路的设计线型，即在铺设高铁线路的过程中，要保证高铁线路的几何参数的准确性和可靠性；另一方面，为保证高铁铺轨的平顺性，需要对线路线型参数进行合理的调整，通常在毫米量级，以保证铺轨的平顺性。
1.2我国高速铁路精密工程测量技术体系建立过程高铁以其相对较高的运行速率，满足了人们对出行的需求，是一种主要的交通工具。
为保证高铁运行的安全与舒适，高铁轨道必须满足良好的乘坐舒适性，这对高铁工程施工提出了更高的要求，即采用毫米级别的测量精度，并采用标准的几何线形测量参数。
现有的工程测绘技术与手段已无法适应高铁施工的需要，其测绘精度亟待全面提升。
随着我国无砟轨道建设的不断深入，我国已逐渐形成了一套完善的高铁工程测量技术体系。
高速铁路精测网布设及复测一、布网原理1.轨道控制网CPⅢ：沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPⅠ)或线路控制网（CPⅡ)，一般在线下工程施工完成后进行施测，为轨道施工和运营维护的基准。
CPⅢ网控自由设站边角交会方法测量。
点间距为纵向60m左右、横行为线路结构物宽度，测量精度为相邻点位的相对点位中误差小于1mm。
2.CPⅢ控制网区段：CPⅢ控制网独立平差计算的控制网长度。
一条高速铁路的CPⅢ控制网可分区段进行平差计算，并且每一CPⅢ控制网的区段长度不应短于4km。
3.CPⅢ平面网的纵横向闭合差：CPⅢ点间沿线路方向和垂直线路方向的长度闭合差，可用于评定CPⅢ平面网的外业观测精度、探测CPⅢ网中观测值的粗差等。
4.自由测站边角交会：在线路中线附近架设全站仪，测量线路两端多对轨道控制网CPⅢ点的方向和距离，并联测就近的CPⅠ或CPⅡ，以获得轨道控制网CPⅢ平面坐标的测量方法。
6.自由设站：在线路中线附近架设全站仪，测量线路两端多对轨道控制网CPⅢ点的方向和距离，以确定仪器中心点的平面和高程位置。
5.三网合一：高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的功能可分勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。
为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性，应该做到三网合一。
也就是各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。
二、CPⅢ控制网测量设备的配置和精度，应满足下列要求：1、CPⅢ网测量的全站仪，应具有自动目标照准和程序控制自动测量的功能，其标称精度应满足：方向测量中误差不大于±1″，距离测量中误差不大于±（1mm+2ppm）。
2、与全站仪配套的棱镜，重复性安装误差和各标志点之间的互换性安装误差，在X、Y、H三方向的误差均应小于±0.3mm。
用于进行气象改正的温度计，其测量精度应不低于±0.5℃。
高速铁路精密工程控制网测量关键技术摘要：高精度控制网测量基准是轨道交通及高速铁路高质量建设的重要前提，具有“兼容性要求严、精度要求高、稳定性好”等特点。
鉴于部分高速铁路控制网建立已有十年之久，为检验其稳定性及精度，以高速铁路建设为背景，阐述平面测量的基本要求，并结合现阶段的工程状况，分析其中的精密工程控制网测量关键技术及作业要点。
对合理开展轨道施工作业具有促进作用。
关键词：高速铁路；施工精度；控制网；关键技术中图分类号：U238文献标识码：A引言高铁凭借其安全性高、稳定性好、速度快的优势迅速在我国交通运输中占领重要地位，要想继续提升高铁运行的平稳舒适，则需要在轨道的平整度、施工工艺、材质和尺寸的精准上精益求精，而传统的测量技术已无法满足发展的需求，一定程度上阻碍了高铁的发展。
因此需要运用精密工程测量技术来弥补方法与精度上的缺陷。
本文对高铁工程建设中精密工程测量技术的内容、要求和具体应用进行简要分析，了解精密工程测量技术在高铁工程建设中的重要性。
1高速铁路精密工程测量的特点1.1高速铁路精密工程测量控制网按分级布网的原则布设我国目前高速铁路精密工程测量控制网的整体布设可以分为基础平面控制网、线路平面控制网和轨道控制网3个层次，各自均有其特定的功能。
例如，基础平面控制网可提供坐标基准，以便有效开展勘测、施工、运行维护等工作；线路平面控制网可以作为控制基准，更有利于勘测和施工；轨道控制网的服务功能主要侧重后期的轨道铺设和运营，能够为此类工作提供控制基准。
对这3个层次的布设，工作人员必须按照分级布网的原则进行设置，以此确保能够充分发挥其功能。
1.2高速铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系如果想要做到“三网”高程系统统一，就需要在高铁建设工程的设计阶段、勘探阶段、施工阶段以及后期运营和维护阶段使用统一的坐标定位，才能保证高铁建设的顺利进行。
如果不能达到统一，则会造成高铁施工的线位偏离预计设计好的坐标高程和位置，轨道工程出现偏差不能和线下工程相交，导致铺设好的高铁轨道出现线路的偏离问题。
施工控制网加密测量指导意见目前《高速铁路工程测量规范》的规定精测网除CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ外，对于线下工程施工级的精测网施工加密测量没有明确考虑；一级的精测网施工加密测量没有明确考虑；只在其中对提到需要移设或增设导线点、水准点时，其点位设置、测量方法以及精度要求同CPⅡ及勘测高程控制测量。
对施工过程中的加密测量工作的指导性程控制测量对施工过程中的加密测量工作的指导性和操作性不明显。
铁四院沪昆客运专线（湖南段）精测网评估项目部施工控制网加密测量指导意见加密测量的必要性的点间距一般为水准点间距一般 由于CPⅡ的点间距般为600~800m，水准点间距般为2km左右，且由于勘测时地形条件所限，在CPⅡ上直接进行施工放样，使用不方便，而且有的点放样距离太远，影响放样精度。
施工放样测量及检测工作量很大，需要经常后视和检核已知点，只使用CPⅡ后视、检核将增大工作量，且核已知点只使用后视检核将增大工作量且使用不方便。
铁四院沪昆客运专线（湖南段）精测网评估项目部施工控制网加密测量指导意见加密测量的必要性点及水准点少施工时应该进行加密这样既可 CPⅡ点及水准点少，施工时应该进行加密，这样既可保证有效施工控制点的数量，而且增加了检核条件。
增加精测网施工加密测量工作可方便后续施工测量，节约放样作时间，保放样精度节约施工放样工作时间，保证放样精度。
铁四院沪昆客运专线（湖南段）精测网评估项目部施工控制网加密测量指导意见加密点的布设要求及勘测水准点基础上进行加密在CPⅠ、CPⅡ及勘测水准点基础上进行加密。
点位选在距线路中线较近、稳固可靠且不易被施工破坏的范围内，便于长期保存，方便测设中线。
平面和高程点可以共用，共用时的标石埋设标准同精测的要求测网CPⅠ的要求。
点间距离在300m左右为宜，且点间互相通视。
铁四院沪昆客运专线（湖南段）精测网评估项目部施工控制网加密测量指导意见加密点号编排要求“JM”加标段号再加平面施工控制网加密点号由JM加标段号，再加3位流水号组成，如“JM1×××”、“JM2×××”；高程施工控制网加密点号由“JMB”加标段号，再加3位流水号组成，如J，自长沙至昆明方向连“JMB2×××”续编号。
高速铁路CPIII精测控制网的布设和测量发布日期：2012-03-09 来源：网络作者：未知浏览次数：871 高速铁路控制网精度控制标准为保证旅客列车高速运行时的安全性和舒适度，铁路轨道的平顺度是重要指标。
轨道平顺度包含线路方向和纵向方向两个分量，线路方向的不平顺是指钢轨头内侧与钢轨方向垂直的凸凹不平顺。
高速铁路平顺度要求在线路方向每10米弦实测正矢与理论正矢之差为2毫米。
线路平顺度的要求和控制测量的精度有一定的关系，对于线路形状来说，平顺度只是一种局部误差。
不能依线路平顺度的要求作为控制测量的精度标准。
因为，平顺度对线路位置误差的影响有积累性和扩大的趋势，当实际线路偏离设计位置很远时，线路仍旧可以满足平顺度要求。
1.1短波平顺度对线路位置的影响现以直线线路讨论，当在10米处产生2㎜不平顺度时，线路将出现转折角为（82.5″），直线B移至B′点。
每个不平顺度具有偶然性，因此，由各段不平顺度产生的点位移按偶然误差计算，设AB为150米，则 =127㎜。
短波不平顺累计误差示意图1.2 长波平顺度对线路位置的影响长波平顺度要求，150米处不大于10㎜，当在150米处产生10㎜不平顺度时，线路将出现转折角为（27.5″）。
设AB为900米，则 Mβ=147㎜。
虽然如此，如果仅仅控制轨道的平顺度，在达到要求的情况下，轨道的整体线形总是不能保证。
由上可知，在客运专线无砟轨道的施工过程当中，仅仅控制轨道的平顺度是不够的，我们还需要建立无砟轨道施工测量控制网来实现轨道的总体线形的正确。
1.3 CPⅠ和CPⅡ误差计算通过无砟轨道施工中轨道对平顺度的相关要求，我们可以反推出CPⅠ和CPⅡ控制网的相关精度要求。
CPⅠ和CPⅡ最弱点的横向中误差计算按导线测量方法，计算最弱点的横向中误差公式为：《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中要求的各级平面控制网布网要求如下表所示：对于CPⅡ，取S=800m，则可计算得 M K=3.7㎜；对于CPⅠ，取S=4000m，则可计算得 M K=11.6㎜。
高速铁路精测控制网的布设和测量1、高速铁路控制网精度控制标准为保证旅客列车高速运行时的安全性和舒适度，铁路轨道的平顺度是重要指标。
轨道平顺度包含线路方向和纵向方向两个分量，线路方向的不平顺是指钢轨头内侧与钢轨方向垂直的凸凹不平顺。
高速铁路平顺度要求在线路方向每10米弦实测正矢与理论正矢之差为2毫米。
线路平顺度的要求和控制测量的精度有一定的关系，对于线路形状来说，平顺度只是一种局部误差。
不能依线路平顺度的要求作为控制测量的精度标准。
因为，平顺度对线路位置误差的影响有积累性和扩大的趋势，当实际线路偏离设计位置很远时，线路仍旧可以满足平顺度要求。
1.1短波平顺度对线路位置的影响现以直线线路讨论，当在10米处产生2㎜不平顺度时，线路将出现转折角为（82.5〃），直线B移至B′点。
每个不平顺度具有偶然性，因此，由各段不平顺度产生的点位移按偶然误差计算，设AB 为150米，则 =127㎜。
短波不平顺累计误差示意图1.2 、长波平顺度对线路位置的影响长波平顺度要求，150米处不大于10㎜，当在150米处产生10㎜不平顺度时，线路将出现转折角为（27.5〃）。
设AB为900米，则Mβ=147㎜。
虽然如此，如果仅仅控制轨道的平顺度，在达到要求的情况下，轨道的整体线形总是不能保证。
由上可知，在客运专线无砟轨道的施工过程当中，仅仅控制轨道的平顺度是不够的，我们还需要建立无砟轨道施工测量控制网来实现轨道的总体线形的正确。
1.3 CPⅠ和CPⅡ误差计算通过无砟轨道施工中轨道对平顺度的相关要求，我们可以反推出CPⅠ和CPⅡ控制网的相关精度要求。
CPⅠ和CPⅡ最弱点的横向中误差计算按导线测量方法，计算最弱点的横向中误差公式为：《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中要求的各级平面控制网布网要求如下表所示：控制网级别测量方法测量等级点间距备注CPⅠ GPS B级≥1000m ≤4㎞一对点CPⅡ GPS C级 800～1000m导线四等CPⅢ导线五等 150～200m后方交会 50～60m 10～20m一对点对于CPⅡ，取S=800m，则可计算得 MK=3.7㎜；对于CPⅠ，取S=4000m，则可计算得 MK=11.6㎜。
假定导线纵向误差等于横向误差，则可计算最弱点点位中误差分别约为5㎜和15㎜。
相邻两点的相对中误差计算：《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中GPS测量的精度要求规定如下表所示：控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CPⅠ≤1.3〃 1/170 000CPⅡ≤1.7〃 1/100 000CPI 相邻两点的相对中误差边长：4000000×1/170000=23.5㎜方向：4000000×1.3〃/206265=25㎜相邻两点的相对点位中误差为34.3㎜CPⅡ相邻两点的相对中误差边长：800000×1/100000=8㎜方向：800000×1.7〃/206265=6.6㎜相邻两点的相对点位中误差为10.4㎜2、平面控制网《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中规定：平面控制分三级布设：第一级为基础平面控制网（CPI），为勘测、施工、运营维护提供坐标基准。
第二级为线路控制网（CPⅡ），为勘测和施工提供控制基准。
第三级为基桩控制网（CPⅢ），为铺设无渣轨道和运营维护提供控制基准。
2.1、 CPI、CPⅡ布测方法CPI沿线路走向，每4千米一个或一对点，按铁路B级GPS测量要求施测。
基线边方向中误差不大于1.3〃，最弱边相对中误差1/170000。
CPⅡ在CPI的基础上采用GPS测量或导线测量方法施测。
点间距离800～1000米。
GPS测量按铁路C级要求施测。
基线边方向中误差不大于1.7〃，最弱边相对中误差1/100000；导线测量等级为四等，测角中误差 2.5〃，相对闭合差1/40000。
2.2 、CPⅢ控制点的布测方法2.2.1、 CPⅢ控制点的元器件：采用工厂精加工元器件（要求采用数控机床），用不易生锈及腐蚀的金属材料制作，CPⅢ控制点标志重复安置精度应达0.3㎜。
PⅢ器件完整示意图2.2.2、 CPⅢ控制点的布设（1）CPⅢ控制点距离布置一般为60 m左右，且不应大于80 m， CPⅢ控制点布设高度应与轨道面高度保持一致的高度间距。
隧道内CPⅢ控制点位置示意图注：标记点设置在内衬上，位距电缆槽边墙表面约100cm左右。
路基地段CPIII控制点位置示意图桥梁上CPIII控制点位置示意图2.2.3、 CPⅢ控制点的定位精度要求CPⅢ控制点的定位精度要求表（㎜）控制点可重复性测量精度相对点位精度CPⅢ后方交会测量 5 12.2.4、 CPⅢ控制点的测量（1）仪器要求全站仪必须满足如下精确度要求：角度测量精确度：≤1〃距离测量精确度：1㎜+2ppm使用带目标自动搜索及测量的自动化全站仪。
每台仪器应至少配13套棱镜，使用前应对棱镜进行检测。
（2）测量方法CPⅢ控制网采用自由设站交会网（《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》称为“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2 x 3个 CP Ⅲ-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）○ CPⅢ控制点→ 向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）←→ CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CP Ⅲ点允许的最远的目标距离为120m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、CPⅡ-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。
对于线路有长短链时，应注意区分重复里程及标记的编号。
（3）水平角测量的精度应按如下要求进行：①测量水平方向：3测回；②测量测站至CPⅢ标记点间的距离：3测回。
③方向观测各项限差根据《精密工程测量规范》（GB/T 15314-1994）的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。
经纬仪类型电子经纬仪两次读数差半测回归零差一测回内2C互差同一方向值各测回互差DJ05 0.5 4 12 4DJ07 1 5 12 5DJ1 1 6 12 6注：DJ05为一测回水平方向中误差不超过±0.5〃的经纬仪。
④每个点应观测3个全测回。
⑤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。
(4)平面测量可以根据测量需要分段测量，其测量范围内的CPⅡ点应联测。
2.2.5 、与上一级CPⅡ控制点联测与上一级CPⅡ控制点联测时应保证800—1000米的间隔联测一个。
（1）与上一级CPⅡ控制点联测，一般情况下应通过2个或以上线路上的自由测站，见下图。
联测高等级控制点时，应最少观测3个完整测回数据（其精确度应在5毫米误差以下）。
与CPⅡ控制点联测示意图● 测站（自由站点）○ CPⅢ控制点→ 向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）（2）为了使相邻重合区域能够满足CPⅢ网络的测量高均匀性和高精确度，每个重合区域至少要有3到4对CPⅢ点（约为180米的重合）一起测量，并且考虑平差，每个区域不小于4公里为宜。
桥梁、隧道段须与已有的独立的隧道施工控制网相连接。
通过选取适当的CPⅡ点和CPⅢ特殊网点，来保证形成均匀的过渡段。
（3）CPⅢ控制网应与线下工程竣工中线进行联测。
2.2.6 、内业数据处理在自由设站CPⅢ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：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。
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、CPⅢ点进行整体平差。
平差计算时，要对各项精度作出评定。
3 、高程控制网的建立《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中规定：高程控制测量分为勘测高程控制测量、水准基点高程控制测量和CPⅢ控制点高程控制测量。
控制网级别测量等级点间距勘测高程控制测量二等水准测量≤2000m四等水准测量水准基点高程控制测量二等水准测量≤2000mCPⅢ控制点高程控制测量精密水准测量≤800m各等级水准测量精度水准测量等级每千米水准测量偶然中误差M△每千米水准测量全中误差MW 限差监测以测段高差之差往返测不符值附和路线或环线闭合差左右线路高差不符值二等水准≤ 1.0 ≤ 2.0 6 4 4 -精密水准≤ 2.0 ≤ 4.0 12 8 8 4三等水准≤ 3.0 ≤ 6.0 20 12 12 8注：表中L为往返测段、附和或环线的水准路线长度，单位为㎞。
3.1、高程控制测量勘测高程控制测量、水准基点高程控制测量依照国家相关技术规范进行。
CPⅢ控制点高程控制测量又分为两种：导线网CPⅢ控制点、后方交会网CPⅢ控制点高程控制测量。
CPⅢ控制点高程控制测量采用的水准等级为精密水准。
现对后方交会网CPⅢ控制点高程控制测量作详细说明。
3.1.1、测量方法每一测段应至少与3个二等水准点进行联测，形成检核。
联测时，往测时以轨道一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，另一侧的CPⅢ水准点在进行贯通水准测量摆站时就近观测。
返测时以另一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，对侧的水准点在摆站时就近联测。
往测水准路线示意图水准返测示意图3.1.2、 CPⅢ高程控制点精度要求CPⅢ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》中的“精密水准”测量的要求施测。
CPⅢ控制点高程测量工作应在CPⅢ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三个水准点。
精密水准测量采用满足精度要求的水准仪，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，对仪器进行检验和校准。
精密水准测量的主要技术标准要求等级每千米高差全中误差（㎜）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（㎜）与已知点联测附合或环线精密水准 4 2 DS1 因瓦往返往返 8注：①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0.7倍。
②L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。
（2）精密水准观测应符合以下要求等级水准尺类型水准仪等级视距（m）前后视距差（m）测段的前后视距累积差（m）视线高度（m）精密水准因瓦DS1 ≤60 ≤2.0 ≤4.0 下丝读数≥0.3DS05 ≤65注：①L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。
