第５卷第１集２００５年１２月Ｖｏ１．５，Ｎｏ．１现代工程测量技术发展与应用研讨交流会论文集Ｄｅｃ． ２００５高速铁路平面控制测量的探讨潘正风’徐立２肖进丽‘（ １．武汉大学，湖北武汉４３００７９， ２．铁道第四勘察设计院，湖北武汉４３００６３）Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｕｒｖｅｙ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ摘要：本文分析高速铁路对平面控制测量的要求，讨论高速铁路平面控制测量布设的等级 和精度。关键词：高速铁路控制测量布设等级测量精度我国高速铁路已进入建设阶段。所谓高速铁路，指的是能满足旅客列车最高运行 速度大于２００ Ｋｍ ｌｈ的铁路。目前进行高速铁路测量工作主要依据铁道部２００３年颁布 的《京沪高速铁路测量暂行规定》。高速铁路建设在我国是一个新事物，高速铁路由于旅客列车行车速度高，会给铁路建设带来一些新问题，其中对工程测量有哪些新的要求，有些地方还不是很清楚。我国高速铁路工程测量规范尚未正式制定，有些问题需要进行研究和探讨。本文针对高速铁路平面控制测量布设的等级和精度进行讨论。１平面控制测量的布设原则在《京沪高速铁路测量暂行规定》的条文说明中指出，高速铁路测量的全过程为： 使用国家三等大地点，用ＧＰＳ测量加密相当国家四等大地点，在ＧＰＳ点的基础上作铁路五等导线测量，利用导线点测设线路中线控制点和铺设轨道。在新建铁路勘测中，有些铁路勘察设计部门正在改进铁路勘测流程提出一次布 网，将各阶段控制点一次布设成同一等级、统一平差的测量控制网，使航测、初测、定测、施工各阶段测量都在同一控制网控制下，不会错乱，且减少工序、提高效率。高速铁路的控制测量不仅要满足高速铁路的勘测、设计和施工、铺轨的要求，高 速铁路在运行阶段要求轨道结构能保持良好的技术状态，必须对轨道的整体几何形状、平顺度进行定期的检测，因此，控制测量还需要满足运行阶段高速铁路检测的要求。根据测量技术的发展，高速铁路的首级平面控制测量采用ＧＰＳ测量方法，沿线路 每隔５公里左右布设互相通视的一对点，点位应稳定和能长期保存。在线路的初测和７６ 现代工程测量技术发展与应用研讨交流会论文集第５卷定测阶段，可尽量利用ＧＰＳ ＲＴＫ进行控制点加密和线路中线测量。在有些地段使用ＧＰｓＲＴＫ测量困难时，可在ＧＰＳ测量加密后布设满足线路初测和定测的导线测量，进行线路中线测量。对大、中型构筑物要布设施工控制网，构筑物轴线的位置应满足线路整体形状的要求。在高速铁路铺轨前，应布设较高精度的导线测量，满足测量轨道整体形状的要求。如果条件许可，也可采用ＧＰＳ进行控制点加密。导线点或ＧＰＳ加密点的间隔约５００米左右，并靠近线路，在这些点上能采用全站仪直接测设轨道中线。导线点或ＧＰＳ加密点的点位要求稳定和长期保存。在高速铁路的运行阶段，应根据检测的需要，进行控制测量的定期复测工作。２平面控制测量的精度要求根据德国高速铁路的实践经验，直接影响及控制行车速度的主要因素有两个：一 是线路平纵断面，一是线路的平顺性。因此，德国铁路对高速线路的轨道不平顺限速管理标准比一般线路要严格得多。在这方面，国内外文献所提出的看法是一致的。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２０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。虽然用大地测量方法不易达到高速铁路线路平顺度的要求，日本、德国、法国都采用轨道检测车进行检测。然而，也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。下面分析一下线路平顺度误差对线路位置误差的影响。乏￣一￣图１线路平顺度误差对线路位置误差的影响现以直线线路讨论，图１中ＡＢ为设计直线线路位置，当在１０米处产生２ ｍｍ不平顺度时，线路将出现刀角的转折（刀＝ ８２＂．５ ＞，使直线Ｂ移至Ｂ，点。每个不平顺度第１集潘正风等：高速铁路平面控制测量的探讨７７ 具有偶然性，因此，由各段不平顺度产生的Ｂ点位移可利用直伸等边支导线终点的横向中误差公式计算：ｎ＋１．５ 刀ｘＳ尸刀。二二—３ 假定ＡＢ ＝２００ｍ，则Ｓ＝１９０ｍ， ｎ＝１９，按式（１）计算得，ｍ刀＝１９９ｍｍ。高速铁路实际铺轨时，轨道中心线由控制点直接测量，线路位置误差由控制点的 ．．．（ｌ）精度控制。然而，高速铁路在运行阶段如果只检测轨道的平顺度，尽管轨道的平顺度满足了要求，线路还是有可能较大的偏离设计位置，特别在曲线段。这种情况下对高速运行旅客列车有什么样的影响，需要高速铁路设计师去考虑。如果有较大影响的话，那么，导线点或ＧＰＳ加密点长期保存，在高速铁路的运行阶段，进行控制测量的定期复测工作就有必要。可见高速铁路控制测量不是控制线路局部的平顺度，而是控制整体线路的形状， 或者说是控制整体线路的平顺度。这里提出：高速铁路在５公里范围内，无论是直线段或曲线段线路平面位置偏离设计位置最大不超出５０毫米，偏离幅度不超出１００毫米，线路平面位置偏离设计位置的中误差为２５毫米。因此，高速铁路线路平面位置不仅要满足局部平顺度的要求（每２０米弦实测正矢与理论正矢之差不大于２毫米），同时需要满足在５公里范围内的一个直线段或曲线段中，线路偏离幅度最大不超出１００毫米的要求。这样的线路偏离幅度限值也能满足桥梁、隧道建筑物的限界，例如隧道测量规定：小于４公里长的隧道横向贯通限差为１００毫米。由以上分析，高速铁路平面控制测量的点位中误差在线路的垂直方向（导线的横 向）不大于２５毫米。如果在铺轨前，布设铁路五等导线，并适当提高测角精度，假定测角中误差为３＂．５，按等边直伸导线计算，导线最弱点的横向中误差为：ｍ二士—ｎ＋６４８…’．．…‘．…‘．．．．．．．．．……又２）式中，Ｓ ＝５０００ｍ ， ｎ＝１０， ｍ， ＝３＂．５，则ｍ ＝ ２４．５ｍｍ ｏ高速铁路的首级平面控制测量采用ＧＰＳ测量方法，其精度等级应相当于国家四等 大地点。ＧＰＳ点每隔５公里左右布设互相通视的一对点，作为附合导线的方位边。因此，ＧＰＳ控制网应布设成带状网连式网，相邻同步图形之间以通视的一对点作为公共基线连接，需要有４台或更多的ＧＰＳ接收机观测。国家三角测量规范中规定：四等三角测量最弱边的方位角不大于４＇．５．假定，按ＧＰＳ网相邻两点的横向误差等于基线长度的精度，则可由式（３）计算一对通视点之间的最短长度：７８ 现代工程测量技术发展与应用研讨交流会论文集第５卷Ｖａｚ ＋（ｂ．ｄ￣ ．１０＂６）２。一；．５ｄ （３） 式中，ｄ为ＧＰＳ网一对通视点之间的长度，ａ为固定误差，ｂ为比例误差系数。设ａ＝１０ｍｍ， ｂ＝１０，则ｄ ＝ ５２０ｍ。可见，ＧＰＳ点每隔５公里左右布设互相通视的一对点，其距离不应短于６００米。３五等导线测设轨道中心精度的分析在高速铁路铺轨前布设五等导线测量，利用全站仪在导线点上直接测设轨道中心 点。假如忽略由导线点测设轨道中心点的误差，可以把导线点之间的相对误差认为是轨道中心点之间的误差。五等导线可看作为在ＧＰＳ点之间的直伸附合导线，导线点的相对横向中误差可按下式计算：ｍｑ＝工—式中＿二ｍｐ ｓＦＡ一 ｎ一 －Ｉｖ八一。一‘””．’…”二’．””．’，，、ｌ任，，＿（ｉ－ｋ全ｋ＋１Ｘ２（ｉ－ｋ）＋１］６ 一。二（ｉ－ｋ丝－ｋ＋１）２４（ｎ＋１）Ｃ一（ｉ－ｋ）２（ｉ－１２ｋｎ＋（ｎ１）＋ ２（１３Ｘｎｎ －＋ ２ｉ）－４ｋ＋８）２ｍ．＝３＂．５ｓ＝５００ｍ，ｎ＝１００假定ｋ＝５， ｉ＝７，两点相隔１０００米；ｋ＝４， ｉ二８尸 ｉ＝９，两点相隔３０００米，如图３所示，分别计算导线点两点相隔２０００米；ｋ＝３， 的相对横向中误差，其结果列于表１：１ ２，４ ５ ６４ ｓ９ １０ １１图２直伸附合导线点１对点ｋ的横向中误差由以上分析可知：布设五等导线点测设轨道中心点，其线路偏离幅度可满足不超 出１００毫米的要求。这里需要指出的是，当较长的曲线位于两个ＧＰＳ跨段时，应在曲线的两端加密ＧＰＳ点，使曲线段处于同一条五等导线内。第Ｉ集潘正风等：高速铁路平面控制测量的探讨７９ 表１ｋ５４３ｉ７８９ｍ４ （ｍｍ）１７． ３３７． ９５６． １４结论铁道部２００３年颁布的《京沪高速铁路测量暂行规定》，对高速铁路平面控制测量 布设等级和精度的规定可满足工程测量要求，但建议适当提高五等导线的测角精度，测角中误差为土３＂．５。考虑到一次布网的优点和不同阶段对测量精度的要求，在首级平面控制测量布设后，在线路的初测和定测阶段，尽量利用ＧＰＳ ＲＴＫ进行测量，或者是在ＧＰＳ测量加密后布设满足线路初测和定测的导线测量，进行线路中线测量。大、中型构筑物要布设施工控制网，构筑物轴线的位置应满足线路整体形状的要求，在线路的垂直方向上不大于２５毫米。在高速铁路铺轨前，应布设五等导线测量，控制线路平面位置偏离设计位置最大不超出５０毫米。如在运行阶段仍需保持高速铁路轨道的整体形状，应根据检测的需要，进行控制测量的定期复测工作。参考文献 ［１］钱立新．世界高速铁路技术〔Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３年８月【幻铁道部高速铁路办公室．京沪高速铁路测量暂行规定．北京：中国铁道出版社，２００３年 ［３１ ＴＢ１０１０１－９９新建铁路工程测量规范［４］陈新焕．高速铁路控制测量的精度研究［Ｊ７．铁道勘察，２００４， ３０ （１）［５］罗先林，梁旺。改进铁路勘测流程和规范的探讨【Ｊ７．铁道勘察，２００５， ３１ （１）［６」周玉辉．高速铁路工程测量有关技术问题的探讨【Ｊ７．铁道勘察，２００５， ３１ （５）［７］ Ｍ． Ｃ．契列米辛著，韩会林译．大型地下建筑物的测量控制网【Ｍ）．北京：中国工业出版社，１９６３年５月 作者简介：潘正风（１９４０－），男，武汉大学测绘学院教授，博士生导师，研究方向为精密工程测量、数字测图和专题地理信息系统。武汉市洪山区洛喻路１２９号，４３００７９０
