滨绥铁路牡绥段扩能改造工程的控制测量技术研究

苏 涛 牛洪柳

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，中国 天津 300251)

绥芬河口岸是我国对俄罗斯贸易的重要陆路口岸，连接口岸的滨绥铁路则承担着中俄国际联运和中外旅客运输任务。随着两国贸易推进，区域经济持续增长，货运压力随之加大，既有滨绥铁路运力不足制约了口岸经济的发展[1]。因此，对滨绥铁路牡丹江至绥芬河段的扩能改造，以增强铁路运输力来满足口岸经济发展对铁路运输的要求，是铁路“十一五”规划中加大铁路口岸建设的重要工程。

1 扩能改造工程概况

线路自牡丹江站向东到达绥芬河车站，全长138.823km。通过地区主要为低山丘陵及中低山区两种地貌。全线共设计隧道17座，根据全线长大隧道分布情况，结合沿线工程地质条件，无砟轨道铺设区段总长度为26.520km(双线)，约占线路长度的19.1%，其余地段均采用有砟轨道结构。

1.1 既有资料的利用

线路范围内主要的既有资料包括：（1）1:50000和1:2000线路平面图；（2）定测阶段GPS点及四等水准点成果；（3）国家A/B级GPS点2个；（4）国家一等水准点6个。

1.2 坐标系统选择

全线航测、初测阶段采用1954年北京坐标系平面坐标，后期阶段为了满足铁路定测和施工需要，保证控制网及后续放设线路控制桩、施工测量的精度，控制网采用工程独立坐标系。工程独立坐标系采用2000国家大地坐标系椭球参数，任意带高斯投影，依据线路设计方案位置东西方向坐标差值及路肩设计高程计算中央子午线值及投影面高程，满足测区投影长度变形值不大于1/40000(25mm/km)的要求。根据计算将整个测区建立3个工程独立坐标系，工程独立坐标系形式为任意带高斯正形投影抵偿坐标系[2]。高程坐标系统采用1985国家高程基准。

2 控制测量方案

2.1 控制网的布设

2.1.1 平面控制网的布设

平面控制网按分级布网的原则，分三级布设[3,4]。第一级为框架控制网(CP0)，直接利用既有资料中的2个国家A/B级GPS控制点作为全线CPI控制网的坐标起算基准；第二级基础平面控制网(CPI)，按二等和三等GPS网要求进行施测，采用边联接方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网；第三级为线路控制网(CPII)，按四等网要求进行施测，并与CPI联测构成附合网。

控制点布设时应充分考虑即将施工的影响，布设在不易被破坏的范围内，对高路基、桥梁等段落，尽量考虑将CPI、CPII布设于线路一侧，避免因施工后高路基、桥墩等造成点间不通视的现象，以方便施工使用。

2.1.2 高程控制网的布设

为满足无砟轨道隧道段落施工需要，高程控制网无砟轨道隧道段按国家二等水准测量标准进行施测，起闭于国家一等水准点；有砟轨道段落按国家三等水准测量标准进行施测，起闭于满足规范要求的二等水准点。

水准路线沿线布设，每10～20km布设1个水准墙标，每2km左右布设1个水准点，在2km以上的隧道进口和出口布设水准点。水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方。水准路线尽可能联测地面埋石的CPI和CPII点，以方便施工和监测。

2.2 数据测量

2.2.1 GPS 数据观测

GPS观测前，按规范要求进行相关仪器检校，保持接收机设备工作状态正常，并根据测前状况按卫星星历预报表、GPS接收机数量、交通情况编制观测计划，避开卫星分布状态不好的情况。按设计控制网网形进行观测，观测时GPS天线进行统一指北定向。作业中，仪器对中误差应小于1mm，每个时段观测前、后各量天线高一次，两次较差值小于2mm，取均值作为最后成果；观测时自动记录点号、天线高，并观测记录气象元素、填写GPS静态观测手簿。

2.2.2 水准数据测量

作业前对所使用的水准仪进行常规检校，保证所使用的水准仪及水准尺各项性能指标良好。观测时，奇数站按后－前－前－后的顺序进行，偶数站时按前－后－后－前的顺序进行。每一测段应为偶数测站。一组往返测量安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，互换前后尺再进行观测；晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。

3 数据处理与精度分析

3.1 平面控制网数据处理与精度分析

3.1.1 控制网基线解算

GPS数据采集完成后,经预处理没有任何问题后,将原始观测文件均转换为RINEX文件，并对点号、天线量高方式、天线高复核后进行基线解算。基线解算采用广播星历和商用软件LGO进行基线解算。GPS观测值加入Hopfild模型的对流层改正、双频改正模型的电离层改正，解算出整周未知数。数据预处理后基线质量不符合要求或环闭合差超限的需要进行补测，直到基线及环闭合差成果均满足要求。

独立闭合环检核时，X，Y、Z 坐标分量闭合差 Wx，Wy，Wz和环线全长闭合差W需分别满足式（1）和式（2）的要求[5]：

基线观测值重复边长度的检核应满足式（3）要求：

分别计算三级控制网中独立基线形成的独立环闭合差和重复基线边的长度较差是否满足相应的限差要求。

3.1.2 平差计算

（1）无约束平差

全部重复基线及独立环满足要求后，采用TGPPS软件进行整网平差计算。首先在WGS84坐标系中进行无约束平差，对单位权中误差、观测值改正数进行统计分析，检查GPS基线向量是否有粗差和明显的系统误差，剔除有粗差和明显的系统误差后，检验基线向量改正数是否满足（V△X、V△Y、V△Z）≤3σ 的精度要求。 从网平差报告中分析无约束平差基线向量改正数满足要求才说明基线向量网内符合精度高，质量可靠。

（2）约束平差

提供控制网对应的起算点进行三维约束平差计算。为保证控制网的精度，采用基线对应等级的GPS点进行兼容性分析，推算已知控制点平面坐标，并与原始坐标进行较差分析。

3.1.3 精度分析

CPI（二等）控制网起算点为两个国家GPS点的坐标成果，采用任意带高斯正形投影抵偿坐标系在软件上整体平差，重复基线较差最大值为ds=16mm，独立闭合环闭合差最大值为Wx=13mm，Wy=1mm，Wz=6mm，W=15m，基线向量改正数最大值 VΔX为 10.2mm，VΔY为-12.9mm，VΔZ为12.8mm，相邻点的相对点位中误差最大值为3.4mm，基线边方向中误差最大值为0.5"，最弱边边长相对中误差为1/394985，以上精度指标均满足规范要求。

CPI（三等）基线解算、独立环检验合格后，以二等CPI点作为起算点，分四段进行平差计算。CPII（四等）数据以二、三等CPI点作为起算点，分五段进行平差计算，坐标成果保留到0.1mm。统计各段精度指标与限差进行比较，所有精度均满足相应规范要求[6]。

表1 水准测量闭合精度表

3.2 高程数据解算及精度分析

采用NASEW网平差软件包对高程测量数据分四段进行严密平差计算，由平差分析报告获取水准测量的精度如表1所示，水准网精度满足相应要求。

4 结论与建议

既有铁路扩能改造是增强铁路运输力的重要方法，设计的测量方案必须满足相应的规范要求才能保证铁路质量。以滨绥铁路牡绥段的扩能工程为例，有以下结论与建议：

4.1 跨度范围大、地形复杂的铁路，要合理设计控制网。

4.2 在施工放样过程中，如果控制点与放样点的高差较大，需要对放样距离进行高程投影反改化，以保证测量精度。

4.3 在成果使用过程中，应注意标段接头处的线路衔接问题，保证相邻投影带重合部分中线放样位置的一致性与线路顺接。

4.4 对于无砟轨道隧道以及长大隧道需要建立隧道工程独立坐标系，以满足隧道贯通及后期控制网布设的精度要求。

［1］夏勇,于春英.滨绥铁路牡绥段扩能改造的思考与分析[J].铁道运输与经济,2011,33(10):14-16.

［2］徐万鹏.高速铁路精密测量基准的确定[J].铁道工程学报,2012(9):7-12，38.

［3］王锡和.高速铁路精密控制测量技术[J].地理空间信息,2010,8(1):127-130.

［4］安国栋.高速铁路精密工程测量技术标准的研究与应用[J].铁道学报,2010,32(2):98-104.

［5］付恒友,杨松林.高速铁路超长越岭隧道GPS洞外控制测量方案研究[J].测绘科学,2009,34(05):166-167，228.

［6］TB10105-2009改建铁路工程测量规范[S].北京:中国铁道出版社,2009.