浅谈无砟轨道CPIII控制网的测量

摘要：为了适应铁路客运专线轨道的稳定性和平顺性，除了对线下工程及轨道施工有严格的要求之外，为了保证这些施工过程中的高精度，相应的就必须有一套完整的精密测量体系。普通铁路控制网精度，已经满足不了无砟轨道施工，因此建立CPIII网就是必不可少的。CPIII网从底座板施工、轨道板精调、钢轨精调等，都离不开CPIII网，所以CPIII网在高速铁路施工中极为重要。

关键词：CPIII网 自由设站边角交会 测量机器人

1 概述

近年来，随着高铁在我国进入高潮建设期，特别是时速高达350公里/时的无砟轨道，速度之快，对轨道的定位精度达到了毫米级，对测量的精度要求也极为苛刻。为了实现高精度，CPIII控制网就是最基本保证。测量机器人、机载自动化程序、电子水准仪等等，是完成本网的基本工具。

2 CPIII网建网前准备工作

①CPIII网应在线下工程竣工，沉降评估过后施测。②桥下CPI、CPII控制网复测（以设计院最近复测为准）。③编写CPIII布网方案交评估单位审核。

3 CPIII建网作业流程

3.1 石武客专卫共特大桥处于桥梁段，桥面上观测桥下CPII很困难，为了保证CPⅢ平面网每600m左右（400～800m）联测一个CPⅡ点，而自由测站至CPⅡ点的距离又不宜大于300m。所以当CPII点位密度和位置不满足要求时，应按同精度扩展方式补设加密CPII。CPII应采用左右交替布设于桥梁固定支座端。加密CPII成果由建设单位进行评估，应满足CPIII建网精度。

3.2埋设CPIII点，沿线路两侧约每隔60m一对布设在防撞墙固定支座端位置。（如右图）

3.3 CPIII点的编号 CPIII点编号原则：CPIII点按照公里数递增进行编号，其编号反映里程数。CPIII点以数字CPIII为代码，处于里程增大方向轨道左侧的点编号为奇数，右侧的点为偶数。

3.4 CPIII仪器配备 仪器配备及精度等级：全站仪为徕卡TCRA1201+，具有自动目标搜索、自动照准、自动观测、自动记录功能。标称精度：方向观测中误差±1″，测距中误差±（1mm+2ppm）。棱镜为德国进口Sinning棱镜，棱镜常数为-33.9mm。该棱镜与TCRA1201+全站仪配套使用时，新建棱镜常数+0.5mm。电子水准仪为天宝DiNi03，标称精度：高差中误差≤0.3mm/km以及配套的铟瓦水准尺及尺垫。所用仪器均经测绘仪器计量定点单位检定合格，并在有效期内。

3.5 CPIII平面采集 ①CPIII平面测量方法：采用自由设站边角交会法。②CPIII观测技术指标。CPIII观测自由测站间距一般约为120m，自由测站至CPIII点最远距离不应大于180m，距高等级点最大不超过300m。CPIII点保证至少有3个自由测站的方向和距离观测，如图所示：

3.6 CPIII平面内业处理 ①将仪器中的数据导出，采用铁道部评审通过的铁三院TSDI_HRSADJ平差软件中的测站平差程序检查外业是否超限。合格之后，利用桥面高程做一个测站概略高程统计用作平差计算。②采用测站平差程序生成cacl平差文件，先进行独立平差，只用CPII成果约束平差。最后搭接平差，把与上段搭接的CPIII点复测成果和CPII一起作为已知点约束平差。③平差精度指标：CPII方向观测值≤4″，距离观测值≤4mm，CPIII的方向观测值≤3″，距离观测值≤2mm，相邻点相对精度1mm。④将CPIII独立平差成果上一段搭接点的成果作比较，限差≤3mm，，搭接平差的成果中，未做约束的点与上一段的成果作比较，差值不易大于1mm。

3.7 CPIII高程采集

3.7.1 加密二等水准点上桥。由于CPIII点位于桥上，桥面与地面高差过大，直接将线路水准基点高程传递到桥面CPIII上比较困难，且精度不高，因此采用不量仪器和棱镜高的中间设站三角高程测量法传递，（注意桥上、桥下棱镜及棱镜连接杆均同CPIII预埋件相同），直接求得1与3点高差。如右图：

首先在该段桥下布设三角高程传递临时水准点共计3个，单支往返联测已知水准点3个。然后采用上述三角高程法，变换仪器高独立测量两遍，注意仪器与棱镜的距离≤100m，最大不超过150m，前后视距差≤5m，观测时，应准确测量温度、气压以便进行边长改正。三角高程传递的技术指标：

最后桥上加密点贯通按照国家二等水准测量规范要求观测。特别注意，在水准联测和三角高程观测时，棱镜中心与水准杆之间的常数差转换。

3.7.2 CPIII高程测量

①CPIII高程测量采用下图观测

这样的线路保证相邻四个CPIII点之间形成一个闭合环。左边第一个闭合环的四个高差应由两个测站完成，其他闭合环的三个高差可由一个测站按照后-前-前-后测量，每一个测段至少与3个二等水准点联测，形成检核。

②CPIII高程测量技术要求

精密水准观测主要技术要求

3.8 CPIII高程数据处理

3.8.1 在对CPIII数据处理之前，先对加密二等水准点进行平差计算，首先为桥下联测数据做一个BM文件（桥下已知高程点）例如■，桥下水准联测数据合并一个文件，桥上水准联测数据合并一个文件，然后分别采用中铁二院与西南交大联合开发的高速铁路通用平差軟件Survey Adjust进行分别平差，生成Ini文件。

三角高程数据，采用铁三院测站平差软件处理之后，整理出一个EXCEL的高差文件如图所示：

上述三个Ini文件合并，并加上桥下水准点高程，如图所示。最后采用Survey Adjust软件平差，平差得到桥上加密二等水准点高程。

3.8.2 CPIII同样采用Survey Adjust软件平差，首先检查外业数据，发现测段存在超限，应外业重测，外业数据合格后方可平差。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应符合下表要求：

3.8.3 为保证各施测段落间CPIII高程控制网测量精度的平稳过渡，本段CPIII高程平差将与已测段重叠的连续3对CPIII点全部作为高程平差起算点平差。

4 总结

通过观测CPIII网，了解CPIII网的用途以及在观测过程遇到的问题的处理，在以后观测中应注意以下几方面：第一，在每次进行施测前，都要对全站仪的横轴和竖轴进行校正。边长观测应进行温度、气压等气象元素改正。第二，CPIII点的编号编辑时，每次在输入仪器时，要确认一下是否输入正确，否则会造成内业数据处理工作量。第三，在进行三角高程传递时，一定要考虑视野开阔的地方作业。第四，在进行高程测量时，CPIII杆件务必要插到底部，否则会导致这些点的错误，在进行复测时，造成同一点高程对应不上。第五，现场测量人员一定要按照规范进行严格操作，避免造成人为误差。

参考文献：

[1]客运专线无砟轨道铁路工程测量技术.中国铁道出版社，2008.

[2]《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）.

[3]《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）.

作者简介：梁朋朋（1984-），男，河南焦作人，毕业于平顶山工学院，助理工程师。