福平铁路平潭段精密测量控制网复测技术

黄 维

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北 武汉 430050)

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福平铁路平潭段精密测量控制网复测技术

黄 维

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北 武汉 430050)

针对福平铁路平潭段的工况特点，阐述了客运专线铁路施工精密控制网复测方法及要点，指出采用测距三角高程法测量大跨度海域水准，取得了良好的效果，对其他类似桥梁建设具有借鉴意义。

铁路，精密控制网，复测技术，精度

1 概述

新建福州至平潭铁路平潭段起讫里程为DK70+564～DK88+099，线路途经平潭县大练乡、苏澳镇、平原镇、中楼乡，正线全长17.535 km，其中公铁合建长度5.287 km。技术标准为Ⅰ级双线铁路，设计时速200 km；双向六车道高速公路，设计时速100 km。本标段测区内线路所处区域场地狭小，交通运输以水运为主；北东口水道特大桥跨越海坛海峡，桥位处水深、浪高、潮差大，台风多。

2 复测内容

本次内容包括CPⅠ，CPⅡ，高程控制点的精密控制网复测。根据2013年11月中铁第四勘察设计院《福平铁路精密控制测量建网成果》《精密测量控制网交桩后更新成果表》(2014年5月)，参考2013年11月复测成果报告，补充观测CPⅠ042点，使全标段CPⅡ点均被CPⅠ包住；在大练岛码头增设CPⅡ076A点，并增加起算点的稳定性检验。复测的点位如下：1)基础平面控制网(CPⅠ)复测：11个CPⅠ点(点号DQ17，DQ18，CPⅠ034，CPⅠ035，CPⅠ036，CPⅠ037，CPⅠ038，CPⅠ039，CPⅠ040，CPⅠ041，CPⅠ042)。2)线路平面控制网(CPⅡ)复测：包括复测合格的11个CPⅠ点和12个CPⅡ点(点号CPⅡ76，CPⅡ77，GCPⅡ78，CPⅡ79，CPⅡ080，CPⅡ081，CPⅡ082(已破坏，补点编号为CPⅡ082A)，CPⅡ083，GCPⅡ084，CPⅡ085，CPⅡ086，CPⅡ087)同时增设CPⅡ076A点。3)二等水准网复测：深埋水准点2个(点号SMBSⅡ010,SMBSⅡ011)；二等水准点24个(点号BSⅡ011～BSⅡ014，CPⅠ035，CPⅠ037～CPⅠ041，CPⅡ076，CPⅡ077，GCPⅡ078，CPⅡ079～CPⅡ087，DQ17，DQ18)。

3 测量人员及仪器情况

本次复测人员分1个GPS平面测量组、1个水准测量组。主要人员具有工程测量专业资格，其中高级工程师1人，工程师1人，助理工程师1人，技术员5人。复测使用的仪器设备均经测绘仪器计量检定单位检定合格，并在有效期内，可用于相应等级精度要求的测量工作。仪器设备清单见表1。

4 与相邻标段共用点情况

小里程端与FPZQ-3相邻，平面共用点DQ17,DQ18，高程共用点DQ17,DQ18。

5 平面坐标和高程系统

本标段平面坐标系统采用独立工程坐标系，WGS-84坐标系椭球参数，长半轴a=6 378 137.0，扁率1/f=298.257 223 563，测区平均高程异常值15 m(见表2)。高程系统采用1985国家高程基准。平差计算时，坐标及高程起算点选取位于标段两端、经起算点稳定性检验、确认满足相邻点间坐标差之差的相对精度小于1/25 000的点。

表1 测量仪器表

表2 坐标系统

6 测量精度等级及施测方法

6.1 控制网等级

平面控制网分两个等级：CPⅠ网按二等GPS网精度施测；CPⅡ网按三等GPS网精度施测。复测前在点位勘验时，用手持GPS将需要复测的各个点进行现场采集其大地坐标，将大地坐标通过同济大学的GeoTrans软件将采集的大地坐标转换成相应的平面坐标，再将平面坐标利用快速展点小程序展点进AutoCAD当中，依据展点图、测区内结构物位置等因素进行GPS外业的观测计划排点。这样排出的外业数据采集计划，观测后的图形同步环、异步环图形强度刚强、稳定、科学合理。水准测量按二等水准网精度施测。

6.2 控制网施测方法

1)GPS网施测。a.复测构网要求。本次平面控制网复测采用GPS静态定位技术施测，按GPS测量精度要求，构网形式与原测相同，同步作业图形之间采用边连接形式，由大地四边形构成。b.GPS测量前的准备工作。测量前首先进行现场勘查，检查标石的完好性。对仪器进行检定，检查技术参数设置，检查脚架是否松动、基座水准器、光学对点器状态是否正常。准备交桩资料、点之记、测量记录等。

2)水准网施测。a.观测方式。本标段共有深埋水准点两个(SMBⅡ011，SMBⅡ010)，与相邻标段搭接水准点两个(DQ18，DQ17)，本次采用附合水准线路测量。水准复核测量按原测二等精度进行，采用单线路往返观测。同一区段的往返测量使用固定的仪器和转点尺测，沿同一道路进行。水准线路图如图1所示。同一区段的往测(或返测)与返测(或往测)应尽量分别在上午与下午进行。b.观测顺序和方法。二等水准测量应形成附合水准路线，每一测段都以偶数站结束。电子水准仪的观测顺序是：往、返测奇数测站照准标尺顺序为：后—前—前—后；往、返测偶数测站照准标尺顺序为：前—后—后—前。

3)跨海水准测量。本标段进行跨海水准测量的水准点为海坛海峡两岸的BSⅡ013，BSⅡ011。跨海水准测量采用测距三角高程法，使用徕卡天宝S8全站仪、徕卡单棱镜组、装有自动数据采集软件的天宝TSCⅡ手簿、温度计、气压表。距离、垂直角观测使用全站仪的自动照准(ATR)功能，多测回测角功能。 每站观测4组，每组观测12个测回。观测时间选择在气象条件相对稳定的阴天进行，共进行2次观测。

7 CPⅠ，CPⅡ网数据处理及精度分析

当天外业采集的数据上传到计算机上之后，通过Convert To RINEX3.02软件，将所采集的数据转换成标准的RINEXT格式。

7.1 CPⅠ基线向量解算及精度分析

基线解算使用商用软件Trimble Business Center按静态相对定位模式进行，采用广播星历，多基线向量的双差固定解求解模式。利用观测值残差的均方差(RMS)统计结果，对所有观测值残差绝对值大于3倍的RMS的观测值进行数据屏蔽，不让其参与平差。同一时段观测值的数据剔除率小于10%。

1)基线向量异步环闭合差。在解算出每一时段的CPⅠ基线向量后，以三角形作为构环图形，并计算闭合环坐标分量闭合差，各坐标分量及全长闭合差应符合下式规定：

CPⅠ观测11个点，全网共有闭合环25个，异步闭合环闭合差最大值为CPⅠ040～CPⅠ038～CPⅠ039，闭合差为32.99 mm，环长10 263.102 7 m，限差为54.53 mm，满足要求。CPⅠ控制网复测基线向量所有异步环闭合差均满足限差要求，所有基线质量合格。

CPⅠ全网控制网共取重复基线37条，重复观测基线不同时段较差最大值在CPⅠ042～CPⅠ039，Ws=9.669 3 mm，边长为11 238.06 m，其重复观测基线较差限差为34.784 8 mm，满足要求。由以上统计数据表明，CPⅠ控制网复测所有重复观测基线较差均满足规范限差要求，基线解算成果可靠。

2)复测坐标较差。通过CPⅠ复测坐标与设计坐标比较，各点ΔX差值最大值为4.2 mm，ΔY值最大值为8.6 mm，平面点位精度满足不大于20 mm的规定。

7.2 CPⅡ网平差及精度分析

控制网平差采用武汉大学的COSA GPS(5.20版本)后处理软件进行平差处理。

1)三维无约束平差。独立环和重复基线满足要求后，进行控制网无约束平差，无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式要求：

VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。

三维无约束平差时固定CPⅠ042点，全网最弱点DQ17MX=0.63 cm,MY=1.06 cm,MP=1.39 cm。最弱边CPⅡ084～CPⅠ085边长相对中误差为1/243 000，小于1/13 000，满足规范要求。

由三维无约束平差精度统计数据可知，控制网的基线向量自身的内符合精度好，基线向量网的质量可靠，在此基础上，可以进行二维约束平差。

2)CPⅡ网复测结论。CPⅡ控制网复测过程及精度满足《高速铁路工程测量规范》中相关规定，基线边方向中误差最大值为1.11″<1.7″，最弱边相对中误差1/191 000<1/100 000。

CPⅡ复测坐标和设计坐标比较，ΔX差值最大值为9.2 mm，ΔY值最大值为13.7 mm，满足不大于15 mm的规定。相邻点间约束平差后二维坐标差之差的相对精度最大值为1/100 332<1/80 000。

认为原测成果可靠，点位稳定。

8 水准测量数据处理及精度分析

跨海水准测量。本标段进行跨海水准测量的水准点为海坛海峡两岸的BSⅡ013,BSⅡ011(见表3，表4)。

表3 BSⅡ013～BSⅡ011高差计算表

表4 BSⅡ013～BSⅡ011跨海高程测量精度评定表

跨海水准测量采用测距三角高程法，使用天宝S8全站仪、徕卡3棱镜组、装有自动数据采集软件的天宝TSCⅡ手簿、温度计、气压表。

距离、垂直角观测使用全站仪的自动照准(ATR)功能。 每站观测4组，每组观测12个测回。观测时间选择在气象条件相对稳定的阴天成像清晰时进行，共进行2次观测。

两次测量高差互差-4.54 mm，水准点距离2.67 km，按二等水准往返测计算限差为6.54 mm，合格。

复测高差与设计高差的差值为0.44 mm，按二等水准检测已测测段高差之差计算限差为9.8 mm，合格。

9 结语

通过对原测成果的复测，认为原设计成果可靠，点位稳定，可以用于本工程施工测量控制。大跨度宽阔海域二等水准的复测采用测距三角高程法，更好地验证了这一方法在宽阔水域应用的合理性，为以后类似工程测量控制积累了经验，对其他铁路施工测量控制网施测具有指导意义。

[1] 福建福平铁路有限责任公司.关于福州至平潭铁路复测、加密作业指导书(定稿)[Z].2013.

[2] 张坤宜.交通土木工程测量[M].北京：人民交通出版社,1999.

[3] TB 10101—2009,铁路工程测量规范[S].

[4] TB 10054—2010，铁路工程卫星定位测量规范[S].

[5] GB 12897—2006，国家一、二等水准测量规范[S].

The retest technology of precision measurement control network in Fuping railway Pingtan section

Huang Wei

(ChinaRailwayWuhanBridgeEngineeringConsultingManagementLimitedCompany,Wuhan430050,China)

According to the construction characteristics of Fuping railway Pingtan section, this paper elaborated the retest method and key points of precision control network of passenger dedicated railway construction, pointed out that using the trigonometric elevation method measurement of large span sea level, obtained good effect, had reference significance for other similar bridges construction.

railway, precision control network, retest technology, precision

2014-11-23

黄 维(1981- )，男，工程师

1009-6825(2015)04-0208-03

TU198

A