精密工程控制测量在高速铁路建设中的应用

叶德军

【摘要】本文以精密工程测量概述为基础，着重分析了高速铁路精密工程测量的主要内容以及特点，以实际为出发点对进行了探讨高速铁路精密工程测量精度指标。

【关键词】高速铁路；精密工程；控制测量

一、前言

随着我国经济和铁路建设的不断发展，在铁路建设过程中，通过高精度的施工，可以保证高铁通车后的快速性、平稳性以及安全性，因此，精密工程测量技术在高速铁路中被得到了非常广泛应用，本文针对精密工程控制测量在高速铁路建设中的应用进一步探讨。

二、精密工程测量概述

精密工程测量以不同的大型工程测量为主，按照工程对精度的需求进行划分，一般分为普通精密工程及特种精密工程测量两种。精密工程测量应用在设备的安装和检测上，精度在计量级，甚至是纳米，变形观测的过程中，精度有可能在亚毫米级，在军事领域及质量控制测量等方面也属于精密工程测量。由于工程的复杂性和特殊性，使得工程的作业环境较差，进行测量的过程中，对于精度的需求是必然的；对精密工程测量的可靠性要求也很高，对测量的设备、仪器的要求也很高，像仪器的鉴定、测量方法的严密性及测量方案的选择等，在进行精密工程测量时，要提高对仪器的要求，控制网布设时，要在上级网对下级网控制点进行选取，一般情况下，精密工程测量只选取一个控制点和一个参考方向，为测区点的精度提供重要保障。

三、高速铁路精密工程测量的主要内容以及特点

1、设计控制网

测量控制网是进行测量工作之前首先需要建立的，只有在完善的控制网的基础上才能够使测量的数据更加健全与精确。前期勘察测量中测量控制网的设计主要分为平面控制网的设计与高程控制网的设计，其中平面控制网的设计需要考虑建立在高斯投影以及高程投影边长变形基础上的平面坐标系统选择以及平差基准的选择，而高程控制网的设计则主要根据1985国家高程基准水准点设计，如果没有水准点的地方则自行建立高程基准点，只是在全程测量完成后需要换算成1985国家标准高程基准。

2、建立框架控制网与基础控制网

框架控制网是所有高铁测量控制网的基础，后续的几类控制网的建立都是在框架控制网的基础之上的。而基础控制网则是为高速铁路测量的勘察、施工、以及高铁完工之后的运营维护提供基础的坐标基准。这两类控制网的建立也被统一称作前期勘察测量工作的初测。

3、建立线路控制网

线路控制网是在基础控制网的基础上建立起来的，主要作用是为后续的勘察以及施工提供测量控制的基准。在建立线路控制网的同时，还要根据水准基点建立并引用高程控制网，线路控制网以及高程控制网的建立统称为前期勘察测量工作的定测。而在完成前期的勘察工作之后，就可以根据基础控制网以及线路控制网进行施工测量的适当加密并建立变形监测网。而在施工阶段还需要建立的重点控制网就是轨道控制网。轨道控制网是建立在框架控制网的基础之上的第三类控制网，主要作用为在轨道的施工以及后期运营维护中提供测量的控制基准。

4、高速铁路精密工程测量的特点

（一）、高速铁路各级平面高程控制网精度能够满足多方面的勘测要求。我国高速铁路精密工程测量技术是随着我国社会经济发展不断完善起来的，在过去的时间里，国家相关部门对于铁路建设并没有提出较高的要求，无论是对轨道的线型还是轨道的平顺度。此外，由于当时科学技术和管理水平较落后，对于工程测量的勘测和施工等工作，相关部门并没有建立一套科学完善体系，工作中所采取的测量方法也不科学，从而导致轨道的几何参数与设计参数往往相差较远，对于轨道的整体质量造成了巨大影响。当前高速铁路精密工程测量，主要是根据轨道设计的线型采取科学合理的技术进行施工放样，在对轨道进行运行维护的时候，也应该根据上级单位下发的轨道线型采取合理的措施。

（二）、高速铁路精密测量控制网按分级布网的原则布设。就我国目前高速铁路精密测量控制网的整体布设来看，主要可以分为三个层次，即基础平面控制网、线路平面控制网和轨道控制网，每一层次都有其各自的功能，其中，基础平面控制网主要负责为轨道施工的勘测、施工以及运营维护等提供坐标基准。线路平面控制网主要为勘测和施工提供控制基准，而轨道控制网则主要是为轨道铺设和后期的运营提供控制基准。

（三）、高速铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系。近几年来，国家相关部门对于高速铁路工程施工质量的要求越来越高，对工程勘测数值与实际数值之间存在的偏差要求也越来越高。从理论上来说，边长投影变形的数值越小，对轨道平顺度的提升就越有利。

四、高速铁路精密工程测量精度指标

相关实践研究证实：在构建高速铁路精密工程测量技术标准的过程当中，最关键，同时也是首先需要解决的问题在于——对平面控制网、以及高程控制网精度要求的确定。通过此种方式，将高速铁路的施工控制在合理范围内，以保障后期运行的安全与稳定。因此，精度指标在选择与确定中，需要重点关注以下几个方面的问题：

1、平面控制测量基准指标的选择

选择平面控制测量基准指标的目的在于：为控制网平差计算提供初始数据支持。考虑到高速铁路对工程测量精度指标的严格要求，因此需要保障实际施工中基本尺度的统一性（主要是指现场测定数据与坐标反算边长数值的一致性）。当中，需要注意以下两个方面的问题：

（一）、高斯投影边长变形指标

高斯投影边长变形指标以地球曲面的椭圆形态为依据，在曲面几何图形投影至平面的过程当中，产生变形是在所难免的。在测量学研究视角下，高斯投影边长变形指标的计算方式为：

[测量边中点与中央子午线间隔距离?（单位：km）/2*地球曲率半径?（单位：km）]*测量边长（m）

（二）、高程投影边长变形指标

在将高程投影面作为参考椭圆体面的状态下，参考椭圆体面所接收到的地面测量边长投影也同样会产生一定的变形，这即所谓的高程投影边长变形。该指标的计算方式为：[测量边平均高程（单位：m）-投影面高程（单位：m）]/地球曲率半径（单位：km）

由于过大的边长投影变形数值会对高速铁路施工及后期运行产生不良的影响，因此在工程测量中，必须针对边长投影变形构建独立的坐标系统。结合上述指标的计算方式，为充分保障高速铁路工程建设的相关要求，就需要按照如下指标加以控制：边长投影变形值≤10mm/km。

2、高程控制测量基准指标的选择

现阶段，全国性统一采纳的高程基准为1985年版国家高程基准。考虑到高速铁路在线路长度、线路跨越管线等方面的特殊性，也为了保障高速铁路自身与周边相关交叉建筑物在高程关系上测量的准确与可靠，高程控制测量基准指标同样需要以1985年版国家高程基准为准。对于个别无1985版国家高程基准水准点的施工区域，可采取独立高程进行计算。但需要注意的是：在高速铁路全线高程测量贯通后，需要及时进行消除断高处理，并对独立高程进行计算与转换。

五、结束语

总而言之，高速铁路的建设是一项较为复杂系统的工程，在高速铁路工程建设中，应当合理运用精度测量技术，提高轨道铺设的精确度，加大对精密工程测量技术的研究力度，不断完善和創新，保证顺利地开展高铁施工，提高高速铁路的整体质量。

参考文献

[1]卢建康.论我国高速铁路精密工程测量技术体系及特点[J].高速铁路技术，2011

[2]何震群.分析高速铁路精密工程测量技术体系的建立及特点[J].城市建设理论研究，2013