高速铁路衔接测量问题探讨

宋 帆

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)



高速铁路衔接测量问题探讨

宋 帆

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

新建高速铁路与既有高速铁路衔接需根据平面坐标系统采用的参考椭球确定坐标转换方式。参考椭球相同时，新建控制网加入既有控制网的国家约束点及CP0点，进行约束平差计算，然后进行各项坐标转换。参考椭球不同时，新建控制网需联测既有控制网的CPⅠ、CPⅡ控制点，进行约束平差计算。两个系统参考椭球、中央子午面及投影面均不相同时，首先计算出两个坐标系统共用控制点的坐标，在施工坐标系下计算公共点的边长及角度，进行距离及角度的比较，若精度符合要求，即可以公共控制点为基准，进行正线、联络线、支线的衔接，进而对里程进行推算。

高速铁路 衔接 测量 控制网

新建高速铁路两端需要连接到高速铁路主骨架网上。为了保证高速铁路线路平面及高程顺接，需要做好新建铁路与既有高速铁路的衔接测量工作。

各高速铁路建立测量控制网时间不同，采用的参考椭球不一致，计算采用的约束点不同，测量控制网未进行统一规划，测量控制点分布不均匀，测量控制网存在超短边、超长边情况，测量控制网精度不均匀，这些不利因素给测量控制网之间的衔接带来一定的难度。经过多条高速铁路测量工作实践，总结出高铁衔接测量的方法，提出了测量中应注意的问题，可为以后高速铁路测量工作提供借鉴。

1 高速铁路衔接的测量工作

新建铁路两端需要与既有线路平面及高程顺接，这就需要建立高等级测量控制网[1]。建立测量控制网，对既有高铁控制网进行联测，开展测量、计算、坐标转换工作，给设计提供准确的测量资料。

1.1 高速铁路衔接的相关测量工作内容

建立GPS平面控制网[2]；建立高程控制网；既有高铁平面及高程控制网的联测、资料分析利用；既有铁路正线及车站的测量；新建铁路正线、连接线、疏解线的测量；其中，控制网的建网及联测既有控制网是铁路衔接测量的核心工作，也是测量工作的难点。

1.2 高速铁路测量控制网的建立

(1)投影长度变形的计算

高速铁路坐标系统的选择应以投影长度变形不大于10 mm/km为原则[3]。 实测距离首先归算到参考椭球面上，再由参考椭球面上的边长归算到高斯投影面上，地面距离经过两次改正。高斯投影面上的长度与地面长度之差称之为长度综合变形[4]，为便于计算，其长度相对变形简易计算公式为

式中：s为归算边的长度；hm为归算边高出参考椭球面的平均大地高程；R为归算边所在方向参考椭球法截弧的曲率半径；ym为归算边两端点横坐标的平均值。

由上式可知，长度综合变形与测区所处投影带的位置和测区平均高程有关，可通过选择合适的中央子午线和高程面，把测区长度综合变形限制在一定范围内[5]，以满足工程测量的要求。

(2)铁路坐标系统的确定

铁路工程呈带状布设，沿线路设置有桥梁、隧道、路基等工程，铁路线路一般与公路、铁路、市政工程立体交叉，铁路线路两端与既有铁路连接[6]。

铁路工程采用坐标测量定位方法进行施工测量，工程测量要求由坐标反算的长度与地面测量值尽量一致，高速铁路工程测量要求投影长度变形值不宜大于10 mm/km。

根据新建铁路线路平面位置、线路高程、桥梁工程、隧道工程、站场枢纽工程、既有铁路工程等情况，测量人员沿铁路线路采集适当数量的平面及高程点，计算不同投影面上线路各位置的长度投影变形值。依据长度变形限值标准，将铁路线路划分为不同的坐标分带区域。坐标分带分界线应设置在便于施工的位置，一般设置在路基地段，坐标分带分界线不应设置在桥梁、隧道、车站及曲线上。铁路工程平面坐标系统一般采用国家坐标系统或工程独立坐标系统，桥梁、隧道可以采用工程独立坐标系统[7]。

(3)测量控制网的建立

高速铁路需要建立测量控制网，首先建立框架网CP0，然后分三级建立基础平面控制网CPⅠ、线路控制网CPⅡ及轨道控制网CPⅢ；CPⅠ按照点对布设(二等网)，点对间距不大于4 km；CPⅡ按照单点布设(三等网)，点间距离600～800 m；CPⅢ按照点对布设，点对间距50～70 m。采用静态GPS测量、全站仪测量的方式采集测量数据。对观测数据进行同步环、异步环、重复基线计算检核。采用GPS快速精密星历，用精密解算软件计算框架网[8]。以CP0为控制点进行约束平差，计算CPⅠ和CPⅡ点成果。

1.3 高速铁路控制网的衔接测量

“四纵四横”高速铁路相继建成，各线路均建立框架控制网CP0，测量控制网采用了不同的参考椭球。参考椭球主要有WGS84椭球、2000国家系统参考椭球及其他参考椭球，测量控制网以2000国家GPS控制点为控制点进行约束，各线路控制网相对精度较高，满足高铁工程施工要求[9]。

各高速铁路建立测量控制网时间不同，建网采用的参考椭球不一致，计算采用的约束点不同，测量控制网未进行统一规划，测量控制点分布不均匀，测量控制网存在超短边、超长边，测量控制网精度不均匀，特别是在高速铁路的两端，因约束点位置的不同，其线路两端测量点点位误差较大。不同高速铁路之间难以衔接，给施工及其后期运营维护带来很大的不便。

为了与既有高铁控制网衔接，新建高铁建立测量控制网时，首先建立框架网CP0，将邻近高铁建网时采用的国家控制点一并纳入，在线路两端连接相邻铁路的多个CP0控制点。CPⅠ和CPⅡ建网时，对于相邻铁路的CPⅠ和CPⅡ控制点，按照同等级同方法进行联测[10]并测量轨道中心坐标进行检查。

若相邻铁路测量控制网采用的参考椭球相同，框架网CP0加入邻近线路采用的国家约束点及相邻的CP0点，进行约束平差计算，若控制点兼容性良好，各项测量限差满足要求，测量精度满足规范，则说明相邻铁路的控制网精度高，衔接良好。对相邻铁路的控制点进行坐标转换，完成铁路线路连接工作。

若相邻铁路测量控制网采用的参考椭球相同，但控制点不兼容，或者采用的参考椭球不相同，说明两个测量控制网系统不一致，新建铁路应单独建立CP0、CPⅠ、CPⅡ控制网，联测邻近线路采用的国家约束点及邻近的CP0、CPⅠ、CPⅡ控制点，计算相邻控制网公共边的长度及其方位角并进行检查比较。若距离及角度精度满足要求，说明两个控制网相对精度高，可以分别控制设计线路。利用相邻铁路测量控制网公共点，采用平面七参数转换的方式，进行控制点坐标转换，用于相邻铁路线路连接设计。

2 实例

2.1 参考椭球相同情况下测量衔接

在建合肥至安庆段城际铁路(简称合安城际)引入安庆站，速度目标值为350 km/h。新建安庆至九江铁路(简称安九铁路)自安庆西站引出，经九江引入庐山站，线路正线长约171 km，速度目标值为350 km/h。从安庆站引出安庆支线，并设置联络线使合安线与安庆支线连接。

在安庆站，合安城际平面采用2000国家坐标系统，中央子午线为117°；安九铁路平面坐标系统采用2000国家坐标系参考椭球，中央子午线为117°，投影面大地高为35 m。安九铁路建网时，联测合安城际CP0、CPⅠ控制点，进行基线计算，完成WGS84无约束平差。以国家B级GPS点为控制点进行约束平差计算，测量精度满足规范要求，其初算成果与合安城际成果转换至2000国家坐标系进行比较(如表1)，坐标较差小于2 cm，说明两个控制网精度满足要求，可以顺接。

两条铁路坐标系统采用椭球一致，测量约束控制点均为国家B级GPS点。加入合安线采用的国家B级GPS点及CP0点，经约束平差计算，控制网精度满足规范要求。两条铁路线控制网衔接良好，参考椭球相同，系统之间可进行坐标转换。

安九铁路线路设计时，需要确定接线边位置，选取安庆站的两条边，每边上取两个点，计算四个里程点(DK156+200、DK156+600、DK163+300、DK163+500)的平面坐标。以此四个点为基准，进行正线、联络线、支线的线路衔接，对里程进行推算。合安线正在施工，用两条线的控制点分别放设安庆至九江铁路中线，其点位偏差在允许范围内，效果良好。

表1 合安城际与安九铁路坐标比较

2.2 参考椭球不相同情况下测量衔接

在建瑞九城际铁路自瑞昌市经庐山站接入九江站，速度目标值为200 km/h。安九铁路正线双线沿瑞九铁路双线两侧引入，引入后自安九铁路正线双线分别设计渡线与瑞九铁路正线双线衔接，安九铁路速度目标值为350 km/h。

在庐山站，瑞九城际铁路平面坐标系统采用WGS84参考椭球，中央子午线115°45′，投影面大地高50 m；安九铁路平面坐标系统采用2000国家坐标系参考椭球，中央子午线为116°，投影面大地高为50 m。

安九铁路建网时，联测瑞九城际庐山站附近的CPⅠ、CPⅡ控制点，以国家点进行约束，经平差计算，测量精度满足规范要求。两条铁路控制网坐标系统采用不同椭球，在施工坐标系统下，计算公共点的边长及角度。比较后可以看出，距离相对精度高，控制点组成的角度一致，说明两个控制网相对精度较高，可以进行顺接(如表2)。

表2 安九铁路与瑞九铁路控制点 距离及角度比较

线路设计中，以两条铁路控制网的公共点为基准，计算转换参数，进行坐标系统之间的转换，完成正线、联络线、支线的线路衔接，推算线路里程。

用两条铁路线的控制点分别放设安九铁路中线，其点位偏差在允许范围内，效果良好。

3 结束语

高速铁路设计时，新建铁路需要与两端既有高速铁路进行衔接，联测既有高速铁路控制网，计算公共点的坐标，根据平面坐标系统采用的参考椭球是否相同，确定坐标转换的方式，进行铁路正线、联络线、支线的线路衔接，对里程进行推算。

相邻铁路控制网坐标系统采用相同参考椭球时，新建控制网加入既有高铁控制网采用的国家约束点及相邻的CP0点，进行约束平差计算，在各项限差满足要求后，计算工程坐标系控制点坐标，系统之间进行坐标转换计算，用于线路连接。

相邻铁路控制网坐标系统采用不同参考椭球时，新建控制网联测既有高铁CPⅠ、CPⅡ控制点，进行约束平差计算，在各项限差满足要求后，计算工程坐标系控制点坐标。

两个系统参考椭球、中央子午线及投影面均不相同时，先确定两条铁路公共测量控制点，计算出不同坐标系统中共用控制点的坐标，在施工坐标系统下计算公共点的边长及角度，比较长度相对精度，检查角度较差，若距离相对精度高，控制点组成的角度一致，说明两个控制网相对精度较高，可以进行衔接。以公共控制点为基准，进行正线、联络线、支线的线路衔接，对里程进行推算。

[1] 党亚民，成英燕，薛树强.大地坐标系统及其应用[M].北京:测绘出版社，2010

[2] GB/ T18314—2001全球定位系统(GPS)测量规范[S]

[3] TB 10601—2009高速铁路工程测量规范[S]

[4] 刘基余，李征航，等.全球定位系统原理及其应用[M].北京:测绘出版社，1993

[5] 李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版，2011

[6] GB50090—2006铁路线路设计规范[S]

[7] TB 10105—2009铁路工程测量规范[S]

[8] 李征航，张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M].武汉:武汉大学出版社，2009

[9] 周东卫.高速铁路CP0框架控制网数据处理模式与方法研究[J].铁道标准设计，2015(3):11-16

[10]武瑞宏.高速铁路精密控制测量网有关问题的探讨[J].铁道勘察，2008(5):1-3

Discussion about the Measrement of the High Speed Railway’s Connection

SONG Fan

2016-08-16

宋 帆(1970—)，男，1993年毕业于西安矿业学院工程测量专业，高级工程师。

1672-7479(2016)06-0010-03

U212.24

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