对铁路施工期线上GNSS网更新原则的探讨

王作钰

（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

我国的铁路工程平面测量系统一般在框架网（CP0）的基础上分3级布设，分别为基础平面控制网（CPⅠ）、线路平面控制网（CPⅡ）和轨道控制网（CPⅢ）[1]。CPⅢ控制点布设于线上，以便轨道施工和精调，且要求每隔约600 m联测一个上级控制点，而线下的CPⅠ、CPⅡ控制点因遮挡很难被全站仪观测到，因此为满足CPⅢ的观测需求，通常在线下工程完工并通过沉降评估后再将CPⅡ控制点加密至线上。一般桥梁、路基段加密CPⅡ采用GNSS观测，隧道段采用导线或自由测站法观测。桥梁段加密点左右交替设置在固定支座上方的防撞墙上，路基段加密点沿线路左右交替布设在限界内便于CPⅢ控制网联测的位置，隧道段加密点设置在电缆槽顶面，这样既有利于点位的保护，又便于CPⅢ控制网的联测。

根据TB 10101-2018《铁路工程测量规范》[2]的相关要求，在长钢轨精调前，CPⅠ、洞内CPⅡ、线上加密CPⅡ、CPⅢ、线路水准基点和线上加密水准点应复测一次，线上加密CPⅡ复测后应根据评判标准确定最终成果，用于长钢轨精调。

1 平面控制网复测评判标准

TB 10101-2018《铁路工程测量规范》[2]在原规范的基础上进行了修订，其中平面控制网复测完善了以下方面：①平面控制网增加了测量等级，并对对应等级复测坐标之差设置了限差要求；②根据相邻点的边长，划分不同等级平面控制网坐标增量之差的相对精度（简称相对精度）的限差；③明确了各阶段平面控制网复测成果的采用原则。

线上加密CPⅡ一般采用二维平面坐标， GNSS观测时的评判方法为双限差法，即根据两期绝对坐标之差与相对精度进行评定[3-4]。具体的限差要求如表1所示[2]。

表1 GNSS平面控制网复测坐标较差限差要求

相对精度的计算公式为：

式中，S为相邻点原测二维平面距离；ΔXij、ΔYij分别为相邻点i与j之间原复测二维坐标差之差[5]。

复测结果与最近一次成果分析不满足评判标准时，应进行二次复测，并查明原因，采用同精度内插的方法更新成果[1]。GNSS复测相邻点间坐标增量之差的相对精度限差如表2所示。

表2 GNSS复测相邻点间坐标增量之差的相对精度限差

2 案例分析

南通至上海铁路一期工程（沪通一期）正线长约为137 km，线路起点在宁启线南通市平东站接轨，向南以桥梁方式跨越长江，经苏州市太仓市站向东，终点引入既有沪宁铁路安亭站，为国家Ⅰ级客货共线双线铁路。旅客列车设计行车速度为200 km/h，轨道类型为有砟，本项目无隧道工程。根据项目的轨道类型以及设计速度目标值，线上加密CPⅡ测量执行规范GNSS平面四等技术要求。

按照施工进度，线上加密CPⅡ于2017年底开始建网，2020年2月底—3月底完成复测。由于加密CPⅡ布设于线上，因此点间距易于控制，一般约为600 m。加密CPⅡ以复测的线下CPⅠ作为起算点，按照评判标准开展分析。本文通过分析沪通一期线上GNSS点复测情况发现，以下情况需进一步探讨成果的采用：

1）案例一：原复测坐标之差超限，而相对精度不超限。观测数据分析如表3所示，可以看出，C点的复测与建网坐标较差超过15 mm的限差要求，而本段控制点的相对精度满足限差1/40 000的要求。经再次复测确认，C点坐标需要更新，更新后最终成果与原坐标的差值为ΔX=7.4 mm、ΔY=-5.0 mm。扩展至无砟轨道，若按该方案更新，更新后该点附近的CPⅢ点将可能跟随其变化趋势，这将对无砟轨道施工带来不利影响。

表3 案例一观测数据的分析

2）案例二：出现连续超限的情况。观测数据分析如表4所示，可以看出，根据评判标准，本组数据双限差均存在不满足限差的情况，此时有两种更新方案：本段成果全部更新；选择部分坐标差值较小的点作为同精度内插的已知点进行局部更新。两种方法均满足评判标准要求，但最终成果有较大区别。

表4 案例二观测数据的分析

3）案例三：原复测坐标较差值小，但相对精度超限。观测数据分析如表5所示，本组数据在复测时较常见，沪通线按四等评判标准无需更新，但扩展至无砟轨道，复测坐标较差在5 mm以内，而相对精度超过三等限差1/60 000的复测评判标准，成果应更新。由于本组数据坐标较差均较小，因此出现需讨论更新A点还是B点的情况。

表5 案例三观测数据的分析

3 线上GNSS网更新原则的优化

由上述案例可知，除了施工过程中对点位的破坏、扰动以及加载造成点位的变化外，主要是由GNSS定位误差导致的成果变化。GNSS的定位误差主要分为3大类：GNSS信号的自身误差和人为误差；信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差；接收机所产生的GNSS信号测量误差[6]。复测结果与最近一次观测成果较差超限的通过二次复测进行确认，可判断建网成果是否存在较大的误差。排除建网误差因素后，加密CPⅡ的更新除评判标准外，还应考虑CPⅢ控制网的复测情况，以保持CPⅢ基准的统一、减小精调工作量[7]。线上GNSS网更新原则的优化方法为：

1）坐标较差小的CPⅡ不更新。若位于本应更新的CPⅡ附近的CPⅢ控制点建网与复测的坐标较差与相邻点坐标增量较差不超限，则不应因CPⅡ的相对精度超限而进行更新。

2）当出现案例一类似的情况，则可能是由于复测与建网的网形不同而导致坐标较差呈渐变特征。若CPⅡ采用原成果，CPⅢ控制点建网与复测的坐标较差与相邻点坐标增量较差不超限，则应按照CPⅡ复测原则，在该段中选择一个稳定可靠并满足约束点间相对精度的CPⅡ作为约束点，从而不更新CPⅡ点成果。

3）经现场核实确实存在施工造成的点位变化的，采用GNSS对超限点进行更新。若更新后CPⅡ附近的CPⅢ控制点建网与复测的坐标较差仍超限，则可能是由于GNSS系统误差导致与CPⅢ网的坐标变化不完全一致，此时拟采用CPⅢ控制网自由测站数据，通过其他CPⅡ以及需要更新CPⅡ点附近的CPⅢ反算该点坐标，再利用更新后的CPⅡ进行CPⅢ控制网计算。这种情况在无砟轨道施工时表现得更为突出，无砟轨道底座完成后无法调整，若CPⅡ更新与CPⅢ建网成果不一致，扣件的调整量不能满足平顺性要求或无余量，均对无砟轨道施工和后期维护不利。

还有一种特殊的情况，即线上CPⅡ满足评判标准要求，但CPⅢ控制网复测与建网出现超限的情况，主要表现为坐标较差的变化。分析其原因可能是，CPⅡ点因施工或荷载变化发生了少量变化，但GNSS复测表现为无需更新，采用全站仪进行CPⅢ复测时则表现为坐标较差超限的情况。这种情况虽然不会带来较大的影响，但增加了轨道精调的工作量，因此也建议采用CPⅢ控制网数据对CPⅡ进行更新。

4 结 语

线上加密CPⅡ复测评判标准确定的复测成果将作为CPⅢ复测的基准，直接影响轨道精调。本文通过对沪通铁路线上CPⅡ复测数据的分析，对复测评判标准进行了优化，得出应根据不同的轨道类型以及CPⅢ复测的成果分析来确定线上CPⅡ的成果采用情况的结论。由于规范没有进一步说明两次复测成果较差在何种情况下应更新原测坐标成果[8]，因此二次复测如何判定，数据如何使用仍需进行理论推导与实践总结。随着北斗技术的发展与应用，可实时提供精测网最精确的观测成果，线上加密CPⅡ不存在复测的周期[9]也将成为现实。