高铁精密工程测量技术与应用

王吉星 刘树良

（1.昌九城际铁路公司 江西南昌330002；2.江西省地矿测绘院 江西南昌 330030）

1 前言

昌赣高铁位于江西省中南部，北连江西省会南昌市，南接江西重镇赣州市，衔接昌九城际、沪昆客专、昌福、井冈山、赣龙等铁路，辐射赣中南主要大中城市，是国家《中长期铁路网规划》“八纵八横”高速铁路大通道京港高铁的重要组成部分，其修建具有十分重要的意义。昌赣高铁线路全长415.165km，线路穿越罗霄山脉、武夷山脉及赣抚中游河谷阶地，地形复杂，山区高差起伏大。线路设计有两座大于10km的长大隧道（万安隧道13.92km、兴国隧道10.35km），线路采用大跨连续梁形式多次跨越赣江，如何建立全线统一的工程独立坐标系统、提高长大隧道控制网的精度以及在大跨连续梁段落完成高精度CPⅢ轨道控制网的测设，是确保昌赣高铁无砟轨道的精准铺设的决定因素。

2 精密工程测量技术与应用

2.1全线统一工程独立坐标系统的建立

昌赣高铁全线按照分级布网、逐级控制的原则建立平面和高程精密工程测量控制网。平面控制网在CP0基础框架平面控制网的基础上分三级布设[1]、分别为CPⅠ基础平面控制网，主要为勘测、施工、运营维护提供控制基准；CPII线路平面控制网，主要为勘察和施工提供控制基准；CPⅢ轨道三维控制网，主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。高程控制网分两级布设，分别为线路二等水准基点控制网，主要为勘测设计、施工提供高程基准；CPⅢ轨道控制网，为高速铁路轨道施工、运营维护提供高程基准[1]。

昌赣高铁CP0基础框架平面控制点按50km左右设置一座，点位选择在距线路两侧10km范围内、交通便利、满足GNSS观测条件且便于长久保存的位置。全线共设置CP0控制桩10座，点位布设时利用沿线分布均匀，能满足CP0点位要求的国家GNSS A级点5个。框架平面控制网(CP0)点框架网基线解算时采用精密星历长基线GAMIT 10.5高精度解算软件，采用基准站技术，以上海站SHAO、台湾TWTF及北京BJFS 3个IGS连续运行参考站为基准点进行基线解算，采用AUTO CLEAN周跳自动修复技术探测与修复周跳，从而获取精确的基线解算结果。网平差时选择了2个兼容性较好的国家GNSS A级点参与约束平差，将其它CP0点均作为未知点，在国家CGCS2000系统下进行三维整体平差处理，获得了高精度的CP0控制点成果，为昌赣客专CPI控制网提供了可靠的起算基准。

昌赣高铁CPⅠ基础平面控制点沿线路走向4km左右布设一个，隧道长度大于1km时，在隧道洞口布设一对CPI点，保持通视，间距为600m～800m；CPⅡ线路控制点沿线路走向布设，点间距为600m～800m，通视困难时，在远离线路位置布设方向点；CPⅠ、CPII控制网基线解算采用广播星历，使用徕卡公司的商用软件LGO 7.01进行基线解算，解算采用双差固定解，加入了电离层、对流层模型改正，解算基线进行异步环和重复基线质量检验，基线质量满足规范后，以联测的CP0三维空间直角坐标作为起算数据对CPⅠ基础控制网进行三维整体约束平差，获得全线CPI点成果，CPⅡ基线网平差以联测的CPⅠ为起算数据进行二维约束平差，获得全线CPII点成果。

昌赣高铁全线二等水准基点沿线路走向2km布设一个，高程控制网以联测的7处国家一等水准点成果为起算，进行整体严密平差，获得全线二等水准基点成果。

昌赣高铁CP0框架控制网、CPⅠ基础平面控制网、CPⅡ线路平面控制网和线路二等水准基点高程控制网的建立，严格按技术方案组织实施。通过严密数据处理方法，获得了高精度的CPⅠ、CPⅡ和二等水准线路控制网成果，实现了全线控制网的基准统一。全线共埋设CPⅠ点147个，CPⅡ点479个和206个水准基点，组成完整统一的工程独立坐标系统。

2.2隧道控制网的建立

昌赣高铁设计有2座大于10km的隧道（万安隧道13.92km、兴国隧道10.35km），这两座隧道采用“长隧短打”组织施工，施工导线在施工期间分段建立，受制于斜井条件限制、导线边长普遍较短，施工导线精度无法满足高速铁路轨道铺设的要求。

在隧道整体贯通，围岩、仰拱及二次衬砌变形稳定后，采用交叉导线控制网形式建立万安隧道、兴国隧道洞内CPⅡ导线隧道二等控制网，以满足隧道CPⅢ轨道控制网起闭精度要求。为提高隧道控制网的精度，综合考虑垂线偏差、大气折光和隧道实际贯通误差对隧道CPII导线网的测量和平差影响[3]，主要采取了以下技术措施：首先，在洞外CPⅠ控制点的基础上重新布设与洞口基本等高的加密点，并保证后视点边长大于500m以上，有效削弱垂线偏差的影响；其次，两座隧道均为曲线隧道，在保证导线边长的情况下，视线距离隧道侧壁往往较近，水平角度、距离观测精度受到旁折光影响不可忽视。为了减弱旁折光的影响，采取在曲线隧道整体规划布点位置，确保曲线内侧的控制点间的视线远离侧壁在1.5m以上，在半径较小段落采用将控制点设置在隧道中间的排水沟顶等措施，有效削弱了旁折光对测距、测角精度的影响，确保了控制网成果的可靠性；此外，隧道CPII控制网所控制的隧道中线一般与施工导线网确定的隧道中线存在一定差异，为了使得隧道贯通CPⅡ导线网确定的隧道中线与实际贯通后的隧道中线尽量保持一致，CPII网测量时，将CPⅡ网与洞内施工导线点进行联测，通过制定专项隧道CPII网平差方案，将满足CPII网精度的洞内施工导线点作为坐标约束点参与CPII导线网整网约束平差，在满足隧道CPⅢ轨道控制网起闭精度要求的前提下，最大限度的保证了隧道CPII控制网和隧道贯通中线位置的一致性，即确保了隧道CPII控制网精度满足洞内无砟轨道铺设平顺性的要求，也避免了轨道结构侵入隧道建筑限界，造成工程返工。

2.3大跨连续梁段落CPⅢ轨道控制网的建立

昌赣高铁多次采用大跨连续梁形式跨越赣江，赣州赣江特大桥主跨长300米，是国内首座大跨高速铁路斜拉桥。受环境温度的变化，梁体变形客观存在。CPⅢ点每50-70米布设一对点，大跨连续梁由于不能保证每个CPⅢ点均布置在桥梁固定支座端，使得布设在连续梁段落的CPⅢ点在不同时间、环境及荷载的情况下坐标出现明显差异，环境温度变化大时，会导致现场设站精度达不到规范要求。为确保现场测设精度，现场主要采取了以下技术措施：首先，统一规划布点里程，优先选择主墩位置布设CPⅢ点位，在通视条件良好的段落适当加大CPⅢ间距至90米；其次，整个连续梁或特殊孔跨段落测量过程尽量在同一时间、同一温度、环境下施测，确保连续梁段落CPⅢ轨道控制网达到高精度要求；此外，尽量在同样环境条件下使用CPⅢ成果，若相隔时间较长或温度、环境、荷载有较大的变化，设站精度超限时，CPⅢ成果须重新复测后使用。

通过现场有效的组织控制，现场采用自由设站进行轨道板铺设、长轨精调时的设站精度均达到0.7mm，满足了现行规范的精度要求。

2.4“三网合一”测量体系的应用

高速铁路在勘察设计、结构施工、运营维护的各个阶段，均采用控制网进行结构物的坐标点位放样，因此必须保证各阶段控制网放样点位的一致性。如果勘察设计、线下工程施工和线上无砟轨道施工采用的坐标系统不统一，将会造成线下工程线位偏离设计位置，甚至造成净空限界不足，无法满足线上无砟轨道施工要求。为高质量、高效率服务于工程建设的各个阶段，高速铁路加密工程测量要求勘测设计控制网、工程施工控制网、运营维护控制网的坐标高程系统统一、起算基准统一和测量精度的协调统一，即“三网合一”[2]。

昌赣高铁通过各级控制网的设计，实现了勘察设计控制网，施工控制网及运营维护控制网的“三网合一”，“三网合一”建立在统一的起算基准基础上，各级控制网在各阶段基准统一、精度一致，较好的避免了由于各阶段控制网不统一造成的线下工程偏位问题，避免线下工程出现返修、返工，为昌赣高铁全线顺利铺轨奠定了基础。此外“三网合一”建立也为后期的控制网复测维护提供了可靠的保证。

2.5各级控制网的复测和维护

高速铁路工程测量贯穿了勘察设计、线下工程施工、线上无砟轨道施工、竣工验收测量、后期运营维护等各个阶段，建设和使用周期长，在此期间控制网标石损毁不可避免，严重影响到控制网的完整性、稳定性、可靠性。昌赣高铁实施过程中严格按照高铁测量要求的“三网合一”体系开展工作，对破坏点、不稳定点及时进行补设、移设，并按照与原测相同的测量等级和标准进行补测，采用同精度扩展的方法、以补桩点周边同级的控制点作为起算，按照拟稳平差或约束平差的方法，获得补设点的坐标，这样既保证了补设点与原测网之间相对精度满足原网一致的精度要求，又使控制网整体性、一致性得到了及时恢复。通过各阶段控制网的复测维护工作，实现了勘测设计控制网、工程施工控制网、运营维护控制网坐标高程系统统一、起算基准统一和测量精度的协调统一。

昌赣高铁根据施工需要对全线各级控制网开展了不定期复测维护，复测周期一般为半年。此外由设计单位对全线控制网在CPⅢ建网前、静态验收前共进行了二次全面复测，有效的保证了控制网的完整性、系统性、一致性、为工程建设各个阶段提供了可靠的控制基准。

3 结束语

昌赣高铁作为国家《中长期铁路网规划》“八纵八横”高速铁路大通道，京港高铁的重要组成部分，其具有建设周期长、技术标准高、建设工期紧、工程建设难度大的特点。精密工程测量技术的应用满足了昌赣高铁勘测设计、施工建设和运营维护各阶段的工程需要。2019年8月昌赣高铁精密测量控制网成果顺利通过专家评审验收，各项精度指标满足规范要求，昌赣高铁精密工程测量技术与应用对类似工程建设提供的经验可以借鉴。