项目二 精密工程测量
一、项目描述
轨道的高平顺性是高速铁路最突出的特点，同时也是高速铁路建设成败的关键之一。为了保证轨道的高平顺性，线路必须具备非常准确的几何参数，测量误差必须保持在毫米级范围内，对测量精度提出了很高的要求。其测量方法、测量精度要高度重视，均要求进行高精度的控制测量，目的是将设计的高速铁路轨道位置、形状及高程，在地面准确地标定出来，确保高速铁路轨道线路平顺性。我们把适合高速铁路工程测量的技术体系称为高速铁路精密工程测量。
精密网：CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ、二等水准和精密水准。
二、相关理论知识
（一）高速铁路精密工程测量体系的必要性
为了达到高速行驶条件下旅客列车的安全和舒适，高速铁路应满足：
（1）严格按照设计的线形施工，即保持精确的几何线性参数。
（2）必须具有非常高的平顺性，精度要保持在毫米级的范围以内。
根据《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》及《高速铁路轨道工程施工技术指南》，无砟轨道和有砟轨道铺设精度标准见表1-1～表1-4。
表1-1 高速铁路无砟轨道静态平顺度允许偏差值（mm）
表1-2 高速铁路有砟轨道静态平顺度允许偏差值（mm）
表1-3 高速铁路有砟轨道高程、轨道中心、线间距允许偏差值（mm）
表1-4 高速铁路无砟轨道高程、轨道中心、线间距允许偏差值（mm）
从表1-1～表1-4可知，要实现客运专线铁路轨道的高平顺性、舒适性的要求，除了对高速铁路线下工程和轨道工程的设计施工等有特殊的要求外，必须建立一套与之相适应的精密工程测量体系，必须具有较高的铺设精度。为此，德国和中国对于时速200km及以上铁路的轨道平顺度均制定了较高的精度标准。
对于无砟轨道，轨道施工完成后基本不再具备调整的可能性，由于施工误差、线路运营以及线下基础沉降所引起的轨道变形只能依靠扣件进行微量的调整。高速铁路扣件技术条件中规定扣件的轨距调整量为±10mm，高低调整量为+26mm～-4mm，因此用于施工误差的调整量非常小，这就要求对无砟轨道有着较有砟轨道更严格的施工精度控制标准。
（二）国外高速铁路无砟轨道工程测量技术（以德国为例）
工程测量控制网包括平面控制和高程控制两部分，一般采用逐级控制的方式形成完善的工程测量控制网。分级控制的级数根据国家控制点的精度和密度来确定。对于大型桥梁和长大隧道等构筑物工程还应给予特殊考虑，建立局部专门工程控制网来保证精度。
1.大地测量基准
德国铁路针对所有铁路线路技术而采用的大地测量基准数据是以德国土地测量管理部门的ETRF89为基础的DB-REF，采用七参数转换，可以实现由ETRF89转换到局部参考椭圆体，使用3°带高斯——克吕格投影将球面坐标投影到平面上。
2.控制网基准
永久标志的控制基准点用大地测量方法来测定，并作为固定标志导入德国铁路的信息系统中，由于它们具有较高的测量精度、可靠性和稳定性，因此这些控制基准点构成了德国铁路的基准控制网。据资料介绍，德国高速铁路采用MKS定义的特殊技术坐标网。MKS可根据需要把地球表面正形投影到设计或计算平面上，发生的不可避免的长度变形限定在10mm/km的数量级上。
基准控制网与坐标框架建立了固定的关系（如在地理信息系统中），对铁路线路的测量、评价和分析均以坐标为基础。与此对应，所有以坐标为基础的测量、评价和分析方法也必须以DB-REF的基准控制网为基础。新控制基准点只能在DB-REF系统中加密。对于特殊的测量网，可以在与DB-REF不一致的系统中测定坐标。既有基准控制网的加密和扩展必须在所规划的施工措施范围内（新建、扩建、改建和维修作业）进行。在建立和计算新的控制基准点时，必须遵守铁路工程测量的有关规范。
3.控制网体系
控制基准点分为三维控制基准点、水平控制基准点和高程控制基准点。对于非三维控制基准点，需要以分米级的精度针对新控制基准点给出所缺少的维数。所有新控制基准点必须以三维方式设置和测定，取决于精度、测定方法、使用目的及与相邻控制基准点的距离，控制点的状态可以表明控制基准点的质量（表1-5）。
表1-5 控制基准点的质量
4.控制点密度
控制基准点之间的距离必须要确保能够经济地进行测量作业，具体见表1-6。
表1-6 控制点的密度
控制基准点的建立以最小费用为原则，应便于使用，点位稳定可靠、经济实用，且尽可能靠近线路。设立在国家铁路地域的控制基准点，必须满足下列要求：稳固、持久；位于铁路交通和个人交通的范围之外；满足事故预防的规定；能够安置仪器；允许搁置3m的水准尺；容易发现和使用；不因以后的房屋建造、施工和维护作业而遭破坏；优先测设在建筑物和大楼旁或其上。
在设置控制点时，应当针对测定和今后的利用来考虑所采用的测量和评价方法。对于PS1～PS4的控制基准点，可以绘制点之记，以便在今后寻找。
5.平面控制网网形
德国铁路的平面控制网分为PS0、PS1、PS2和PS4四级，网形如图1-14～图1-16所示。
德国国家控制网点的间隔为30～50km，加密的PS0点间隔为4km左右，且远离施工区，由静态GPS来测定。PS0控制网精度相当于我国高速铁路无砟轨道控制网CPⅠ（图1-14）。
图1-14 PS0控制网
PS1控制网是在PS0控制网的基础上进行加密测量得到。PS1控制点沿线路单侧布设，点间距800～1000m，位于施工区内，与线路的距离不大于15m。PS1控制网精度相当于我国高速铁路无砟轨道控制网CPⅡ（图1-15）。
PS4控制网测量为两种不同方法建立。一种是在PS1和PS2控制网的基础上采用导线测量的方法进行加密测量，相距150～250m，如图1-16（a）所示；另一种是通过自由设站或后方交会对PS4控制网进行测量，如图1-16（b）所示。PS4控制点沿铁路线路两侧对称布设，为轨道铺设控制网，相邻两点间距为60m。PS4控制网相当于我国无砟轨道铺设时的CPⅢ和加密控制基桩。
图1-15 PS1控制网
图1-16 PS4控制网
6.控制网测量技术标准
建立高精度高速铁路工程控制网的目的，是为了保证施工时轨道的绝对和相对定位达到设计标准。德国高铁控制标准分别是博格公司控制网精度标准（表1-7）和德铁DS833的控制网精度标准（表1-8）。
表1-7 博格公司控制网精度标准
博格公司在京津城际施工期间，曾作出调整：线路导线网和建筑物特殊网合并建设，精度要求：每180～200m，水平位置3mm，高程1mm。
表1-8 德铁DS833的控制网精度标准
