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1、我国高速铁路及客运专线工程测量体系的发展(一) 传统铁路工程测量传统铁路工程勘测设计、施工测量采用导线法测设线路中线。导线测量和中线测量精度偏低，对轨道工程 精度考虑较少。中线测量依据初测导线点、航测外控点、典型地物点或GPS点采用拨角法或支距法或极坐标法 测设交点或转点，施测曲线控制桩。根据交点、转点和曲线控制桩测设线路中线，一般用偏角法测设曲线。高 程测量为五等水准。轨道工程依据线路中桩及引放的外移桩进行轨道铺设。测量基桩的埋设标准很低。在运营维护中，轨道工程主要采用弦线法进行养护维修。直线依据中桩外移桩，曲线依据曲线控制桩接正 矢法进行轨道养护。由于基桩埋设标准低，基桩测设精度偏低，存在
2、线路测量可重复性较差，中线控制桩连续 丢失后很难进行恢复等缺点，造成运营线路直线不直、曲线偏移，曲线半径等要素出现偏差，超高设置与半径 不匹配等现象，致使列车提速后舒适度下降。这些现象在铁路大提速中已有明显反映，显现出传统的测量体系 和方法已不能满足客运专线建设需要。(二) 客运专线建设初期的主要测量标准和测量实践1. 秦沈客运专线在1999年开工建设的秦沈客运专线中，设计院利用GPS技术，测导线控制点，施工单位依据设计院导线控 制网采用导线法测设长大直线和曲线。在轨道施工中开始引进轨道检测仪对轨道几何状态进行检测。2. 京沪高速铁路测量暂行规定2003年，原铁道部高速铁路办公室依据“八五二“
3、九五”国家重点科技攻关计划专题“高速铁路线桥隧站 设计参数与技术条件的研究”等有关成果，吸取了秦沈客运专线测量的实践经验，编制了京沪高速铁路测量 暂行规定(铁建设2003 13号)。其主要测量设计思路为:按线路中线点之间的相对中误差为1/10000，使用 国家三等大地点，用GPS测量加密相当国家四等大地点，在GPS点的基础上做铁路五等导线，利用导线点测设 线路中线控制点和铺设轨道。加密四等大地点按GPS测量D级网的技术要求测设。铁路五等附合导线测量的相 对闭合限差为1/20000。为使实际地面测量不受影响，规定投影长度变形不大于1/40000，即每千米不大于2.5cm。 高程测量采用四等水准测
4、量线路的中线测量标准同新建铁路工程测量规范(TB10101 99)。轨道工程的铺设与维护仍延续传统的相 对测量方法，不能避免传统铁路出现的问题，尤其不适用于无碴轨道施工。3. 京津城际铁路的测量实践在客运专线铁路建设初期，京津城际、武广、郑西等客运专线均参照京沪高速铁路测量暂行规定设置 测量控制网进行施工。随着对高速铁路测量工作认识的不断深化，发现以下4个方面问题，不适用于无碴轨道 施工，在京津城际铁路建设中最早暴露出来。(l) 控制点埋石标准低。京沪高速铁路测量暂行规定控制点埋石标准与新建铁路工程测量规范 (TB10101 99)控制点埋石标准相同，控制点埋深浅，标石规格低，在沉降区域和其他
5、地基不稳定区域控制点 不稳定，对建设和运营维护中的高精度控制和沉降观测造成影响。(2) 控制网精度低。控制网测量精度不能满足轨道平顺性要求，建成后轨道的平顺性，尤其是长波不平顺 很难保证。测量标准与国外高速铁路测量标准有较大差距。（3）网点布局不合理。由于对控制网没有进行系统设计，网点布局不合理，不能满足无碴轨道高精度测量 要求。（4）施工控制测量接口多，控制测量方法和执行标准尺度不一。客运专线线下工程的控制测量应满足无碴 轨道误差要求。我国客运专线与国外不同，地形复杂，长桥、长隧是基本特色。但长桥和长隧的控制测量仅由 施工单位对单项工程建网进行控制，施工单位各自为政，没有进行统一的布网测设要
6、求和标准，没有统筹考虑 线下工程的测量标准要满足无碴轨道施工要求。针对以上问题，建设单位立即在京津城际启动应急测量网建设，应急网采用平面三等导线、高程二等水准 标准进行测设，较设计交桩网采用平面五等导线、高程四等水准精度和标准有较大提高。应急网建成后迅速对 已建桥梁墩台进行了复核，对已完成的691个墩台中横向超标的有98个，最大偏差57mm;纵向超标的有102个， 最大偏差55mm;最大高程偏差128mm，平均一31.7mm，多为负偏差。经分析，平面偏差均为测量网间测量标准差异造成，高程偏差受水准点埋石标准较低及区域地质沉降影响。 随后对全线出现的偏差均采用技术和工程措施进行了妥善处理，并启动
7、了精测网建设，铁三院承担了基础网至 轨道设标网（GVP/CPm）间的全部测量工作，施工单位承担了无碴轨道的轨道基准点GRP）和轨道板精调安装 的测量工作，确保了无碴轨道施工精度。京津城际铁路经轨道静、动态检测，总体精度情况良好。以上偏差也 充分证明了客运专线铁路建设高精度测量网的重要性和必要性。京津的实践也说明，京沪高速铁路测量暂行规定受当时对高速铁路，尤其是无碴轨道客运专线的认识局 限，对控制网的设计要求及精度标准还有不足，但提出了分级设网的雏形，提高了测量精度要求，在客运专线 建设中起到了重要的承上启下作用。（三）现行的客运专线测量标准随着对客运专线铁路测量认识的逐步深化，铁道部组织铁道第
8、二勘察设计院和西南交通大学开展了无碴轨 道工程测量控制网精度研究，依据高速铁路轨道平顺性要求，参考国外高速铁路测量标准，提出了平面和高程 控制网精度标准。根据研究成果，组织编制和颁布了客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设 2006189号）和时速200-250公里有碴轨道铁路工程测量指南（试行）（铁建设函200776号），提出了 勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网“三网合一”的要求，设计了基础平面控制网CPI、线路控制网CP II和基桩控制网CPIII三级测量控制网，对控制网网型和测量精度做出了明确要求。高程控制网按无碴和有碴分 别提高为二等和三等水准测量施测。提出了客运专线铁路工
9、程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值W 10mm/km （无碴）/25mm/m （有碴）的工程独立坐标系。同时提出了客运专线无碴轨道铁路工程控制测量完成后， 应由建设单位组织评估验收的要求，并制定了评估验收内容和要求。并借鉴国外测量标准，提出了控制点的定 位精度。通过以上技术措施，为实现线路的坐标控制绝对定位创造了条件。武广、郑西、哈大等时速300-350km 客运专线和京沪高速铁路均按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定布设了 CPI、CPI控制网和高程控 制网，并布设了部分CPm控制网。石太、合武、合宁、温福、福厦、广珠城际等时速200-250km客运专线也 按新的测量标准设计和施设了平
10、面和高程控制网，并采取积极、稳妥的技术和管理措施处置了新旧测量网测量 精度不同造成的测量偏差。客运专线无碴轨道铁路工程测量概述（一）客运专线无碴轨道铁路工程测量工作流程客运专线无碴轨道铁路工程测量是客运专线无碴轨道工程建设的一项先行的基础工作，为无碴轨道工程建 设各阶段提供可靠的测量保障。客运专线无碴轨道铁路工程测量分为勘测、施工、运营维护三个阶段，其基本工作流程如下图：客运专线铁路无磷就道工程测皇lT淑设计卜一 一送营阶段-图5-1-1客运专线无碴轨道铁路工程测量工作流程（二）客运专线无碴轨道铁路工程测量平面坐标系客运专线无碴轨道铁路工程测量平面坐标系应采用边长投影变形值W10mm/km的工
11、程独立坐标系统，并引 入1954年北京坐标系/1980年西安坐标系。无碴轨道工程测量精度要求高，施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。 由于地球面是一个椭球曲面，地面上的测量数据需投影到施工平面上，曲面上的几何图形在投影到平面时，不 可避免地会产生变形。采用国家3带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到3 4 0 m m/k m。 这对无碴轨道的施工是很不利的，它远远大于目前普遍使用的全站仪测距精度（110 mm/km），对工程施工的 影响呈系统性。从理论上来说，边长投影变形值越小越有利，因此规定无碴轨道铁路工程测量控制网采用工程独 立坐标系，把边长投影变
12、形值控制在10 mm/km，以满足无碴轨道施工测量的要求。1954年北京坐标系和1980年西安坐标系是目前国家控制网和现行铁路工程测量各种规范规定采用的坐标 系统。采用这一坐标系可使客运专线测量成果纳入全国统一的坐标系统，也便于各单位测量成果的相互联系和 利用，满足城市规划的要求。（三）客运专线无碴轨道铁路工程测量的高程系统1985国家高程基准是全国统一使用的国家高程基准，客运专线线路长，与道路、管线、河流及市政设施交 叉频繁，为了准确测量客运专线与交叉物的高程关系，因此客运专线无碴轨道铁路工程测量的高程系统应采用 1985国家高程基准。当个别地段无1985国家高程基准的水准点时，可引用其他高
13、程系统或以独立高程起算。 但在全线高程测量贯通后，应消除断高，换算成1985国家高程基准；困难时，亦应换算成全线统一的高程系统。（四）客运专线无碴轨道铁路工程控制测量“三网合一”的测量体系客运专线无碴轨道铁路工程测量的平面和高程控制网，按施测阶段、施测目的和功能的不同，分为勘测控 制网、施工控制网和运营维护控制网，简称“三网”。各阶段的平面控制测量应共同使用一个GPS基础平面控制 网。勘测控制网是指包括基础平面控制网在内，在勘测设计阶段为满足客运专线铁路无碴轨道工程勘测设计和 向施工单位进行交桩而进行的平面、高程测量，它包括了线路控制网。施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网基础上为满足
14、施工而建立的各级平面高程控制网。运营维护控制网是在无碴轨道工程竣工后，施工单位交给运营单位为运营阶段对无碴轨道工程进行变形监 测和运营维护的平面、高程控制网，它包括了基础平面控制网、二等水准网、线路控制网、基桩控制网等。与有碴轨道相比，无碴轨道的最大特点是工程施工工艺和精度要求高，运营维护技术特殊，周期长。为保 证控制网的测量成果质量满足勘测、施工、运营维护三个阶段测量的要求，适应无碴轨道铁路工程建设和运营 管理的需要，三个阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准，简称“三网合一”。其内容和要求：一是“三 网”坐标高程系统的统一。在无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段均采
15、用坐标定位 控制，因此必须保证“三网”坐标高程系统的统一，无碴轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护工 作才能顺利进行。二是“三网”起算基准的统一。“三网”平面测量应以基础平面控制网CPI为平面控制基准， 高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。三是线下工程施工控制网与轨道施工控制网、运营维护控制 网的坐标高程系统和起算基准的统一。四是“三网”测量精度的协调统一。（五）客运专线无碴轨道铁路工程平面控制测量分三级布网的布设原则客运专线无碴轨道必须具有高精度的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围，测量控制网的精度在满 足线下工程施工控制测量要求的同时，必须满足轨道铺设精度的要求，使轨道
16、的几何参数与设计的目标位置之 间的偏差保持在最小。轨道的外部几何尺寸体现轨道在空间中的位置和标高，根据轨道的功能和与周围相邻建 筑物的关系来确定，由其空间坐标进行定位。轨道的外部几何尺寸的测量也可称为轨道的绝对定位。轨道的绝 对定位是通过各级平面高程控制网组成的测量系统来实现，从而保证轨道与线下工程路基、桥梁、隧道、站台 的空间位置坐标和高程相匹配协调。由此可见，建立无碴轨道控制网的重要性和必要性。分级布网的原则把平面测量控制网分三级布设：第一级为GPS基面平面控制网，第二级为线路控制网，第 三级为基桩控制网。各级平面控制网用英文字母和罗马数字来表示：CPI为GPS基础平面控制网，CPII为线
17、路 控制网，CPIII为基桩控制网。各级平面控制网的作用为：1. GPS基础平面控制网（CPI）：沿线路走向布设，按GPS静态相对定位原理建立，主要为勘测设计、施 工、运营维护提供坐标基准，是客运专线无碴轨道铁路工程测量平面控制网，为全线（段）各级平面控制测量 的基准；2. 线路控制网（CPII）：在基础平面控制网（CPI）上沿线路附近布设，主要为勘测设计和施工阶段的线 路平面控制和无碴轨道施工阶段基桩控制网提供控制基准；3. 基桩控制网（CPIII）：沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPI）或线路控制网（CPII）, 一般在线下工程施工完成后施测，主要为铺设无碴轨道和运营维护提
18、供控制基准。三级控制网之间的相互关系如图5-1-2：5-1-2三级控制网之间的相互关系图（六）客运专线无碴轨道铁路工程测量高程控制网的精度等级无碴轨道铁路高程控制网应按二等水准测量精度要求施测。在勘测阶段，不具备二等水准测量条件时，可 分两阶段实施，即：勘测阶段按四等水准测量要求施测，线下工程施工完成后，全线再按二等水准测量要求建 立水准基点控制网。铺轨高程控制测量按精密水准测量（每公里高差测量中误差2 mm）要求施测。（七）客运专线无碴轨道铁路工程控制测量完成后的评估验收客运专线无碴轨道铁路工程控制测量完成后，应由建设单位组织评估验收。评估验收内容和要求：一是控 制网测量检查评估内容包括控制网测量技术设计、选点埋石、仪器精度指标及检定情况、外业观测、平差计算 和资料完整齐全等；二是控制网外业观测数据检验评估；三是控制网平差计算数据处理质量评估；四是控制网 数据结果的整理和质量验证。
