高速铁路无砟轨道CPIII测量作业指导书2.doc
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1、XX铁路客运专线无砟轨道CPIII测设技术编制;朱博2011年4月9日目 录1. 前言32. 基本概念或术语33. 适用范围和特点44. CP控制网的主要技术指标55. CPIII测量标志与埋设96. CPIII测设前准备工作137. CPIII平面测量178 . CPIII高程测量269 CPIII控制网数据处理3610. CPIII网数据评估6211. CPIII网成果6412. CPIII网数据超标原因分析6513. 作业人员组成6714. 功效分析6715. 技术学习与培训6716. CPIII网测量操作注意事项67无砟轨道CPIII测设作业指导书1. 前言无砟轨道CPIII测设是在设
2、计单位已完成CP0、CPI、CPII、二等水准基础控制网的测量工作后,并已经完成基本的线下工作后;为满足无砟轨道的铺设要求,进一步布设高精度、均匀布置的测量网络,即CPIII测量网络。根据高速铁路工程测量规范,无砟轨道精密控制测量体系初步考虑按照三级布网控制,即:基础框架平面控制网CP0,基础平面控制网CPI、线路控制网CP、基桩控制网CP。其中CP0、CPI、CP已由设计布网施测,施工单位完成复测。基桩控制网(CP)是在CP0、CP、CP基础上建立沿线路两侧接触网立柱上布设的间隔5060m的三维控制网,在线下工程施工完成后建立,为无砟轨道的底座板、轨道板、轨道铺设和运营维护提供控制基准2.
3、基本概念或术语1、 基础框架平面控制网CP0:为满足线路平面控制测量起闭联测的要求,沿线路每50km左右建立的卫星定位测量控制网,作为全线勘测设计、施工、运营维护的坐标基准。2、基础平面控制网CP:在基础框架平面控制网(CP0)或国家高等级平面控制网的基础上,沿线路走向布设,按GPS静态相对定位原理建立,为线路平面控制网起闭的基准。在勘测阶段按静态GPS相对定位原理建立。点间距为4km左右,测量精度为GPS B级网。3、线路平面控制网CP:在基础平面控制网(CP)上沿线路附近布设,为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网起闭的基准。可用GPS静态相对定位原理测量或常规导线网测量,在勘测阶段建
4、立,点间距为8001000m左右。4、轨道控制网CPIII:沿线路布设的三维控制网,起闭于基础平面控制网(CP)或线路控制网(CP),一般在线下工程施工完成后进行施测,为轨道施工和运营维护的基准。CP网按自由设站边角交会方法测量。点间距为纵向60m左右、横向为线路结构物宽度,测量精度为相邻点位的相对点位中误差小于1mm。 5、CP平面网的纵横向闭合差:CP点间沿线路方向和垂直线路方向的长度闭合差,可用于评定CPIII平面网的外业观测精度、探测CPIII网中观测值的粗差等。6、精密水准测量:高速铁路无砟轨道工程施工测量中,用于测量轨道控制网CP各标志点高程的等级水准测量,其精度介于二等和三等水准
5、测量之间,每公里高差测量的偶然中误差为2mm/km和全中误差为4mm/km。7、自由设站:在线路中线附近架设全站仪,测量线路两侧多对轨道控制网CPIII点的方向和距离,以确定仪器中心点的平面和高程位置。8、三网合一:高速铁路工程测量的平面、高程控制网,按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性,应该做到三网合一。也就是各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网(CP0)为起算基准,高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。3. 适用范围和特点3.1 本施工作业指南适用于旅客列车设计行车速度300350km/h
6、客运专线铁路无砟轨道CP控制网的测设。3.2 CP控制网的特点1、 控制点数量众多。沿线路方向通常每公里有16对即32个控制点;2 、精度要求高。每个控制点与相邻5个控制点的相对点位中误差均要求小于1mm;3、 控制的范围长。线路有多长,控制网的长度就有多长; 4、 是一个平面位置和高程位置共点的三维控制网。目前CP三维网平面和高程是分开测量后合并形成共点的三维网,但其使用时却是平面和高程同时使用的; 5、 控制点的位置、CP测量标志较传统控制测量有很大不同。控制点通常设置在接触网杆上(路基部分)、防撞墙上(桥梁部分)和围岩上(隧道部分)。CP测量标志通常由永久性的预埋件、平面测量杆、高程测量
7、杆和精密棱镜组成; 6 、CP平面网是一个边角控制网,但其测量方法较传统边角网测量有很大差异。传统的边角网测量仪器都是架设在控制点上进行观测,距离必须进行往返观测,但CP平面网却采用自由设站进行边角交会测量,而其距离只能进行单程观测;7 、CP控制网测量的仪器均采用高精度和自动化程度高的电子测量仪器。其平面网测量要求全站仪具有电子驱动、目标自动搜索和操作系统功能的测量机器人;高程测量一律采用电子水准仪。8、测站和测点均强制对中,测点标志要求具有互换性和重复安装性,X、Y、Z三维互换性和重复安装性误差要求小于0.3mm;9、图形规则对称,多余观测数多,可靠性强; 10、是一个标准的带状控制网,其
8、纵向精度高、横向精度略差; 11、CPIII的三维坐标点,是一个虚拟的控制点,其对应的位置是CPIII目标组件中棱镜的几何中心。水准尺无法立在CPIII高程所对应的点上进行水准测量。4. CP控制网的主要技术指标4.1 技术依据 高速铁路工程测量规范TB10601-2009; 国家一、二等水准测量规范GB/T 12897-2006 坐标系与高程系:无碴轨道CPI、CPII测量网络已完成,并具备较高的精度,为保证与CPI、CPII测量网络的一致,CPIII测量网络采用与CPI、CPII相同的平面坐标系。无砟轨道二等高程控制网采用的是85高程基准,CPIII网络的高程系定义同二等高程控制网一致。4
9、.2 CP控制网测量的一般规定1、CP点沿线路布置时纵向间距宜为60m左右、横向间距不超过结构宽度,点位纵向里程差不宜大于1m。各CP控制点应设于设计轨道顶面以上30cm的地方并应大致等高。 2、CP点的编号宜统一标识。CP点的编号原则如下:点号由7位数字组成,前四位数字表示CPIII点所在里程的整公里数,第五位是“3”,表示是CPIII等级点,后两位数字表示点的顺序号。点的顺序号为单数表示里程增加方向左线一侧的点,点的顺序号为偶数表示里程增加方向右线一侧的点。按60米间距一对点计算,一公里范围内点数在32个36个范围内。如:点号为1330307表示线路里程为1330公里至1331公里区间的C
10、PIII点第07号,位于里程增加方向左线一侧。里程数不足千公里时,在前面用“0”填充。点位名称应用油漆涂写,颜色为白底红字。4.3 CP控制网区段间的连接规定1、CP平面网区段的两端应起止在上一级控制网点(CP或CP)上,且宜保证有连续的三个自由测站与上一级控制网点联测。2、CP高程网每一区段联测上一级水准点的数量应不少于3个,且CP高程网区段的两端应起止于上一级水准点上。 3、CP网区段与区段之间,至少应该有六对(12个)CP点作为公共点在相邻的两区段中都要测量;这些点在各自区段中的观测和平差计算应满足CP网的精度要求;除此之外,还要满足各自区段平差后的公共点X、Y、H坐标较差应小于3mm的
11、要求;在达到上述要求后,前一区段CP网的平差结果不变,后一区段的CP网要再次平差,再次平差时除要约束本区段的上一级控制网点外,还要约束前一区段公共点中至少两个公共点的坐标;这样其他未约束的公共点在两个区段分别平差后的坐标差值应1mm,以确保CP网的整体精度。最后公共点的坐标,应该采用前一区段CP网的平差结果。 4.4 CPIII测量的技术要求表1 CPIII平面控制网主要技术指标控制网名称测量方法方向观测中误差距离测量的中误差可重复性测量精度相对点位精度CP平面网自由测站边角交会1.81.0mm1.5mm1mm注:1 可重复性测量精度指:控制点两次测量,其X、Y方向坐标差的中误差。 2 相对点
12、位精度指的是相邻两点间相对点位误差椭圆长短轴平方和的开根号值。表2 水平方向观测的技术要求控制网等级仪器等级测回数半测回归零差同一测回各方向2C互差同一方向归零后方向值较差2C误差CP053696151469615表3 导线测量水平角观测技术要求控制网等级仪器等级测回数半测回归零差2C较差同一方向各测回间角度较差CPIIIDJ14696DJ052484表4 距离观测限差仪器精度等 级测距中误差(mm)同一测回各次读数互差(mm)测回间读数较差(mm)往返测平距较 差5572mD5101015表5 CPIII高程控制网主要技术指标应满足控制网名称测量方法测量精度等级MMW可重复性测量精度CP高程
13、网水准测量精密水准2mm4mm1.5mm注:1、M为根据水准测段往返测高差较差计算的每千米水准测量的高差偶然中误差。2、MW为根据闭合环闭合差计算的每千米水准测量的高差全中误差。3、可重复性测量精度指的是控制点两次测量,其高程差的中误差。偶然中误差和全中误差的计算公式,表中M和MW的计算公式分别为: 式中:测段往返高差不符值(mm); L测段长或环线周长(km); n测段数; W水准路线经过各项修正后的环线闭合差(mm); N水准环数。表6 CP高程网精密水准测量的主要技术标准水准测量等级附合路线长度(km)水准仪等级水准尺观测次数与已知点联测附合或环线精密水准2DS1因瓦往返单程表7 CP高
14、程网水准路线的主要技术标准水准测量等级限差(mm)测段的前后视距累计差(m)检测已测测段高差之差往返测高差之差附合路线或环线闭合差精密水准4表8 CP高程网水准测量测站的主要技术标准水准测量等级前后视距差(m)视线高度(m)两次读数之差(mm)两次读数所测高差之差(mm)精密水准20.30.50.7表9 不量仪器高和棱镜高的三角高程测量技术要求垂直角测量距离测量测回数两次读差 ()测回间指标差互差 ()测回差 ()测回数每测回读数次数四次读数差 (mm)测回差(mm)44.05.05.0443.05.0表10 CP平面网平差计算取位的规定等级水平方向观测值()水平距离观测值(mm)方向改正数(
15、)距离改正数(mm)点位中误差(mm)点位坐标(mm)CP平面网0.10.10.010.010.010.1表11 精密水准测量计算取位的规定等级往(返)测距离总和(km)往返测距离中数(km)各测站高差(mm)往(返)测高差总和(mm)往返测高差中数(mm)高程(mm)精密水准0.010.10.010.010.010.15. CPIII测量标志与埋设5.1 CPIII测量标志1、铁四院研制的CPIII测量标志 图5-1 型精密三维测量标志实物照片 图5-2 安装筒已经安装到墙顶后的实物照片铁四院CPIII测量标志的使用方法 图5-3棱镜测量杆安装到安装筒实物图 图5-4 完整的CPIII点平面
16、测量标志安装图 图5-5水准测量杆安装到安装筒实物图 图5-6水准尺在水准测量杆上立尺的实物图2、CPIII标志组组装图。CPIII标志组装配使用示意图5.2 CP点的测量标志部件构成CP点的测量标志应由四部分的部件构成,包括预埋件、棱镜杆或连接器、水准测量杆和预埋件保护盖。水准测量杆的标高,应能准确地传递到棱镜的中心;CP点的测量标志应采用不锈钢的合金材料,使其具有抗锈蚀和抗腐蚀的性能。CP点测量标志各部件几何尺寸的加工误差,应控制在0.01mm0.05mm之间。5.3 CP测量标志的加工和安装精度的规定。CP测量标志的加工和安装精度要求(单位mm)CP测量标志几何尺寸的加工误差重复性安装误
17、差互换性安装误差精度指标0.010.050.30.3注: 1 CP测量标志应满足“铁建设200880号”文的相关要求。2 CP测量标志重复性安装误差和互换性安装误差,指的是X、Y、H三方向的误差均应小于0.3mm。5.4 无砟轨道施工测量的标志点布置1、CP点应沿线路布置在路基两侧的接触网杆或基础、桥梁防撞墙、隧道侧壁上,当CP点布置在桥梁防撞墙上时,点位应设置在桥墩固定端上方的防撞墙上。在大跨度连续梁上等特殊地段,也可设置在活动端,但在使用时要加强CP点位精度的复核,以确认点的稳定性。2、CP点沿线路布置时纵向间距宜为60m左右、横向间距不超过结构宽度,点位纵向里程差不宜大于1m。各CP点应
18、大致等高,其高度应在设计轨道顶面以上30cm的地方。3、CP点的预埋件在埋设时,首先要保证其稳固;若预埋件埋设在接触网基础顶面时,还要求其铅垂;当预埋件横向埋设时,要使预埋件水平埋设。 4、埋设点位时需用工具,电钻1台,电缆线200米,高强度锚固剂,胶锤子等。CP、CPCPCP、CPCPCPIII测量标志的埋设位置-路基上 CPIII测量标志的埋设位置-桥梁上5. 5 布置CP控制点系统要求:基础稳定、安全不易破坏,易于维护,方便架设棱镜,控制点便于均匀分布,线路两侧CP点布设相对应。6. CPIII测设前准备工作CP平面控制网测量前,应确保线路两侧50m范围内CP控制点的密度达到500m60
19、0m,否则应同精度用GPS测量的方法加密CP控制点;CP高程控制网测量前,应确保线路两侧50m范围内水准点的密度达到2000m左右,否则应同精度用水准测量的方法加密水准点;施测前应检查测区内的CPII、CPIII点位埋设是否牢固或损坏,发现问题应及时处理,进行补点或加固,并进行补测;测量完成的点位应加明显的警示标志,注意保护。6.1 CP控制网区段的划分和区段之间的连接,应满足下列规定:1、CP网的区段定义为在上一级控制网点约束下进行本次平差计算的CP网的范围。2、CP网(包括平面网和高程网)可分区段分别进行观测和平差计算,区段的长度不宜低于4km,特殊情况下也可设置为2km一个区段。3、CP
20、平面网区段的两端必须起止在上一级控制网点(CP或CP)上,而且宜保证有连续的三个自由测站与上一级控制网点联测。4、CP高程网要满足区段中联测的上一级水准点的数量不得少于3个,而且CP高程网区段的两端必须起止在上一级水准点上。5、CP网区段与区段之间,至少应该有四对(8个)CP点作为公共点在相邻的两区段中都要测量;这些点在各自区段中的观测和平差计算,应该满足CP网的精度要求;除此之外,还要满足各自区段平差后的公共点X、Y、H坐标较差应小于3mm的要求;在达到上述要求后,前一区段CP网的平差结果不变,后一区段的CP网要再次平差,再次平差时除要约束本区段的上一级控制网点外,还要约束前一区段公共点中至
21、少一个公共点的坐标;这样其他未约束的公共点在两个区段分别平差后的坐标差值应1mm,以确保CP网的整体精度。最后公共点的坐标,应该采用前一区段CP网的平差结果。6.2 CP平面控制网在施测前,应进行详细的技术方案设计。技术方案设计的内容,应该涉及以下方面的内容:CP点的埋设与编号设计、与上一级控制点的联测方案设计、CP观测网形设计、测量方法与精度设计、所需要的仪器设备及其周期检定计划、内业数据处理方法设计、人员组织计划、应提交的成果资料清单和质量保障措施以及安全生产的注意事项等。6.3 CP平面控制网观测前,应做好充分的准备工作。准备工作应该包括:CP点的埋设与编号,全站仪、棱镜、木质脚架、温度
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