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1、会计学1客运专线无砟轨道铁路工程测量技术客运专线无砟轨道铁路工程测量技术第一章第一章 概述概述第1页/共147页无碴轨道在铁路线路上的使用，从根本上改善无碴轨道在铁路线路上的使用，从根本上改善了列车走行的基础条件，实现了旅客列车运行平了列车走行的基础条件，实现了旅客列车运行平稳性、安全性、舒适性的要求，并且大大缩短了稳性、安全性、舒适性的要求，并且大大缩短了线路维修时间，降低了维护成本。线路维修时间，降低了维护成本。一、国内外无碴轨道发展历程一、国内外无碴轨道发展历程一、国内外无碴轨道发展历程一、国内外无碴轨道发展历程1.1.1.1.国外无碴轨道发展历程国外无碴轨道发展历程国外无碴轨道发展历程
2、国外无碴轨道发展历程 20 20世纪世纪6060年代，世界各国开始研究使用无碴年代，世界各国开始研究使用无碴轨道，从室内试验，现场试铺到在高速铁路上的轨道，从室内试验，现场试铺到在高速铁路上的普遍推广，历经普遍推广，历经4040余年，形成了具有各国特色的余年，形成了具有各国特色的系列化、标准化产品。系列化、标准化产品。第2页/共147页无无碴轨道具有的突出道具有的突出优点点:轨道道稳定性高定性高刚度均匀性好度均匀性好结构耐久性构耐久性强维修工作量修工作量显著减少著减少技技术相相对成熟成熟第3页/共147页由于无碴轨道具有的明显优势，世界各国研究开由于无碴轨道具有的明显优势，世界各国研究开发了多
3、种结构形式的无碴轨道。如发了多种结构形式的无碴轨道。如:日本新干线的板式日本新干线的板式德国高速铁路的德国高速铁路的RhedaRheda型、型、BoglBogl型、型、ZblinZblin型型英国的英国的PACTPACT型、英吉利海峡隧道的弹性支承块型、英吉利海峡隧道的弹性支承块(LVT)(LVT)式式法国法国的的STEDEFSTEDEF型等型等第4页/共147页 高速铁路采用无碴轨道结构形式已被很多国家高速铁路采用无碴轨道结构形式已被很多国家所接受。其中德国和日本在无碴轨道的研发及应所接受。其中德国和日本在无碴轨道的研发及应用方面处于领先地位，技术相对更成熟。如下图用方面处于领先地位，技术相
4、对更成熟。如下图所示：所示：第5页/共147页日本桥上日本桥上日本桥上日本桥上A A型板式轨道型板式轨道型板式轨道型板式轨道第6页/共147页隧道内框架型板式轨道隧道内框架型板式轨道隧道内框架型板式轨道隧道内框架型板式轨道第7页/共147页雷达雷达雷达雷达20002000型无碴轨道型无碴轨道型无碴轨道型无碴轨道第8页/共147页博格板式无碴轨道博格板式无碴轨道博格板式无碴轨道博格板式无碴轨道第9页/共147页2.2.2.2.我国无碴轨道的研究与应我国无碴轨道的研究与应我国无碴轨道的研究与应我国无碴轨道的研究与应用用用用 国内对无碴轨道的研究始于国内对无碴轨道的研究始于2020世纪世纪6060年
5、代，与国外的研年代，与国外的研究几乎同时起步。究几乎同时起步。等等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式。整体道床以及框架式沥青道床等多种型式。初期曾初期曾试铺过支承支承块式式短木枕式短木枕式整体灌注式整体灌注式第10页/共147页正式推广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆正式推广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆线、京原线、京通线、南疆线等长度超过线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1 km1 km的的隧道内铺设，总铺设长度约隧道内铺设，总铺设长度约300 km300 km。第11页/共147页在此在此2020多年期间，我国在无碴轨道的结构设计、施工多年期间，我国在无碴轨道的结构设计、施工方法
6、、轨道基础的技术要求以及出现基础沉降病害时的整方法、轨道基础的技术要求以及出现基础沉降病害时的整治等方面积累了宝贵的经验，为发展无碴轨道新技术打下治等方面积累了宝贵的经验，为发展无碴轨道新技术打下了基础。了基础。此外还铺设过由沥青灌注的固化道床，但未正式推广。此外还铺设过由沥青灌注的固化道床，但未正式推广。在京九线九江长江大桥引桥上还铺设过无碴无枕结构，长在京九线九江长江大桥引桥上还铺设过无碴无枕结构，长度约度约7 km7 km。2020世纪世纪8080年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总沥青混凝
7、土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总长约长约10 km10 km。第12页/共147页19951995年我国开始对弹性支承块式无碴轨道进行研究，年我国开始对弹性支承块式无碴轨道进行研究，19961996年、年、19971997年先后在陇海线白清隧道和安康线大瓢沟隧年先后在陇海线白清隧道和安康线大瓢沟隧道铺设试验段，并在秦岭隧道一线、秦岭隧道二线正式推道铺设试验段，并在秦岭隧道一线、秦岭隧道二线正式推广使用，一、二线合计无碴轨道长度广使用，一、二线合计无碴轨道长度36.8 km36.8 km，并先后于，并先后于20012001年、年、20032003年开通运营。年开通运营。以后又陆续在宁西
8、线以后又陆续在宁西线(南京南京-西安西安)、兰武复线、宜万线、兰武复线、宜万线、湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛应用，已经铺设和湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛应用，已经铺设和正在铺设的这种无碴轨道累计近正在铺设的这种无碴轨道累计近200 km200 km，下图为弹性支承块式无碴轨道下图为弹性支承块式无碴轨道第13页/共147页第14页/共147页在秦沈客运专线选定了在秦沈客运专线选定了3 3座混凝土桥作为无碴轨道的试座混凝土桥作为无碴轨道的试铺段。铺段。其中其中见下列各图沙河特大桥沙河特大桥(692m)(692m)试铺长枕埋入式无碴轨道；试铺长枕埋入式无碴轨道；狗河特大桥狗河特大桥(74
9、1m)(741m)直线和双河特大桥直线和双河特大桥(740m)(740m)曲线上试铺板曲线上试铺板式轨道。式轨道。第15页/共147页沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道第16页/共147页 狗河特大桥板式无碴轨道（直线上）第17页/共147页双河特大桥板式无碴轨道（曲线上）第18页/共147页根据根据根据根据客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准
10、客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准，无砟轨道铺设精度标准分别见下表。无砟轨道铺设精度标准分别见下表。无砟轨道铺设精度标准分别见下表。无砟轨道铺设精度标准分别见下表。二、无砟轨道铺设精度要求二、无砟轨道铺设精度要求二、无砟轨道铺设精度要求二、无砟轨道铺设精度要求第19页/共147页项目设计速度（km/h）高 低轨 向水 平轨 距扭曲（基长6.25m）350v20022112200222+1-23弦长（m）10-客运专线铁路无砟轨道静态平顺度允许偏差（mm）项目设计速度（km/h）高 低轨 向水 平轨 距扭曲（基长6.25m）350v2002222220033323弦长（m）10-客运专线铁
11、路有砟轨道静态平顺度允许偏差（mm）第20页/共147页序序 号号项项 目目允许偏差（允许偏差（mm）1 1轨面轨面高程与高程与设计比较设计比较一般路基一般路基+4+4-6-6在建筑物上在建筑物上紧靠站台紧靠站台+4+40 02 2轨道中线与设计中线差轨道中线与设计中线差10103 3线间距线间距+10+100 0客运专线客运专线铁路无砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差铁路无砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差序序 号号项项 目目允许偏差（允许偏差（mm）1 1轨面轨面高程与高程与设计比较设计比较一般路基一般路基 2020在建筑物上在建筑物上 1010紧靠站台紧靠站台+20+200
12、02 2轨道中线与设计中线差轨道中线与设计中线差30303 3线间距线间距+20+200 0客运专线客运专线铁路有砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差铁路有砟轨道轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差第21页/共147页项目设计速度（km/h）高 低轨 向水 平轨 距2002（10）2（10）2+2检验点间距（m）5（150）-德国高速铁路无砟轨道铺设精度标准（mm）第22页/共147页三、客运专线无砟轨道铁路工程测量三、客运专线无砟轨道铁路工程测量三、客运专线无砟轨道铁路工程测量三、客运专线无砟轨道铁路工程测量基本工作流程基本工作流程基本工作流程基本工作流程第23页/共147页客客运运专专线
13、线无无砟砟轨轨道道铁铁路路工工程程测测量量勘测设计阶段勘测设计阶段施工阶段施工阶段运营阶段运营阶段第24页/共147页勘勘测测设设计计阶阶段段控制网控制网设计设计初测初测定测定测平面控制网设计平面控制网设计高程控制网设计高程控制网设计建立基础控制网建立基础控制网CPI(B级级GPS网网)建立二等建立二等/四等高程四等高程控制网控制网建立线路控制网建立线路控制网CPII(C级级GPS网或四等导线网或四等导线)利用初设二等利用初设二等/四等高程四等高程控制网控制网评估评估第25页/共147页施施工工阶阶段段线下工程线下工程施工阶段施工阶段无砟轨无砟轨道道铺设阶铺设阶段段竣工阶竣工阶段段一般地段利用
14、定测平高控制网或根据需要加密施工控制网一般地段利用定测平高控制网或根据需要加密施工控制网建立变形监测网建立变形监测网建立基桩控制网建立基桩控制网CPIII建立全线二等水准建立全线二等水准高程高程控制网控制网加密基桩加密基桩轨道铺设竣工测量轨道铺设竣工测量评估评估重点地段建立独立的平高控制网重点地段建立独立的平高控制网建立变形监测网建立变形监测网建立维护基桩建立维护基桩变形监测网变形监测网评估评估验收交接验收交接第26页/共147页运营阶段运营维护工作构筑物变形监测第27页/共147页第二第二章章 无砟轨道铁路工程控制测量无砟轨道铁路工程控制测量第28页/共147页第一节第一节第一节第一节 无砟
15、轨道铁路工程控制测量特点无砟轨道铁路工程控制测量特点无砟轨道铁路工程控制测量特点无砟轨道铁路工程控制测量特点一、三网合一的概念一、三网合一的概念一、三网合一的概念一、三网合一的概念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进行变形监测、运营维护的平面、单位，为运营阶段对无碴轨道进行变形监测、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、控制基桩点等。制网、控制基桩点等。三网三网勘测控制网勘测控制网施工控制网施工控制网运营
16、维护控制网运营维护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勘测设计和向施工单位交桩而进行的平面、高程测量，它包括足勘测设计和向施工单位交桩而进行的平面、高程测量，它包括了线路控制网。了线路控制网。施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网的基础上，施工控制网是在基础平面控制网、线路高程控制网的基础上，为满足施工而建立的各级平面、高程控制网。为满足施工而建立的各级平面、高程控制网。第29页/共147页为保证控制网的测量成果质量满足勘测、施工、运营维护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
17、求，适应无砟轨道铁路工程建设和运营三个阶段测量的要求，适应无砟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，简称一的基准，简称“三网合一三网合一”。与有砟轨道相比，无砟轨道的最大特点是工程施工工艺和与有砟轨道相比，无砟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（按精度要求高，运营维护技术特殊，周期长（按60 60 年设计年设计标准）。标准）。第30页/共147页坐标高程系统的统一坐标高程系统的统一起算基准的统一起算基准的统一测量精度的协调统一测量精度的协调统一其内容和要求：其内容和要求
18、：在无砟轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段在无砟轨道的勘测设计、线下施工、轨道施工及运营维护的各阶段均采用坐标定位控制，因此必须保证均采用坐标定位控制，因此必须保证“三网三网”坐标高程系统的统一，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。利进行。客运专线的客运专线的“三网三网”平面测量应以基础平面控制网平面测量应以基础平面控制网CPCP为平面控制为平面控制基准，高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。基准，高程测量应以二等水准基点为高程控制测量基准。第31页/共147页因
19、此，对于客运专线铁路工程建设和运营管理建因此，对于客运专线铁路工程建设和运营管理建立立“三网合一三网合一”的测量系统不仅保证了无砟轨道的测量系统不仅保证了无砟轨道施工的精度，而且为运营期间养护维修提供了统施工的精度，而且为运营期间养护维修提供了统一的基准，起着重要的作用。一的基准，起着重要的作用。第32页/共147页“三网合一三网合一”的重要性在于从控制网的统一开始着手建的重要性在于从控制网的统一开始着手建立铁路无砟轨道测量系统，其意义可以说是划时代的。立铁路无砟轨道测量系统，其意义可以说是划时代的。二、三网合一的重要性二、三网合一的重要性二、三网合一的重要性二、三网合一的重要性德国睿铁公司（
20、德国睿铁公司（RailOneRailOne）执行副总裁巴哈曼先生曾说执行副总裁巴哈曼先生曾说过：过：“要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败。效且非常精确的测量系统，否则必定失败。效且非常精确的测量系统，否则必定失败。效且非常精确的测量系统，否则必定失败。”三、投影变形要求三、投影变形要求三、投影变形要求三、投影变形要求第33页/共147页四、我国客运专线对四、我国客运专线对四、我国客运专线对四、我国客运专线对无砟轨道无砟轨道无砟
21、轨道无砟轨道铺设精度铺设精度铺设精度铺设精度要求要求要求要求项目高低轨向水平轨距幅值/mm221弦长/m10表21 无砟轨道铺设的精度（静态）要求（2 2）300m300m弦长，正矢偏差为弦长，正矢偏差为10mm10mm，即，即10mm/300m10mm/300m。（1 1）10m10m弦长，轨向偏差为弦长，轨向偏差为2mm2mm，高低偏差为，高低偏差为2mm,2mm,即即2mm/10m,2mm/10m,见下表见下表第34页/共147页第二节第二节 平面控制网平面控制网在测量数据处理时，则希望测量误差对最终的结果在测量数据处理时，则希望测量误差对最终的结果影响最小。影响最小。一、工程控制网的优
22、化设计一、工程控制网的优化设计一、工程控制网的优化设计一、工程控制网的优化设计在布设控制网时，希望在在布设控制网时，希望在现有人力现有人力、物力和财力的、物力和财力的条件下，使控制网具有较高的精度和可靠性；条件下，使控制网具有较高的精度和可靠性；在旧有控制网改造时，希望在满足一定要求的前提下，在旧有控制网改造时，希望在满足一定要求的前提下，使改造的费用最低；使改造的费用最低；第35页/共147页二、二、二、二、质量标准质量标准质量标准质量标准优化设计中涉及的质量标准优化设计中涉及的质量标准精度精度可靠性可靠性费用费用纯量精度标准纯量精度标准准则矩阵标准准则矩阵标准内部内部可靠性可靠性外部外部可
23、靠性可靠性最大原则最大原则最小原则最小原则第36页/共147页纯量精度标准是选择一个描述全网总体精度的某纯量精度标准是选择一个描述全网总体精度的某一量作为评定网的精度指标。一量作为评定网的精度指标。纯量精度指标适用于工程控制网。因工程控制纯量精度指标适用于工程控制网。因工程控制网有其特殊要求的一面（如直线隧道贯通的横向精网有其特殊要求的一面（如直线隧道贯通的横向精度要求较高），经常只涉及部分点的精度，易于用度要求较高），经常只涉及部分点的精度，易于用纯量标准来描述，且在设计中易于达到目标，不必纯量标准来描述，且在设计中易于达到目标，不必对全网的精度作控制。对全网的精度作控制。第37页/共147
24、页准则矩阵是一种全面和精密的精度标准，它可准则矩阵是一种全面和精密的精度标准，它可描述网的精度细部，是一个具有理想结构的方描述网的精度细部，是一个具有理想结构的方差差协方差矩阵，有几种结构方法。协方差矩阵，有几种结构方法。例如，例如，19721972年年GrafarendGrafarend提出了所谓提出了所谓TKTK结构，结构，它要求点位误差椭圆为圆，且各点一致。它要求点位误差椭圆为圆，且各点一致。19741974年年BaardaBaarda等人提出了一种等人提出了一种“混沌混沌”结构，结构，要求点位误差椭圆和相对点位误差椭圆均为圆。要求点位误差椭圆和相对点位误差椭圆均为圆。第38页/共147
25、页可靠性是衡量网的抗差能力，包括网的内可靠性是衡量网的抗差能力，包括网的内部可靠性和外部可靠性。因为这些都与观部可靠性和外部可靠性。因为这些都与观测量的多余观测分量有关测量的多余观测分量有关，因此目前均采用多余因此目前均采用多余观测分量作分量作为可靠性可靠性的度量。的度量。第39页/共147页费用标准是建网费用的精度指标，有两种原则，费用标准是建网费用的精度指标，有两种原则，最大原则（费用一定，网的质量最好）最大原则（费用一定，网的质量最好）最大原则（费用一定，网的质量最好）最大原则（费用一定，网的质量最好）最小原则（网的质量标准满足要求，费用最小）最小原则（网的质量标准满足要求，费用最小）最
26、小原则（网的质量标准满足要求，费用最小）最小原则（网的质量标准满足要求，费用最小）。由于建网的费用涉及多种因素，实际情况千变万由于建网的费用涉及多种因素，实际情况千变万化，一般难以用一个准确的合乎实际的费用函数化，一般难以用一个准确的合乎实际的费用函数来计算建网费用，目前常用观测值权的一个函数来计算建网费用，目前常用观测值权的一个函数来度量。来度量。第40页/共147页根据德国慕尼黑国防军事学院天文、物理大地测量教根据德国慕尼黑国防军事学院天文、物理大地测量教授格伦法伦德（授格伦法伦德（E.GrafarendE.Grafarend）博士所建议的分类方法，）博士所建议的分类方法，控制网的优化设计
27、问题通常可分为四控制网的优化设计问题通常可分为四类。类。三、优化设计分类和解算三、优化设计分类和解算三、优化设计分类和解算三、优化设计分类和解算控制网的优化设控制网的优化设计计零类设计零类设计一类设计一类设计二类设计二类设计三类设计三类设计第41页/共147页零零零零类设计也就是基准的选择问题，即平差的参考系选择问题。类设计也就是基准的选择问题，即平差的参考系选择问题。类设计也就是基准的选择问题，即平差的参考系选择问题。类设计也就是基准的选择问题，即平差的参考系选择问题。基准可以认为就是给控制网的平差提供一组必要的起始数据，以便基准可以认为就是给控制网的平差提供一组必要的起始数据，以便求得平求
28、得平差问题的唯一解。因此，基准的选择可以认为是必要的起始差问题的唯一解。因此，基准的选择可以认为是必要的起始数据的选择，而如何选择这组必要的起始数据才能达到某种目的则数据的选择，而如何选择这组必要的起始数据才能达到某种目的则是零类设计所要解决的问题。是零类设计所要解决的问题。测量控制网的点位坐标是待估参数。对于测角网，观测量是方测量控制网的点位坐标是待估参数。对于测角网，观测量是方向或角度。仅根据方向或角度的观测值不可能确定点的坐标值，亦向或角度。仅根据方向或角度的观测值不可能确定点的坐标值，亦即不能确定网的位置、方向和大小。因此，需要有一个点的位置即不能确定网的位置、方向和大小。因此，需要有
29、一个点的位置（纵、横）、一个方位和一个尺度基准。也可以两个点的纵、横坐（纵、横）、一个方位和一个尺度基准。也可以两个点的纵、横坐标为基准。对于测边网、边角网或导线网，观测量是边长和方向标为基准。对于测边网、边角网或导线网，观测量是边长和方向（或角度）。为了确定点的坐标，需要有一个点的位置（纵横坐标）（或角度）。为了确定点的坐标，需要有一个点的位置（纵横坐标）和一个方位基准。和一个方位基准。一般来说，测角网、测边网、边角网都是二维平一般来说，测角网、测边网、边角网都是二维平一般来说，测角网、测边网、边角网都是二维平一般来说，测角网、测边网、边角网都是二维平面控制网，其基准数为面控制网，其基准数为
30、面控制网，其基准数为面控制网，其基准数为4 4 4 4，而各种三维控制网的基数是，而各种三维控制网的基数是，而各种三维控制网的基数是，而各种三维控制网的基数是7 7 7 7个。个。个。个。（1 1）零）零）零）零类设计类设计第42页/共147页 控制控制网的基准设计不仅为网的待定参数提供了起算数据，还网的基准设计不仅为网的待定参数提供了起算数据，还对网的精度有很大影响。众所周知，离开始起点愈远，待定点对网的精度有很大影响。众所周知，离开始起点愈远，待定点的精度愈低。各种控制网有不同的专门用途和特定的精度要求，的精度愈低。各种控制网有不同的专门用途和特定的精度要求，在进行网的基准设计时必须分别加
31、以考虑。在进行网的基准设计时必须分别加以考虑。参照参照德国高速铁路采用德国高速铁路采用MKSMKS定义的特殊技术平面坐标系统，把定义的特殊技术平面坐标系统，把地球表面正形投影到设计和计算平面上，发生的长度变形限定地球表面正形投影到设计和计算平面上，发生的长度变形限定在在10mm/km10mm/km10mm/km10mm/km的数量级上。客运专线无砟轨道施工平面控制网的基的数量级上。客运专线无砟轨道施工平面控制网的基准应该采用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺度标准准应该采用建立独立施工坐标系统的方式，控制网的尺度标准应以线路轨顶标高作为施工投影面，通过采取分带投影或采用应以线路轨顶标高作为
32、施工投影面，通过采取分带投影或采用特殊技术定义的平面坐标系统，将坐标投影长度变形限定值在特殊技术定义的平面坐标系统，将坐标投影长度变形限定值在现在现在25mm/km25mm/km25mm/km25mm/km的基础上进一步提高到的基础上进一步提高到10mm/km10mm/km10mm/km10mm/km，减小控制网的尺，减小控制网的尺度变形，保证无砟轨道铺设的精度要求。度变形，保证无砟轨道铺设的精度要求。第43页/共147页测量控制网测量控制网测量控制网测量控制网的一类设计是解决网形优化问题，即在客观地形、的一类设计是解决网形优化问题，即在客观地形、的一类设计是解决网形优化问题，即在客观地形、的
33、一类设计是解决网形优化问题，即在客观地形、地物和地质条件下，寻求点位的最优布设与观测值的最佳配赋。地物和地质条件下，寻求点位的最优布设与观测值的最佳配赋。地物和地质条件下，寻求点位的最优布设与观测值的最佳配赋。地物和地质条件下，寻求点位的最优布设与观测值的最佳配赋。控制网网形设计，一般先通过图上规划和野外踏勘得到初始方控制网网形设计，一般先通过图上规划和野外踏勘得到初始方案，然后运用最优化方法对初始网形加以改进，得出最终布网网形。案，然后运用最优化方法对初始网形加以改进，得出最终布网网形。考虑到客运专线的狭长性质以及其所经过的地形地貌，其平面控制考虑到客运专线的狭长性质以及其所经过的地形地貌，
34、其平面控制网的基本网形应该是沿着线路的闭合导线形或是大地四边形的带状网的基本网形应该是沿着线路的闭合导线形或是大地四边形的带状网。而网形的优化设计所要解决的问题就是布设多少控制点，也就网。而网形的优化设计所要解决的问题就是布设多少控制点，也就是控制点的数目的优化。点数的多少决定着测区控制点密度，影响是控制点的数目的优化。点数的多少决定着测区控制点密度，影响到精度、可靠性和使用的方便性，也与测量的成本费用、工作量有到精度、可靠性和使用的方便性，也与测量的成本费用、工作量有直接关系。应该在满足精度、可靠性要求和使用方便的前提下，力直接关系。应该在满足精度、可靠性要求和使用方便的前提下，力求布设最少
35、的控制点。求布设最少的控制点。目前目前目前目前 尚难以实现计算机自动选点。较为可行的途径是将设计者尚难以实现计算机自动选点。较为可行的途径是将设计者尚难以实现计算机自动选点。较为可行的途径是将设计者尚难以实现计算机自动选点。较为可行的途径是将设计者的直觉和经验与电子计算机的高速计算和严密判断结合起来。的直觉和经验与电子计算机的高速计算和严密判断结合起来。的直觉和经验与电子计算机的高速计算和严密判断结合起来。的直觉和经验与电子计算机的高速计算和严密判断结合起来。（2 2）一一一一类设计类设计第44页/共147页二二二二类设计或控制网观测值最佳权变量问题类设计或控制网观测值最佳权变量问题类设计或控
36、制网观测值最佳权变量问题类设计或控制网观测值最佳权变量问题,是指在图是指在图是指在图是指在图形已经确定的控制网中，寻求观测值的最优权矩阵，并形已经确定的控制网中，寻求观测值的最优权矩阵，并形已经确定的控制网中，寻求观测值的最优权矩阵，并形已经确定的控制网中，寻求观测值的最优权矩阵，并把它变成观测纲要。把它变成观测纲要。把它变成观测纲要。把它变成观测纲要。这里最优的意义是指精度、费用和这里最优的意义是指精度、费用和可靠性标准。可靠性标准。测量控制网的观测值，主要有测边和测角两类，它测量控制网的观测值，主要有测边和测角两类，它们对控制网精度、可靠性等质量指标有着不同的影响。们对控制网精度、可靠性等
37、质量指标有着不同的影响。角度观测值在网中作用主要是对方位（横向）的控制，角度观测值在网中作用主要是对方位（横向）的控制，却有较大的尺度误差（总纵向）；测边网的点位误差也却有较大的尺度误差（总纵向）；测边网的点位误差也是离已知点越远越大，但有较大的方位误差和较小的尺是离已知点越远越大，但有较大的方位误差和较小的尺度误差。边长、角度观测值对控制网影响的正交性，使度误差。边长、角度观测值对控制网影响的正交性，使边角网在精度方面优于单纯的测角网或测边网，也为测边角网在精度方面优于单纯的测角网或测边网，也为测量控制网的优化设计提供了新的方法。可以借助于改变量控制网的优化设计提供了新的方法。可以借助于改变
38、边角网中测角、测边的数目及其精度来调解待定点点位边角网中测角、测边的数目及其精度来调解待定点点位误差椭圆的形状和大小。误差椭圆的形状和大小。（3 3）二）二）二）二类设计类设计第45页/共147页三三三三类设计指的是旧有控制网的改造方案设计问题。类设计指的是旧有控制网的改造方案设计问题。类设计指的是旧有控制网的改造方案设计问题。类设计指的是旧有控制网的改造方案设计问题。通常采用增加一定数量的附加观测值来改造旧有网，通常采用增加一定数量的附加观测值来改造旧有网，如测角网中加测一部分边长观测值，以改善旧有网的如测角网中加测一部分边长观测值，以改善旧有网的质量。一般是以改善控制网的精度和灵敏度为目标
39、的质量。一般是以改善控制网的精度和灵敏度为目标的优化设计问题。优化设计问题。（4 4）三三三三类设类设计计第46页/共147页总之网的优化设计一般应满足以下要求：总之网的优化设计一般应满足以下要求：总之网的优化设计一般应满足以下要求：总之网的优化设计一般应满足以下要求：1 1 1 1）精确性）精确性）精确性）精确性网中各元素要达到或高于预定网中各元素要达到或高于预定网中各元素要达到或高于预定网中各元素要达到或高于预定的的的的 精度精度精度精度；2 2 2 2）可靠性）可靠性）可靠性）可靠性网中应具有一定数量的网中应具有一定数量的网中应具有一定数量的网中应具有一定数量的多余观测多余观测多余观测多
40、余观测,构成构成构成构成几何条件，使控制网具有几何条件，使控制网具有几何条件，使控制网具有几何条件，使控制网具有较较较较 高高高高的自检功能，避免粗差出现。的自检功能，避免粗差出现。的自检功能，避免粗差出现。的自检功能，避免粗差出现。3 3 3 3）经济性）经济性）经济性）经济性用最小的时间、人力，能以用最小的时间、人力，能以用最小的时间、人力，能以用最小的时间、人力，能以较少较少较少较少 物力物力物力物力等实现网的精度和可靠性等实现网的精度和可靠性等实现网的精度和可靠性等实现网的精度和可靠性要要要要 求求求求。第47页/共147页四、四、四、四、平面控制网平面控制网平面控制网平面控制网设计技
41、术设计技术设计技术设计技术指标和要求主要是根据指标和要求主要是根据指标和要求主要是根据指标和要求主要是根据新建铁路工程测量规范新建铁路工程测量规范京沪高速铁路测量技术暂行规定京沪高速铁路测量技术暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定无砟轨道设计技术条件无砟轨道设计技术条件第48页/共147页五、高速铁路平面坐标系选取方式五、高速铁路平面坐标系选取方式五、高速铁路平面坐标系选取方式五、高速铁路平面坐标系选取方式在测区内投影长度的变形值不宜大于在测区内投影长度的变形值不宜大于10mm/km10mm/km。根。根据测区所处地理位置和线路高程情况，可按下列方据
42、测区所处地理位置和线路高程情况，可按下列方法选定坐标系统：法选定坐标系统：高速铁路的平面坐标宜引入高速铁路的平面坐标宜引入19541954北京坐标系或北京坐标系或19801980年国家坐标系或年国家坐标系或20002000年国家大地坐标系年国家大地坐标系。第49页/共147页（3 3）桥梁控制测量和隧道控制测量，也可桥梁控制测量和隧道控制测量，也可采独立坐采独立坐 标标系统，高程投影面可分别采用相应的平均系统，高程投影面可分别采用相应的平均高程高程 面面。（1 1）采用全国统一的高斯正投影）采用全国统一的高斯正投影33带平面坐标带平面坐标系统。系统。（2 2）采用投影于测区抵偿高程面的高斯正投
43、影）采用投影于测区抵偿高程面的高斯正投影33带带 平面平面直角坐标直角坐标系统；系统；投影投影于于19851985年国家高程基准的任意中央子午线年国家高程基准的任意中央子午线高高 斯斯正投影平面直角坐标正投影平面直角坐标系统；系统；投影投影于测区抵偿高程面的任意中央子午线高斯于测区抵偿高程面的任意中央子午线高斯正正 投影投影较窄带宽平面直角坐标较窄带宽平面直角坐标系统。系统。第50页/共147页六、无砟轨道平面控制网分级六、无砟轨道平面控制网分级六、无砟轨道平面控制网分级六、无砟轨道平面控制网分级无无砟砟轨轨道道平平面面控控制制网网基础平面控制网基础平面控制网线路平面控制网线路平面控制网基桩控
44、制网基桩控制网CPCPCPCPCPCPBasic Horizontal Control Points Route Control Points Base-piles Control Points 第51页/共147页基础平面控制网（基础平面控制网（CPCP）沿线路走向布设，按）沿线路走向布设，按GPSGPS静静态相对定位原理建立，为全线（段）各级平面控制测态相对定位原理建立，为全线（段）各级平面控制测量的基准。量的基准。线路平面控制网（线路平面控制网（CPCP）在基础平面控制网）在基础平面控制网（CPCP）上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路）上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控
45、制和无砟轨道施工阶段基桩控制网起闭的基准。平面控制和无砟轨道施工阶段基桩控制网起闭的基准。基桩控制网（基桩控制网（CPCP）沿线路布设的三维控制网，起）沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（闭于基础平面控制网（CPCP）或线路控制网（）或线路控制网（CPCP），），一般在线下工程施工完成后进行施测，为无砟轨道铺一般在线下工程施工完成后进行施测，为无砟轨道铺设和运营维护的基准。设和运营维护的基准。第52页/共147页当当采用边角后方交会法测量时，采用边角后方交会法测量时，CPCP控制网应采用独立自由网控制网应采用独立自由网平差，然后在平差，然后在CPCP或或CPCP中置平中置平。七、各级
46、控制网的相互关系七、各级控制网的相互关系七、各级控制网的相互关系七、各级控制网的相互关系CPCP控制网应附合到控制网应附合到CPCP上，采用固定数据平差。上，采用固定数据平差。当当CP导线测量量时，CP控制网控制网应附合到附合到CP或或CP上，上，采用固定数据平差采用固定数据平差分段附合或置平分段附合或置平时，相，相邻段段应有足有足够的重叠，重叠的重叠，重叠长度度应不小不小于于1km。第53页/共147页八、国内外无砟轨道测量控制网标准八、国内外无砟轨道测量控制网标准八、国内外无砟轨道测量控制网标准八、国内外无砟轨道测量控制网标准控制网控制网级别级别附合附合长度长度（km）边边 长长（m）方向
47、中方向中误差误差（）相邻点坐相邻点坐标中误差标中误差（mm）相邻点高相邻点高差中误差差中误差（mm）边长相对边长相对中误差中误差增设增设点点坐标坐标/高程高程中误差中误差（mm）CPCP-1000-40001000-40001.31.38+18+1S2020 1/17000010/210/2CPCP4800-1000800-10001.71.710102020 1/10000015/-15/-水准基点水准基点-2000-4 4 -/2-/2CPCP1150-200150-2002.82.85 58 8 1/200006/16/1我国我国客运专线无砟轨道测量控制网的主要技术指标客运专线无砟轨道测
48、量控制网的主要技术指标注：注：注：注：S S S S为为为为GPSGPSGPSGPS基线长，单位为基线长，单位为基线长，单位为基线长，单位为kmkmkmkm；L L L L为水准路线长，单位为为水准路线长，单位为为水准路线长，单位为为水准路线长，单位为kmkmkmkm。第54页/共147页控制点级别距 离精度标准平面位置精度高程精度零级控制点（PS0）约4km单点平面位置误差10mm相邻点相对位置误差5mm-一级控制点（PS1）800-1000m单点平面位置误差15mm相邻点相对位置误差10mm-二级控制点（PS2）约 150m单点平面位置误差15mm相邻点相对位置误差10mm-三级控制点（P
49、S3）700-1000m-单点高程误差5mm；相邻点相对高程误差5 mm四级控制点（PS4）-德德铁铁RIL883RIL883的控制网精度标准的控制网精度标准注：表中“-”指没有具体要求的数据。L为相邻两水准点之间的距离，单位为km。第55页/共147页国内外控制网标准国内外控制网标准对比对比综上所述综上所述:我国无砟轨道控制网的等级和精度与德铁我国无砟轨道控制网的等级和精度与德铁RIL883RIL883标准基本持平或稍高。标准基本持平或稍高。CPPS0CPPS1水准基点水准基点PS3CPPS4第一第一级平面控制网平面控制网第二第二级平面控制网平面控制网第三第三级平面控制网平面控制网高程基高程
50、基础控制网控制网控制网等控制网等级精度要求精度要求CP高于高于PS1CP低于低于PS3水准基点水准基点高于高于PS3高于高于PS4平面平面高程高程第56页/共147页第三节第三节 高程控制网高程控制网一、高程控制网的技术指标一、高程控制网的技术指标一、高程控制网的技术指标一、高程控制网的技术指标和要求和要求和要求和要求高速高速铁路的高程系路的高程系统1985国家高程基准国家高程基准测量精度量精度中中误差差极限极限误差差m2m第57页/共147页路基的工后沉降不应大于路基的工后沉降不应大于15mm15mm，不不均匀沉降不应大于均匀沉降不应大于20mm/20m20mm/20m；无砟轨道底座浇筑前，