CPⅢ轨道控制网测量技术方案-20130426.doc
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CPⅢ轨道控制网测量技术方案-20130426.doc
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新建吉林至珲春铁路
CPⅢ轨道控制网测量
技术方案
中铁工程设计咨询集团有限公司
测绘资质甲级11002031
综合勘察甲级010654-kj
2013年4月北京
文件编写单位:
中铁工程设计咨询集团有限公司
航测遥感研究院
编写:
张银虎
复核:
张江
审核:
张大春
审批:
张金龙
目录
一、概述 1
1.1编制依据 1
1.2工作范围 1
1.3工程概况 1
1.4既有精测网概况 2
二、工作内容 4
三、执行的技术规范与依据 4
四、采用的平面坐标系与高程系统 5
4.1平面坐标系 5
4.2高程系统 6
五、测量单位资质及人员要求 6
六、线上CPⅡ加密点测量 6
6.1线上CPⅡ加密点的布设 6
6.2线上CPⅡ加密点的埋设 7
6.3外业测量 9
6.4数据处理及网平差 12
七、线上水准加密点测量 14
7.1线上水准加密点的布设 14
7.2线上水准加密点的埋设 14
7.3外业测量 16
7.4数据处理及网平差 18
八、CPⅢ控制网测量 19
8.1CPⅢ点的布设 19
8.2CPⅢ点的埋设 29
8.3测量仪器设备及软件 35
8.4CPⅢ控制网平面测量 36
8.5CPⅢ控制网高程测量 42
8.6CPⅢ控制网成果表 46
九、CPⅢ控制网的复测与维护 46
9.1CPⅢ控制网的复测 46
9.2CPⅢ网的维护 47
十、成果资料整理与提交 48
10.1数据整理归档 48
10.2成果资料提交 50
新建吉林至珲春铁路CPIII轨道控制网测量技术方案
新建吉林至珲春铁路
CPⅢ轨道控制网测量技术方案
一、概述
1.1编制依据
根据新建吉林至珲春铁路工程施工进展,按照《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)、《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》(铁建设[2009]20号)等技术文件要求,对新建吉林至珲春铁路CPⅢ轨道控制网测量技术方案进行编制。
1.2工作范围
项目工作范围为吉林至珲春,线路全长364.947km。
具体分段为:
(1)吉林至威虎岭段(DK0+000~DK120+000及联络线),线路长度120km;
(2)威虎岭至安图段(DK120+000~DK240+000),线路长度120km;
(3)安图至珲春段(DK240+000~终点),线路长度125km。
1.3工程概况
新建吉林至珲春铁路(简称“吉图珲铁路”)项目位于吉林省境内,西起吉林市,东至延边朝鲜族自治州珲春市,途经吉林市辖的昌邑区、龙潭区、蛟河市,延边自治州辖的敦化市、安图县、延吉市、图们市、珲春市等。
西端通过吉林铁路枢纽与长(春)图(们)铁路、吉(林)舒(兰)铁路、沈(阳)吉(林)铁路以及长吉城际铁路相连,东端与牡(丹江)图(们)铁路、图(们)珲(春)铁路、图们至朝鲜口岸铁路、珲春至俄罗斯口岸铁路等相连,中部地区有拉(法)(哈尔)滨铁路、朝(阳川)开(山屯)铁路以及多条林区专用线等。
线路全长360.602km,其中吉林市境内正线建筑长度113.922km,延吉市境内正线建筑长度246.680km。
桥梁总长92.717km/118座,占线路总长度的25.71%,最大连续梁为第二松花江特大桥的(55.75+96+96+55.75)m预应力混凝土连续梁;隧道总长度为155.637km/84座,占线路总长度的43.16%,最长隧道为拉法山隧道10.035km;桥隧占线路总长度的68.87%;路基长度为112.248km,占全线总长度的31.13%,新建车站8座。
季节性冻土:
本区处于严寒地区,为重度季节冻土区。
沿线季节性冻土层厚度1.67~1.92m,每年从10月开始冻结,翌年4月开始融化。
吉珲线项目位于东经126°15′~130°30′,北纬42°50′~44°00′范围内,属六度带的第22带,三度带的第42、43带。
旅客列车设计行车速度:
250km/h,基础设施预留提速条件。
全线铺设有砟轨道。
1.4既有精测网概况
吉图珲铁路工程既有精测网由中铁工程设计咨询集团于2010年7月至12月完成了测设工作,主要技术依据为《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)。
1、既有平面控制网情况
吉图珲铁路工程既有平面控制网分三级布设,包括框架平面控制网、基础平面控制网CPⅠ和线路平面控制网CPⅡ。
(1)既有平面坐标系
既有精测网的平面坐标系采用2000国家GPS大地控制网大地坐标系,参考椭球为WGS-84椭球,参考框架为ITRF97,参考历元为2000.0。
按照投影变形不大于10mm/km精度要求建立了工程独立坐标系,全线共划分9个投影带。
(2)既有平面控制网
框架平面控制网点沿线路方向每隔50公里左右布设一座,全线布设点位8座。
首级平面控制网采用高铁CP0级GPS网的技术要求施测,以联测的国家A、B级GPS点进行平差计算。
既有基础平面控制网CPⅠ控制点每隔4公里布设一个,长大桥梁及隧道两端加密布设,全线共布设CPI点200个。
CPI控制网按照高铁二等GPS网的技术要求施测,并联测框架平面控制网点进行平差计算。
既有线路平面控制网CPⅡ在CPⅠ网的基础上每600~800m布设一点,相邻点一个方向以上通视。
全线共布设CPⅡ点138个。
CPⅡ控制网是按照高铁三等GPS控制网的技术要求施测,并联测CPI点进行平差计算。
2、既有高程控制网情况
既有高程控制网包括基岩水准点和普通线路水准基点。
基岩水准点每50km左右布设一座,软土路基段加密布设,全线共布设10座;普通线路水准基点沿线路每隔2km左右布设了一个水准点,全线共布设175个水准基点。
既有高程控制网按照国家二等水准测量的技术要求施测,共联测13个国家I、II等水准点。
3、既有精测网评价和利用
既有平面和高程控制网坐标系统、点位布设、测量等级和成果精度都能够满足《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)的相关技术要求,可以作为CPⅢ轨道控制网的测量起算控制网。
为了满足CPⅢ控制网的测设,依据《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009),在CPⅢ控制网测量前对既有精测网进行复测,并需要在复测合格的平面和高程控制网的基础上进行线上CPII加密点和线上水准加密点测设工作。
二、工作内容
根据吉图珲铁路工程工作计划安排,CPⅢ轨道控制网测量工作主要包括如下几项内容:
(1)线上CPII加密点布设及测量;
(2)线上水准加密点布设及测量;
(3)CPⅢ轨道控制网布设;
(4)CPⅢ轨道控制网平面测量;
(5)CPⅢ轨道控制网高程测量。
三、执行的技术规范与依据
1、《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009;
2、《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设[2006]158号);
3、《国家一、二等水准测量规范》(GB/T12897-2006);
4、《铁路工程卫星定位测量规范》(TB10054-2010);
5、《关于进一步规范铁路工程测量控制网管理工作的通知》(铁建设[2009]20号);
6、《关于进一步加强客运专线建设质量管理的指导意见》(铁建设[2008]246号);
7、既有精测网技术资料。
四、采用的平面坐标系与高程系统
4.1平面坐标系
为保证三网合一,CPⅢ控制网平面坐标系统采用与既有精测网相同的工程独立坐标系统。
全线采用2000国家GPS大地控制网大地坐标成果作为坐标基准,参考框架为ITRF97,参考历元为2000.0。
按照投影变形不大于10mm/km精度要求建立了工程独立坐标系。
具体划分如下表4.1-1:
表4.1-1吉图珲铁路工程独立坐标系分段表
坐标系名称
中央子午线(°)
投影面大地高(m)
平均高程异常(m)
起讫里程(m)
最大变形值
(mm/km)
第一坐标系
126.400
235
23
DK0+000
DK52+000
9.8
第二坐标系
127.483
357
23
DK52+000
DK90+000
-9.8
第三坐标系
127.248
410
23
DK90+000
DK119+800
9.9
第四坐标系
128.200
570
23
DK119+800
DK176+500
-9.6
第五坐标系
129.030
450
23
DK176+500
DK216+500
9.7
第六坐标系
129.050
355
23
DK216+500
DK247+000
-8.6
第七坐标系
129.600
236
23
DK247+000
DK293+000
9.3
第八坐标系
130.100
140
23
DK293+000
DK350+500
-8.6
第九坐标系
130.300
126
23
DK350+500
DK362+234
8.7
注:
1、2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下:
长半轴a=6378137m;
扁率f=1/298.257222101;
4.2高程系统
高程系统采用既有精测网高程系统,即1985国家高程系统。
五、测量单位资质及人员要求
CPⅢ控制网测量应由专业测量队伍实施。
施测单位及作业人员必须具有测绘资质证书,作业人员须有高速铁路CPⅢ控制网测量经验或通过专业的CPⅢ控制网数据采集及数据处理培训。
六、线上CPⅡ加密点测量
6.1线上CPⅡ加密点的布设
为满足CPⅢ网测量的要求,应按照“线路两侧200m范围内CPⅡ点具有500~650m的点间距”要求在既有CPⅡ控制网基础上进行线上CPⅡ加密点测量。
线上CPⅡ加密点应至少有一个方向与相邻的CPⅡ点(CPⅡ加密点)或CPⅠ点通视。
CPⅢ网分区段测量时,在区段的头尾以及用于接边的六对CPⅢ点的头尾应各布设一个CPⅡ加密点。
1、桥梁段CPⅡ加密点布设
桥梁段CPⅡ加密点应布设在桥上,沿线路前进方向埋设于桥梁的固定支座(纵横向均固定)顶端的防护墙顶,且不能与CPⅢ点共桩。
2、路基段CPⅡ加密点布设
路基段CPⅡ加密点应左右交替布设在征地界范围内便于CPⅢ网联测的地方,一般布设在CPⅢ点专用控制桩顶。
3、隧道段CPⅡ加密点布设
隧道段CPⅡ加密点应布设在隧道电缆槽顶面上。
对于长度大于2km隧道,CPⅡ加密网需按导线网方式进行测设,CPⅡ加密点应成对布设,点对间距300~500m。
6.2线上CPⅡ加密点的埋设
1、CPⅡ加密点的标志
CPⅡ加密点采用强制对中标志。
强制对中标志包括预埋件、测量仪器连接盘两部分,如图6.2-1所示。
预埋件为埋入现场的部分,为不锈钢材料加工而成。
测量仪器连接盘底端螺丝可以直接安装到预埋件上,顶端螺丝用于连接测量基座。
通过仪器连接盘及测量基座,可以直接安装测量仪器、GPS天线或棱镜,对中精度优于0.1mm。
预埋件
图6.2-1CPⅡ加密点预埋件及测量仪器连接盘
2、CPⅡ加密点标志的埋设
CPⅡ加密点标志埋设时,首先在桥梁防护墙顶、路基CPIII专用控制桩顶、隧道电缆槽顶选定位置处打孔,将预埋孔注入1:
16(水:
干料)的桥梁支座灌浆料,灌浆料比孔口低1~2cm,利用铁丝弯折成的埋设临时支架(图6.2-2左图)将预埋件缓缓吊入预埋孔,将灌浆料挤出。
预埋件顶面比孔口高出1mm左右(图6.2-2右图)。
因悬吊作用,预埋件自然整平,30分钟左右,灌浆料凝固,可拆除临时支架。
预埋件整平精度约4~8分。
CPⅡ加密点埋设完成后应在点位旁边清晰、明显地设置点号标识。
图6.2-2强制对中标志预埋件埋设(左)和埋设完成的预埋件(右)
3、CPⅡ加密点的编号规则
CPⅡ加密点按照公里数递增进行编号,编号统一为七位数,具体规则为:
××××(里程整公里数)+P2(表示CPⅡ加密点)+×(该公里段流水号,从小里程向大里程方向顺次编号)。
例如0256P21,其中“0256”代表里程数,“P2”代表CPⅡ平面控制点,“1”代表1号点。
4、CPⅡ加密点点之记
CPⅡ加密点埋设完成后,应按既有CPII网要求绘制点之记。
点之记包含点号、概略经纬度(现场采集)、所在地、交通情况、交通略图、点位通视情况及点位略图、选点情况及埋石情况。
绘制时要符合要求,要素齐全,标识点位的距离用皮尺现场实测,交通路线图指向要齐全、清楚。
点之记应按照既有精测网控制点点之记的格式在CAD下绘制整理。
6.3外业测量
6.3.1主要技术要求
1、采用GPS测量方法进行CPⅡ加密点测量时,主要技术要求如表6.3-1所示。
表6.3-1CPⅡ加密点测量主要技术要求
等
级
固定误差a
(mm)
比例误差系数b
(mm/km)
基线方位角
中误差
(″)
约束点间的
边长相对中误差
约束平差后最弱边
边长相对中误差
三等GPS网
≤5
≤1
1.7
1/180000
1/100000
注:
当基线长度短于500m时,三等边长中误差应小于5mm。
2、采用导线测量方法进行隧道段CPⅡ加密点测量时,主要技术要求如表6.3-2所示。
表6.3-2洞内CPII加密点测量的主要技术要求
控制网级别
附合长度(km)
边长
(m)
测距
中误差(mm)
测角
中误差
(″)
相邻点位坐标中误差(mm)
导线全长
相对闭合差限差
方位角闭合差限差
(″)
对应导线
等级
备注
CPⅡ
L≤2
300~600
3
1.8
7.5
1/55000
±3.6
三等
单导线
CPⅡ
2<L≤7
300~600
3
1.8
7.5
1/55000
±3.6
三等
导线网
CPⅡ
L>7
300~600
3
1.3
5
1/100000
±2.6
隧道二等
导线网
当同一测区内,导线环(段)数超过20个的时候导线测角中误差按下式计算:
——导线环(段)的角度闭合差(″);
——导线环(段)的测角个数;
——导线环(段)的个数;
6.3.2作业方法
1、采用GPS方法进行CPⅡ加密点测量
①、CPⅡ加密点测量应采用双频GPS接收机观测,仪器的标称精度不低于5mm+1ppm。
②、CPⅡ加密点采用GPS测量方法施测,起闭于经复测合格的既有CPⅠ、CPⅡ控制点,测量等级和精度要求应满足表6.3-3的技术要求。
表6.3-3CPⅡ加密点GPS测量的技术要求
级别
项目
CPⅡ加密点GPS测量
等级
三等GPS
卫星截止高度角
≥15°
同时观察有效观测卫星数
≥4
有效时段长度(min)
≥60
观测时段数
1-2
数据采样间隔(s)
15
接收机类型
双频
PDOP或GDOP
≤8
③、CPⅡ加密点测量采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网。
每加密1个CPⅡ加密点应联测不少于2个CPⅠ点及部分CPⅡ点,且加密点要位于所联测的CPⅠ、CPⅡ点所构成的网形中部。
观测前要对网形进行设计,保证CPⅡ点间的基线长度不小于300m,并尽可能多地联测既有精测网点,以保证与既有精测网系统的统一。
④、全部仪器、光学对中基座作业前都必须按要求进行检校合格后才能投入使用。
2、采用导线测量方法进行CPⅡ加密点测量
①、CPⅡ加密点测量按表6.3-2的要求采用导线测量方法进行测设,起闭于既有CPI点、CPⅡ点或CPⅡ加密点。
当采用导线网进行测量时,构网方法如图6.3-1所示。
图6.3-1CPⅡ加密点导线网测量示意图
②、CPⅡ导线观测应采用标称精度不低于(1″、2mm+2ppm)的全站仪施测。
观测前应先将仪器开箱放置20分钟左右,让仪器与洞内温度基本一致。
③、洞口测站观测宜在夜晚或阴天进行,隧道洞内观测应充分通风,无施工干扰,避免尘雾。
目标棱镜人工观测时应有足够的照明度,受光均匀柔和、目标清晰,避免光线从旁侧照射目标。
采用自动观测时应尽量减少光源干扰。
④、水平角观测要求
水平角观测各项技术指标,按表6.3-4、表6.3-5中技术规定执行。
表6.3-4导线网测量的技术指标
等级
测角中误差(″)
测距相对中误差
方位角闭合差(″)
导线全长相对闭合差
测回数
0.5″级仪器
1″级仪器
2″级仪器
6″级仪器
三等
1.8
1/150000
±3.6
1/55000
4
6
10
--
注:
1、表中n为测站数。
2、当边长短于500m时,二等边长中误差应小于2.5mm,三等边长中误差应小于3.5mm。
表6.3-5水平角方向观测法的技术要求
等级
仪器等级
半测回归零差(″)
一测回内2c
互差(″)
同一方向值各测回互差(″)
三等
0.5″级仪器
4
8
4
1″级仪器
6
9
6
注:
当观测方向的垂直角超过±3°的范围时,该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较,其值应满足表中一测回内2C互差的限值。
⑤、边长测量技术要求
边长测量技术要求按表6.3-6中技术要求执行。
测距边的斜距应进行气象改正和仪器常数改正。
气象改正应该将观测时记录的气压、气温输入仪器,仪器自动进行气象改正。
表6.3-6边长测量技术要求
等级
使用测距仪精度等级
每边测回数
一测回读数较差限值(mm)
测回间较差限值
(mm)
往返观测平距较差限值
往测
返测
三等
Ⅰ
2
2
2
3
2mD
Ⅱ
4
4
5
7
注:
测距仪精度等级划分如下
Ⅰ级∣mD∣≤2mm
Ⅱ级2mm<∣mD∣≤5mm
其中mD=a+b×D,为仪器标称精度
式中:
a----标称精度中的固定误差(mm)
b----标称精度中的的比例系数(mm/km)
D----测距长度(km)
3、区段接边测量要求
CPⅡ加密点测量可分区段进行测量,分区段测量时应联测上一区段至少二个CPⅡ加密点进行接边重复测量。
6.4数据处理及网平差
6.4.1GPS基线解算
GPS网基线向量解算采用LGO软件进行,采用静态相对定位模式进行解算。
用于解算基线的起算点在WGS-84坐标系中的绝对坐标精度不低于10米,计算同一时段观测值的剔除率应小于10%。
解算后按表6.4-1的要求进行基线质量检核和分析。
表6.4-1基线质量检验限差表
检验项目
限差要求
X坐标分量
闭合差
Y坐标分量
闭合差
Z坐标分量
闭合差
环线全长
闭合差
独立环(附合路线)
重复观测基线较差
≤
注:
,本项目a=5mm,b=1ppm。
d取基线或环平均边长(以km计)。
6.4.2GPS网平差
1、GPS网平差采用经鉴定合格的商用软件进行,本线采用武汉大学开发的COSAGPS数据处理软件进行网平差计算。
2、在GPS网整体平差前,应先对网中的原CPI和CPⅡ点的稳定性进行分析。
对不满足精度要求的原CPI和CPII进行剔除,满足要求的全部作为起算点。
3、GPS网基线的质量检核符合要求后,以一个点的WGS-84三维坐标为起算数据进行无约束平差,求出各控制点WGS-84坐标系下的地心坐标和大地坐标、各基线的改正数以及其精度信息。
无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式要求:
VΔX≤3σVΔY≤3σVΔZ≤3σ
4、无约束平差精度满足要求后,采用所联测的CPⅠ、CPⅡ点作为已知点进行二维约束平差,按相关技术要求进行约束平差精度评定,平差后CPⅡ点的点位精度应小于10mm。
5、CPⅡ加密点网平差分区段进行时,平差时应采用一个区段内所有联测的原精测网CPI、CPⅡ点和重复联测的上一区段的CPⅡ加密点作为已知点进行二维约束平差。
平差前需检核已知点间的兼容性,对兼容性不好的已知点进一步分析原因,必要时进行重新测量。
6.4.3导线网数据处理
CPⅡ加密点导线网在测量距离经高程和高斯投影改化后进行平差计算。
起算数据为CPI或CPⅡ点,平差采用经过鉴定合格的专用平差软件。
在角度闭合差、方位角闭合差及导线全长相对闭合差满足要求后,进行严密的平差计算。
CPⅡ加密点点位中误差应满足mx、my≤±10mm。
分区段测量平差时应首先检核区段接边CPⅡ加密点的重复测量精度,检核合格后以既有CPI、CPⅡ点以及重复测量的CPⅡ加密点为约束点进行平差计算。
七、线上水准加密点测量
7.1线上水准加密点的布设
为满足CPⅢ控制网高程测量的需要,沿线线路水准基点应满足以下要求:
(1)路基段每2km一个线路水准基点;
(2)桥梁段线路水准基点应加密到桥上,点间距不超过2km;
(3)隧道段线路水准基点点间距不应超过1km;
对不满足以上条件的区段需在既有线路水准基点的基础上进行线上水准加密点测量。
7.2线上水准加密点的埋设
1、线上水准加密点应埋设在线路附近稳定可靠、不易破坏的地方,且能够满足CPⅢ控制网高程测量的要求。
(1)路基段水准加密点布设在接触网基础顶面,钻孔埋设水准点专用测量标志,如图7.2所示。
图7.2线上水准加密点专用测量标志
(2)桥梁段水准加密点布设在墩台顶部桥梁固定支座端上方,钻孔埋设水准点专用测量标志;
(3)隧道段水准加密点布设在电缆沟及边墙交接处且方便立尺、便于保存的地方,钻孔埋设水准点专用测量标志。
2、线上水准加密点按照公里数递增进行编号,编号统一为七位数,具体规则为:
××××(里程整公里数)+H2(表示高程加密点)+×((该公里段流水号,从小里程向大里程方向顺次编号)。
如0056H21,其中“0056”代表里程数,“H2”代表水准加密点,“1”代表1号点。
3、水准加密点埋设完成后应在点位旁边清晰、明显地设置点号标识。
4、水准加密点埋设完成后,应按既有线路水准基点要求绘制点之记。
点之记包含点号、概略经纬度(现场采集)、所在地、交通情况、交通略图、点位通视情况及点位略图、选点情况及埋石情况。
绘制时要符合要求,要素齐全,标识点位的距离用皮尺现场实测,交通路线图指向要齐全、清楚。
点之记应按照既有精测网控制点点之记的格式在CAD下绘制整理。
7.3外业测量
1、线上水准加密点按照国家二等水准测量标准施测,以原精测网的线路水准基点为起算点,进行严密平差计算。
2、水准加密点测量时,水准路线必须联测两个以上线路水准基点或深埋水准点。
对于沉降区水准线路必须联测到线路两端各两个以上线路水准基点上,以检验联测水准点是否发生显著沉降。
3、外业测量使用型号不低于DS1的精密电子水准仪及配套的2m或3m铟瓦条码水准尺进行观测。
作业前及作业过程中检查i角均应不超过15″。
水准尺须采用辅助支撑进行安置,测量转点应安置尺垫,尺垫选择坚实的地方并踩实以防尺垫的下沉。
4、采用单路线往返观测,一条路线的往返测必须使用同一类型仪器和转点尺垫,沿同一路线进行。
观测时,按二等水准测量的相关技术要求进行,每一测段应为偶数测站。
由往测转为返测时
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