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国际金属加工网 2018年11月08日

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我们都知道如今中国的高铁已经建成了两万多公里,国家正在实现八纵八横的建设计划,中国高铁在国际上俨然成了中国的国家名片。那么在高铁的建设中,工程测量又是怎么回事呢?

动车为什么能跑那么快

动车能在钢轨上行驶那么快,除了需要的动力之外,最重要的原因是钢轨的线型精度很高。如果钢轨线型越接近理论线型,火车的速度就可以越快,什么350,3500也不是问题。而钢轨的线型精度是由测量决定的,路基、桥梁等等都在为维持需要的钢轨线型精度服务(不变形或变形在允许范围内)。

线型精度,我们可以理解为实际线型接近理论线型的程度,而线型精度是由控制网的精度决定的。高铁比高速公路速度快,就在于高铁的线型精度比高速公路的线型精度高,120km/h和350km/h有很大的区别,从而我们也理解高速铁路的控制网精度比高速公路的控制网精度高的原因所在。

ps:高速公路一般采用一级导线、四等水准。而高速铁路一般采用三、四等导线、二等水准。

高铁的测量控制网分级

CP0:框架控制网,高铁中最高等级的控制点,等级一等,大约30公里一个。

CPI: 第1级控制网,也称为基础平面控制网,等级二等,沿线路大约4公里布设一对(间距约1公里),一般要求通视。为CPII提供起闭基准。

CPII:第2级控制网,也称为线路平面控制网,等级三等,大约1公里1个(困难地段600m-800m)。为勘测和线下工程施工服务,并为CPIII提供基准。

CPIII:第3级控制网,也称为轨道控制网,等级四等,大约60m1对,布设在线路两侧。

加密基标:沿线路中线布设,在CPIII基础上为轨道铺设建立的基准点。

维护基标:布设位置根据维护 方法而定,在CPIII基础上为轨道维护建立的基准点。

CP0,CPI,CPII均为设计院交桩,施工单位复测即可(一般采用GPS静态测量),CPIII及以下由相关施工单位测设经评估后移交下一级单位使用。因此我们重点介绍CPIII测量。

CPIII测量

1、采用CPIII测量的目的是什么

目的很简单,是让控制网误差均匀分布,使得实际线路各点接近理论线路的程度基本相同,防止误差集中或突变,让列车保持高速前行并且平稳。

ps:日本新干线上硬币立不稳,除了匀加(减)速和匀速行驶控制不好之外,也跟他没有设置CPIII测量方式及相关的轨道维护有关。

2、点位设置不同

CPIII的点位和CP0、CPI、CPII埋设在地下不同,CPIII的埋设是在“地上”,在线路的两侧埋设高度约1米的砼桩,在桩上埋设预埋件,使用连杆将棱镜插入或旋进预埋件(如下图,也有使用球形棱镜的),棱镜中心即是CPIII的点位中心。由于CPIII的点位不能架设仪器(虚点位,放置棱镜后棱镜中心才是实点位),要使用CPIII的成果必须采用后方交会。

3、观测不同

上面说到,CPIII一般60米一对,最小的观测距离约30米,这么短的边人工观测要达到四等要求基本达不到,而且观测方向多(一站要观测约13个目标),人工观测效率也低下。因此,CPIII测量关键是设备,需要测量机器人(带马达驱动和目标自动识别的全站仪)自动观测,而自动观测需要机载软件按规范进行。嗯,是的,您不仅需要测量机器人,还需要机载软件,这个机载软件相当奇葩,不同设计院的CPIII平差软件需要不同的机载软件,仅仅是因为记录文件的格式不同而已。

大多数情况下,白天气温变化明显,施工干扰也较大,在白天观测难以满足精度要求,很多时候采用在夜间观测。测量人员的辛苦可见一斑。

ps:目标学习,是指测量机器人在自动识别目标前需要人工照准一遍目标,不知道为什么取个名叫目标学习,叫初瞄不行?不过只要习惯了就好。

观测方式详见《高速铁路测量规范》。如下图所示:

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4、平差计算不同

CPIII的平差和一般控制网平差不同,要求使用专用的平差软件。每个测站观测符合要求后形成观测文件,内业处理由规定使用的CPIII平差软件读入观测文件计算。这一点在中国高铁可谓奇特,基本各大设计院都有自己的CPIII平差软件,如果施工单位施工了不同设计院设计的高铁线路,基本就得买几套平差软件。想用哪个用哪个?门也没有,评估一般通不过。

不同的软件可能用法不同,拿到软件后需要仔细阅读说明书琢磨一下。

变形监测

前文说到,路基桥梁等都在为维持线路精度服务,让列车能保持高速行驶。路基桥梁是否已经处于稳定或营运过程中的变形是否能满足高铁行驶需要,这一切都靠一个手段来判断-变形观测。

1、平面位移观测

在构筑物上埋设观测点,建立导线(一般采用四等导线)观测,坐标的变化反映平面位移变化,后期多依据CPIII的多周期观测来判断。

2、沉降观测

这在高铁的变形观测中最普遍,路基、桥梁、隧道观测方式各不相同,一般采用二等水准,观测量巨大。

小结

高铁正是因为高精度的测量需求,相比一般的工程测量,在测量设备、方式上都发生了许多重大变化,精度要求越高,测量的工作量越大,在遍布神州的高铁工地上,洒满了无数工程测量人员的心血和汗水。


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