第五节　线路控制测量

线路测量是指在线路养护维修中所进行的测量工作，主要目的是维护轨道的平顺性和保证运营的安全。控制测量是沿线路方向建立平面和高程控制网，为勘察设计、建设施工、运营维护提供平面和高程基准的测量工作。本节主要介绍运营维护阶段的控制测量技术。

一、高速铁路精密控制测量

1.控制网的组成

按照《高速铁路工程测量规范》（TB 10601—2009）有关技术标准，高速铁路精密控制测量分为平面和高程控制测量。其分级原则为：①统一勘测设计、施工、运营维护各个阶段的控制网，也即“三网合一”。②控制全线、统一布网、统一测量、整体平差。③根据控制网作用和精度要求进行分级布网、逐级控制。④满足高速铁路各阶段的测量控制点有足够精度和密度的需要。“三网合一”保证了勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网坐标高程系统和起算基准的统一。

平面控制网在框架控制网（CP0）的基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

高程控制网分二级布设，第一级为线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级为轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。

2.测量要求

（1）CP0测量

在国家控制点不能满足平面起算要求时，需要建立CP0控制网。CP0控制网沿线路走向每50km左右布设一个点，全线一次性布网，统一测量，整体平差。

使用标称精度不低于（5+D×10-6）mm的双频卫星定位接收机进行观测，观测时段不少于4，每时段有效长度不少于300min，同步接收机不少于4台。与国际卫星定位服务跟踪站（IGS站，The International GNSS Service）或国家A、B级大地控制点联测用于起算。

基线解算采用精密星历，使用适合长基线的高精度解算软件（如Gamit）进行。

（2）CPⅠ测量

CPⅠ控制网在勘察设计阶段建立，全线（段）一次布网，统一测量，整体平差。CPⅠ沿线路走向布设，采用边联结方式形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并附合于CP0控制网上。用于CPⅠ观测的卫星定位接收机采用双频接收机，标称精度不低于（5+D×10-6）mm。

（3）CPⅡ测量

CPⅡ控制点起闭于CPⅠ控制点，并与CPⅠ联测构成附合网，点间距400～600m。采用卫星定位观测时，CPⅡ的仪器设备、外业操作观测均同CPⅠ，CPⅡ数据处理也基本同CPⅠ，约束平差采用CPⅠ起算进行整网或分段固定平差。采用导线测量时，使用满足导线精度等级的仪器进行，导线测量包括水平角观测、距离测量，水平角观测宜采用方向观测法。平差计算时水平距离根据坐标系统的投影参数进行归算和投影变形改正，CPⅡ导线在方位角闭合差、测角中误差及导线全长相对闭合差满足要求后，采用严密平差计算。

（4）高程控制测量

高程控制测量是为铁路工程建立一个精度统一、便于各个阶段水准测量使用的高程控制网，也是各级高程控制测量的基础。高程控制网布设要考虑沿线地质条件和地面不均匀沉降变形的程度，分为基岩点、深埋水准点和普通水准点三种标石埋设形式。线路水准基点沿铁路线路布设，并起闭于国家高等级水准点，形成附合水准路线或闭合环。水准基点设在距线路中线50～200m的范围内，一般地段每隔1～2km设置一个，重点工程（大桥、长隧）地段根据需要增设水准点。

（5）轨道控制网（CPⅢ）测量

轨道控制网（CPⅢ）是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）及线路水准基点，当原控制网不能满足联测需要时，在桥梁、隧道地段需按相应要求进行增设CPⅡ及水准基点，也称加密CPⅡ及加密水准点测量。

①CPⅢ平面测量

时速200km客货共线及高速铁路采用自由测站边角交会法布网。自由测站边角交会法布网的CPⅢ点沿线路成对布置，纵向间距宜为60m左右，各CPⅢ控制点设于设计轨道面以上30cm的地方并大致等高。CPⅢ测量标志为强制对中标，用不易生锈及腐蚀的金属材料制作，一般由固定的埋设标和可以装卸的连接件组成，标志加工、安装精度满足规范要求。

CPⅢ外业观测采用自由测站边角交会的方法进行测量，使用的全站仪需具有自动目标搜索、自动照准、自动观测、自动记录功能，测角精度不低于1″，测距精度不低于（5+D×10-6）mm。边长观测需进行温度、气压等气象元素改正。

CPⅢ控制网水平方向采用全圆方向观测法进行观测，也可以采用分组全圆方向观测法。CPⅢ平面网的观测主要技术要求见表2-7。

②CPⅢ高程测量

CPⅢ高程控制网观测采用水准测量或精密光电测距三角高程测量的方法进行，并附合于线路水准点或加密水准点，水准路线附合长度2km左右。CPⅢ点与上一级水准点的高程联测，使用水准测量方式进行往返观测。

时速250km及以上铁路采用精密水准测量，时速200km有砟轨道铁路采用三等水准测量。

3.复测与维护

控制网复测的方法与原控制网相同，测量精度等级不低于原控制测量等级。复测前应检查标石的完好性，对丢失和破坏的标石按原测标准采用同精度内插方法提交新成果并恢复；复测结果符合规定要求时，采用原测成果；复测结果不符合规定要求时，应分析和查明原因，必要时进行二次复测，采用同精度内插方法更新成果，并在提交的复测成果中说明。复测频次根据“运营期高速铁路精密测量控制网管理办法”有关规定进行。

轨道控制网（CPⅢ）是线上系统养护维修测量的基准点，需定期进行复测维护，以保证基准的正确、准确、完整性。尤其对区域地面沉降段落、线下工程沉降不稳定段落以及大跨连续梁桥等特殊结构物上的CPⅢ网点，需加密复测周期，对于移动、破坏的CPⅢ点及时补设。CPⅢ控制网的复测采用与原测相同的方法和精度进行，复测联测上一级控制点的方法和数量与建网测量相同。

二、普速铁路控制测量

1.控制网的组成

按《铁路工程测量规范》（TB 10101—2009）有关技术标准，普速铁路控制测量分为平面和高程控制测量。平面控制网在框架控制网（CP0）的基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。CPⅠ、CPⅡ与高速铁路精密控制测量方式方法基本相同，不同的是测量等级上的差异，而普速铁路CPⅢ布设为导线，在测量方法上与高速铁路有所不同。

2.测量要求

CP0、CPⅠ、CPⅡ及高程测量方法同高速铁路精密控制测量，其观测基本技术要求和各项精度指标等均按不同等级要求进行。

对于导线法CPⅢ，由施工单位在轨道施工前布设，CPⅢ控制点距线路中线的距离宜为2.5～4m，间距宜为150～200m。路基段可埋设在接触网基座方便观测的位置，桥梁段可埋设在挡砟墙顶，隧道可埋设在电缆槽顶，埋设位置均应安全稳固，不受干扰。

CPⅢ导线采用附合导线形式进行构网，每400～800m联测一次高等级的CPⅠ或CPⅡ点，每4km进行一次方向闭合。导线测量按五等导线要求进行。CPⅢ复测采用的观测方法、精度指标与原测相同，相邻CPⅢ点复测与原测连接角较差限差为±8″，边长较差限差为±8mm，高差较差限差为±8mm。当较差满足要求时，采用原成果；较差超限时，应进行二次复测，查明原因，确认无误后采用同精度内插方式更新成果。

CPⅢ高程按五等水准测量要求进行，每2km与线路水准基点闭合一次。

3.既有铁路线路维护控制测量

目前大量的既有普速铁路未建立控制网，或控制网等级不高、不完整，与新颁布规范及线路养护维修需要不相适应，给线路维护带来一定的困难，对既有铁路线路维护控制测量提出了新的需求。结合既有铁路特点及线路维护控制测量的需要，控制网的布设及测量要求如下：

（1）基础平面控制网及高程控制网点沿线路每2km左右布设一个，埋设在涵洞帽石、既有水泥桩等方便观测且结构稳定的位置，平面控制网点和高程控制网点可共桩。

（2）基础平面控制网采用四等GNSS进行观测，利用国家三角点或A、B级大地点进行约束；高程控制网采用四等水准测量，附合在国家水准点上。

（3）轨道控制网点在隧道、有挡砟墙的桥梁和允许在电气化杆钻孔的地段与高速铁路轨道控制网点布设方法一致，其他的采用在电气化杆上抱箍件方式进行埋设。

（4）轨道控制网的平面测量方法与高速铁路轨道控制网测量一致，各种精度要求与时速250km及以上铁路的轨道控制网（CPⅢ）的要求相比，可放宽到2倍。

（5）轨道控制网的高程测量应与平面测量同时进行，采用光电测距三角高程测量时，附合精度应满足五等水准测量要求。

三、主要测量仪器设备简介

1.卫星定位接收机

全球导航卫星系统GNSS（Global Navigation Satellite System）最早起源于美国，1973年12月美国国防部批准陆海空三军联合研制新的卫星导航系统即GPS系统。GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

GNSS除美国的GPS系统外，还有苏联于1996年建成的格洛纳斯（GLONASS）全球导航卫星系统。欧盟于2002年开始建设伽利略（Galileo）系统。我国于2000年底发射了两颗北斗导航试验卫星，开始建立我国的北斗卫星导航定位系统（BD系统），北斗卫星导航定位系统在亚太区域的组网已经结束，2013年已向亚太区域提供正式运营服务，并计划于2020年实现全球导航定位服务功能。

GNSS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。按用途分为导航型、授时型和测地型接收机。测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量，它定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵。测地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双频（L1，L2）型。接收机主要由天线单元、信号处理部分、记录装置和电源组成。

2.全站仪

全站仪即全站型电子测距仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体，集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器，因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。全站仪与光学经纬仪相比，是将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数换为自动记录和显示读数，使测量操作简单化，且可避免读数误差的产生。全站仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通信功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通信接口、显示屏和键盘等组成，并可开发安装各种机载测量程序。根据测角精度可分为0.5″、1″、2″、3″、5″、10″等几个等级。

3.水准仪

水准仪是根据水准测量原理测量地面点间高差的仪器。水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪50年代初出现了自动安平水准仪，90年代出现了电子水准仪或数字水准仪。主要部件有望远镜、管水准器（或补偿器）、垂直轴、基座、脚螺旋。按精度分为精密水准仪和普通水准仪。水准仪的等级是按仪器所能达到的每千米往返测高差中数的偶然中误差这一精度指标划分的，共分为4个等级。水准仪型号都以DS开头，分别为“大地”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，通常书写也可省略字母D。其后下角标“05”“1”“3”“10”等数字表示该仪器的精度。DS3级和DS10级水准仪又称为普通水准仪，用于三、四等水准及普通水准测量，DS05级和DS1级水准仪称为精密水准仪，用于一、二等精密水准测量。