施工测量中的应用
王知章,潘正风,刘冠兰
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(11中铁十四局集团有限公司,济南 250002;21武汉大学,武汉 430079)
摘要:高速铁路轨道铺设在平面和高程上要求很高的位置精度。但在桥梁施工后,已很难用几何水准测量方法将地面上水准点的高程传递到桥面上。本文介绍了在高速铁路特大桥无碴轨道施工测量中,采用三角高程测量方法将地面水准点的高程传递到桥面临时水准点上,使CPIII精密水准测量能与地面二等水准点附合,以满足无碴轨道施工测量要求。关键词:三角高程测量;高速铁路;特大桥;无碴轨道施工测量;CPIII精密水准测量中图分类号:P22412文献标识码:B
Applicationoftrigonometriclevelinginconstructionsurveyof
highspeedrailwayballastlesstrackonhugebridge
WangZhizhang,PanZhengfeng,LiuGuanlan
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(1.14thCompanyLtd.ofChinaRaiwayGroup,Jinan 250002,China;2.WuhanUniversity,Wuhan 430079,China)
Abstract:Howeververyhighpositionprecisionisrequiredinlayingtracksofhighspeedrailwaybothinhorizonandelevation,itisverydifficulttotransmittheelevationofthebenchmarkonthegroundtothebridgewithgeometriclevelingwhenthebridgeconstructionhasbeencompletedalready.Inthispaper,amethodwithtrigonometriclevelingisintroduced.Itcanconvenientlytransmittheelevationofthebenchmarkonthegroundtothetemporarybenchmarkonthebridge,andconnectthepreciselevelingofCPIIItothesecondgradebenchmarkontheground.Itshouldmeettherequirementinconstructionsurveyofhighspeedrailwayballastlesstrack.Keywords:trigonometricleveling;highspeedrailway;hugebigbridge;constructionsurveyofballastlesstrack;CPIIIpreciseleveling0 概述
为满足高速铁路列车运行的安全性、旅客的舒适性,无碴轨道施工测量必须要求很高的精度。按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》(铁建设[2006]189号)要求,在无碴轨道施工前,应建立无碴轨道施工测量CPIII平面和高程控制网,CPIII的平面和高程控制点为同一测量标志。CPIII平面控制网采用自由设站边角交会方法测量,而高程控制采用精密水准测量。作为CPIII高程控制的精密水准测量,要求每2km联测到线路的二等水准点上,闭合差小于8Lmm。对于高速铁路特大桥,桥长往往在5～6km以上,甚至几十千米,而桥面一般高于地面数米以上到十几米。在这种情况下,很难用几何水准测量方法将地面水准点的高程和CPIII高程进行联测。本文介绍了在高速铁路特大桥
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无碴轨道施工测量中,采用精密三角高程测量方法
将地面水准点的高程精确地传递到桥面临时水准点上,使CPIII精密水准测量能与地面二等水准点附合,以满足无碴轨道施工测量要求。1 短距离三角高程测量原理和测量方法
随着高精度智能全站仪的出现,测角和测距的自动化及其精度的提高,使三角高程测量在工程测量中得到了进一步的应用。本文介绍的精密三角高程测量,其测量原理和测量方法如下:
由图1可知,从A点观测B点,A′为仪器中心,B′为棱镜中心,观测竖直角为αAB,斜距为SAB,仪器高AA′为iA,棱镜高BB′为νB,γA为A
收稿日期:2008208212
作者简介:王知章(1957-),男(汉族),江苏雎宁人,工
程师.
2009年第6期
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置测距棱镜,以实现对向观测。
(2)按图2所示,进行设站观测,1、2、3位置按实地情况选择,距离12和23是随意的。
①架设全站仪于1、2位置,在水准点A上架设定长棱镜杆,1位置全站仪离A点10～20m,1～2为对向观测边。
②在1位置上的全站仪对A点棱镜观测斜距和竖直角,则可计算A点到1位置上全站仪中心的高差:
hA1=-S1A・sinα1A+VA
图1 三角高程测量原理点在观测方向上的垂直折光角,H′H=DΠ2R为地
球曲率对高差的影响。则B点对于A点的高差为:
hAB=SAB・sinαcosαAB-SAB・AB・
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γ2RAB+iA-νB+DΠ
图2 三角高程测量对向观测
同理,从B点观测A点,可得A点对于B点的高差
为:
hBA=SBA・sinαcosαBA-SBA・BA・
2
γ2RBA+iB-νA+DΠ
③在1、2位置上的全站仪进行对向观测,两
仪器中心间的高差为:h12=0.5・[(S12・sinαsinα12-S21・21)+(V1-V2)] ④将1位置上的全站仪迁至3位置,A上棱镜杆架于水准点B上,保持棱镜杆高度不变。3位置全站仪离B点10～20m,2～3为对向观测边。
⑤在2、3位置上的全站仪进行对向观测,两仪器中心间的高差为:h23=015・[(S23・sinαsinα23-S32・32)+(V2-V3)] ⑥在3位置上的全站仪对B点棱镜观测斜距和竖直角,则可计算3位置上全站仪中心到水准点B的高差:
h3B=S3B・sinα3B-VB则水准点A到水准点B之间的高差为:hAB=hA1+h12+h23+h3B
由于,VB=VA,V3=V1,则
(S12・hAB=-S1A・sinαsinα1A+015・12-S21・sinαsinαsinα23-S32・3221)+015・S23・
+S3B・sinα3B
如果对向观测,则B点对于A点的高差取平均值得
hAB=015・[(SAB・sinαsinαAB-SBA・BA)-γγD・iA-iB+ν]AB-D・BA+A-νB式中,γ=
K・D。K为大气垂直折光系数,则2R
2
hAB=015・[(SAB・sinαsinαAB-SBA・BA)-KAB-KBA・DΠ2R+
iA-iB+ν]A-νB
当采用两台全站仪作同时对向观测时,可认为KAB≈KBA,则
hAB=015・[(SAB・sinαsinαAB-SBA・BA)+
iA-iB+ν]A-νB
上式中,除由两台全站仪观测的斜距SAB、SBA及竖
α直角αAB、BA外,还要精确的量取仪器高和棱镜高。在精密高程测量作业中要将仪器高和棱镜高量
测到小于015mm是极其困难的。因此,采取一定的作业方法,在一个测段三角高程测量中使得各站的仪器高和棱镜高能够相互抵消,就可以不量仪器高和棱镜高。
为使一个测段三角高程测量中各站的仪器高和棱镜高能够相互抵消,采用设定的作业方法进行测量。
(1)两台高精度智能全站仪,在仪器把手上安
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上式中已没有仪器高和棱镜高。从地面水准点
将高程传至桥面,一般只需要两条对向观测边。实际上,一个测段中只要对向观测的边数是偶数,就能避免量测仪器高和棱镜高。
用于这种精密三角高程测量的高精度智能全站仪有徕卡TCA1201、TCA2003、索佳NET05、拓普康GTS901A等。为能进行同时对向观测,需将棱镜安置到全站仪把手上。并采用高、低两个棱镜,
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使每一测站观测得到检核,提高了测站观测的可靠性。装有高、低棱镜的全站仪如图3所示。
CPIII控制网标志点埋设在桥面两侧的防撞墙上(如图4所示),采用几何水准测量方法很难将精密水准测量附合到地面水准点上。因此,需将BSII496、BSII497、BSII498、BSII499的高程先传递到桥面的临时水准点上,再将CPIII精密水准测量附合到临时水准点上,构成附合水准路线,如图5所示。
图3 全站仪+高、低棱镜
2 工程实例
图4 在桥梁防撞墙上CPIII标志点的位置
正在建设中的武广铁路客运专线衡阳湘江特大桥,有简支梁和连续梁组成,全长约为5560m,。大桥南段约700m跨越湘江,其余为陆地高架桥,桥面离地面从几米到十几米。在线下工程施工时沿线已进行了二等水准测量,在衡阳湘江特大桥段布设有BSII495、BSII496、BSII497、BSII498、BSII499、BSII500六个二等水准点,BSII495、BSII500分别位于两桥头附近。在无碴轨道施工前需要建立CPIII控制网,其高程控制测量按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的精密水准测量要求进行。
图5 衡阳湘江特大桥水准点布设图
各水准点与对应的临时水准点之间的高差采用
精密三角高程测量方法测定,为保证测量精度,都进行了往返测。各段的往返高差见表1。
表1
差值
-0100010100010-010004各段往返高差(单位:m)
测线
BSII496～BSII49621BSII497～BSII49721BSII498～BSII49821BSII499～BSII49921距离
657082153往测
-614057412512-7173121519068返测
614056-412511717312-1519072平均值
-614056412512-7173121519070 CPIII高程测量采用精密水准测量方法,附合在水准点或临时水准点上,各附合线路闭合差见表2。
各精密水准测量线路闭合差(单位:m)
线路
BSII495～BSII49621BSII49621～BSII49721BSII49721～BSII49821BSII49821～BSII49921BSII49921～BSII500表2
010121010100010078010076010086线路长
228415519748921162闭合差
010002010013010026010021010015允许闭合差
传递作业简单,不受现场条件限制。这种方法也比中间设站三角高程测量观测结果更可靠,测站选择灵活,当俯仰角大的情况下,可通过适当拉长距离,减小俯仰角,以削弱距离测量误差对高差的影响。精密三角高程测量方法也可用在其它的工程中,精确地进行高程传递测量。
参
考
文
献
3 结论
在高速铁路特大桥无碴轨道施工测量中,采用精密三角高程测量方法将地面水准点的高程传递到桥面临时水准点上,其高差测量精度高,完全满足无碴轨道施工测量的要求。这种方法比吊钢尺高程
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[1] 潘正风,杨正尧等1数字测图原理与方法论[M].武汉:
武汉大学出版社,2004.
[2] 刘志德,章书寿等.EDM三角高程测量[M].北京:测绘
出版社,1996.
[3] 铁道第二勘察设计院.客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行
规定(铁建设[2006]189号)[S].北京:中国铁道出版社,2007.
[4] 武汉大学,铁道第四勘察设计院.精密三角高程测量方法研
究(鉴定材料)[R].2007.
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