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1、工工 程程 测测 量量 学学第十章第十章 高速铁路工程测量高速铁路工程测量1严选课件主主 要要 内内 容容 和和 重重 点点主要内容：主要内容：1 绪论绪论2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量5 双块轨枕精调双块轨枕精调6 轨道板精调轨道板精调7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测重点友情提示！难点需要掌握点2严选课件1 1 绪论绪论1.1 高速铁路定义1.时速100120公里称为常速； 2.时速120 160公里称为中速或准高速；3.时速1
2、60 200公里称为快速； 4.时速200 400公里称为高速高速； 5.时速400公里以上称为特高速。 国际铁路联盟对高速铁路的定义： 通过改造原有线路，使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。中国对速度的界定3严选课件2024/7/211 1 绪论绪论1.2 高速铁路分类优点：技术成熟，经济，与既有路网的兼容性好。缺点：噪声大。按驱动方式划分轮轨系统高速铁路磁悬浮铁路优点：速度快，噪声小。缺点：技术不成熟且造价高，与既有路网不兼容。上海磁悬浮世界唯一磁悬浮营运线路列车在钢轨上运行列车悬浮在轨道上4 4严选课件2024/
3、7/211 1 绪论绪论1.2 高速铁路分类优点：轨道稳固、线路平顺，运营维护工作量小。缺点：造价高。轮轨系统按照道床结构划分无砟轨道系统有砟轨道系统优点：造价低。缺点：线路不稳定，昼间运营，夜间维护，运营维护成本高。5 5严选课件型双块系统双块系统双块轨枕单元板：无挡肩，板间不连接单元板：无挡肩，板间不连接连续结构：有挡肩，板间张拉连接并灌注砼连续结构：有挡肩，板间张拉连接并灌注砼将轨枕精确压入混凝土中将轨枕精确压入混凝土中将双块轨枕排精调好后再浇混凝土将双块轨枕排精调好后再浇混凝土2024/7/211 1 绪论绪论1.2 高速铁路分类无砟轨道系统分类双块式无砟轨道系统板式无砟轨道系统型板式
4、系统板式系统6 6严选课件u钢轨铺设和轨道精调(精度0.3毫米)u浇筑轨道板间的接缝u轨道板纵连与锁定形成带状受力结构u灌注CA砂浆填充层轨道板与底座板耦合u轨道板铺设和精调亚毫米级精度(0.3mm)1 1 绪论绪论1.3 高速铁路修建过程(以CRTS型板为例介绍)u下部主体工程施工桥梁、隧道、路基、涵洞厘米级精度u支承层或底座板施工毫米级精度(3mm)通过锁件张拉宽接缝u无砟轨道成型7 7严选课件1 1 绪论绪论1.4 高速铁路工程分类和测量要求u下部主体工程施工桥梁、隧道、路基、涵洞厘米级精度线下工程u钢轨铺设和轨道精调 精度0.3毫米u浇筑轨道板间的接缝u轨道板纵连与锁定u灌注CA砂浆填
5、充层u轨道板铺设和精调亚毫米级精度(0.3mm)u支承层或底座板施工毫米级精度(3mm)基础承轨结构轨道扣件轨道系统除了严格控制沉降和变形外，其它方面与传统铁路测量并无本质区别 精密工程测量独立测量基准三网合一技术专用测量工具特殊测量手段强调相对精度精密测量设备8 8严选课件2024/7/211 1 绪论绪论1.5 高速铁路测量关键技术变形控制和精密测量技术是高速铁路建设中与测量相关的两大关键技术。高速铁路实现列车高速行驶的前提条件： 轨道系统的高稳定性一次性建成稳固、可靠的线下工程；严格控制沉降和变形。 轨道系统的高平顺性精密测量技术：测量精度0.3mm；特殊测量手段：严格控制误差传递和积累
6、，确保轨道平顺。9 9严选课件2024/7/21101.6 中国高铁发展历程u提速中国铁路步入现代化的起点1997年4月1日1998年10月1日2000年10月21日2001年10月21日2004年4月18日2007年4月18日铁铁路路六六次次大大面面积积提提速速从从48.1公里提升到公里提升到65.7公里；公里；直达特快最高时速直达特快最高时速160公里公里全国铁路旅客列车平均时速全国铁路旅客列车平均时速新增新增“D”字头的动车组字头的动车组时速时速200250公里公里1 1 绪论绪论10严选课件1.6 中国高铁发展历程京津城际铁路，全长京津城际铁路，全长119公里，桥梁比例公里，桥梁比例8
7、6 ；2005年年7月月4日开工，三年建成，运营时速日开工，三年建成，运营时速350公里；公里；运营第一年，旅客输送量达运营第一年，旅客输送量达1870万人次。万人次。追赶20082008年年8 8月月1 1日日，中中国国第第一一条条时时速速350350公公里里高高速速铁铁路路建建成成通通车车中中国高铁进入世界先进行列国高铁进入世界先进行列1 1 绪论绪论1111严选课件2024/7/211.6 中国高铁发展历程超越 全长全长1069公里，设公里，设15个客运站；桥隧比个客运站；桥隧比67； 2005年年6月月23日开工，日开工，2009年年12月通车运营；月通车运营； 设计时速为设计时速为3
8、50公里，全程运行时间公里，全程运行时间3小时；小时； 设计行车间隔设计行车间隔3分钟，每天开行列车达分钟，每天开行列车达201对。对。武广高铁首次实现两车组重联动最高试验时速394.2公里世界领先1 1 绪论绪论1212严选课件2024/7/211.6 中国高铁发展历程领跑 全长全长1318公里，世界上一次建成里程最长，技术最先进；公里，世界上一次建成里程最长，技术最先进； 设计时速设计时速380公里，全程运行时间公里，全程运行时间4小时；小时； 行车间隔行车间隔3 3分钟，为沿线居民提供分钟，为沿线居民提供“陆地飞行陆地飞行”般的便利。般的便利。20102010年年1212月月3 3日日，
9、京京沪沪高高铁铁创创造造了了486.1km/h486.1km/h的的铁铁路路运运营营试试验验的的世世界界最最高高速速度度中国高铁，领先世界中国高铁，领先世界1 1 绪论绪论1313严选课件2024/7/211.6 中国高铁发展历程u到2014年底，中国高铁运营里程将达到16500公里，约占世界总里程的2/3；u“四纵四横”高铁路网主骨架已经大部分建成。1 1 绪论绪论14中国高铁中国高铁带着世界飞带着世界飞14严选课件2024/7/212 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.1 高速铁
10、路测量控制网分级平面控制网分四级，逐级向下控制；高程控制网为二等水准网。第一级为框架控制网，简称为CP0网；第二级为基础平面控制网，简称CP网；第三级为线路平面控制网，简称CP网；第四级为轨道控制网，简称CP网。控制网测量方法相邻点的相对中误差(mm)点 间 距CP0GPS20约50kmCPGPS10约4000mCPGPS8600800m附合导线8400800mCP自由测站边角交会1点对间距5070m二等水准二等水准测量高差中误差2mm/km约2000m说明：1、相邻点的相对中误差指X、Y坐标分量中误差。 2、相邻CP点高程的相对中误差为0.5mm。1515严选课件2024/7/21162.2
11、 布网方法及数据处理原则框架控制网(CP0)布设在线路初测前布网和测量，用静态GPS技术建网；点间距约50km，应与IGS参考站或国家A、B级GPS点联测；联测点数不少于2个，且均匀分布；每个点上的独立基线不小于3条，采用精密星历解算基线；要求全线一次性布设、测量和整体平差。2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 16严选课件2.2 布网方法及数据处理原则基础平面控制网(CP)布设在线路初测阶段建立，用静态GPS技术建网；点间距约4km，隧道段应在洞口处加设一对CP点；由三角形、大地四边形
12、构成的带状网，附合在CP0网上；全线一次布网、测量和整体平差；整网三维约束和无约束平差在2000国家大地坐标系中进行；GPS测量的空间直角坐标分区、分带投影带至工程独立坐标系中。2024/7/21172 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 17严选课件2024/7/21182.2 布网方法及数据处理原则线路控制网(CP)布设在线路定测阶段建立，用静态GPS技术或精密导线建网；沿线路每600800m布设一个点(隧道洞内每300600m布设一对点)；由三角形、大地四边形连接成的带状网，并附合在
13、CP网上；隧道段，采用四至六条边的导线环布网，并附合在洞口CP点上；全线应一次布网、测量和整体平差。2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 18严选课件2024/7/21192 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.2 布网方法及数据处理原则轨道控制网(CP)布设在线下主体完工、沉降变形趋于稳定后建立，用精密测量机器人施测；平面和高程共点的三维控制网，控制点埋设强制对中装置；平面控制
14、基准是CP或CP点；自由设站后方边角交会方式布设，网形规则；轨道系统施工和运营维护的控制基准；数据处理采用传统平面、高程平差或三维平差。19严选课件2024/7/21202 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3 建立高速铁路精密测量基准高速铁路轨道系统应在精密的工程独立基准下进行测量；建立精密测量基准，包括确定最佳区域椭球和选择最佳投影两方面；高速铁路测量通过对WGS84椭球的改造来确定最佳区域椭球；目的：实现区域椭球面与工程投影面的最佳拟合。20严选课件2024/7/21212 2
15、 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.1 同时改变椭球的长半轴和偏心率以WGS84为基准椭球，便于GPS成果转换；推算条件：测区中心P在基准椭球和区域椭球中大地坐标不变。变量假设：投影面高程为WGS84椭球参数：长半轴为第一偏心率为基准位置点 在84系中的坐标：大地经度为大地纬度为大地高为21严选课件2024/7/21222 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.1 同时改变
16、椭球的长半轴和偏心率保持椭球定位、定向不变，P点三维空间直角坐和大地坐标都不变；同时改变椭球的长半轴和偏心率；新椭球面通过P点沿法线方向在测区平均高程面(投影面)上的投影;新的椭球面最大限度地接近测区平均高程面。假设新椭球要素为 和 ；在新椭球坐标系中，P点大地高由 变为 ；由右图可知，P点大地高的变化量为：22严选课件2024/7/21232 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.1 同时改变椭球的长半轴和偏心率23严选课件2024/7/21242 2 2 2 高速铁路控制网布设和
17、精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.2 垂线偏差改正通过垂线偏差改正实现区域性椭球与测区水准面的最佳拟合；区域椭球的法线与WGS84的椭球法线一致；转换过程：24严选课件2024/7/21252 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.2 垂线偏差改正基准点P以法线为基准的站心大地坐标系以基准点P为旋转中心以垂线为基准的站心天文坐标系转转 换换25严选课件2024/7/21262 2 2 2 高速铁路控制
18、网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.2 垂线偏差改正26严选课件2024/7/21272 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.2 垂线偏差改正27严选课件2024/7/21282 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2.3.2 垂线偏差改正对于旋转中心P，转换前后三维坐标应保持不变，由此可
19、得即28严选课件2024/7/21292.3.3垂线偏差如何确定？2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 29严选课件2024/7/21302.3.3垂线偏差如何确定？2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 30严选课件2024/7/21312.3.3垂线偏差如何确定？高铁建在狭长带状区域，沿线每两公里左右就有一个二等水准点；大约有50%的水准点与CP点重合；利用GPS测量的大地高，很
20、容易求得沿线路走向上的高程异常；对于高速铁路精密工程测量控制网，直接利用线路走向上垂线偏差的子午分量 和 卯酉分量来代替 和 。2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 2024/7/2131严选课件2024/7/21322.3.4 选择最佳投影传统投影方法是高斯投影。对于地形起伏不大的南北走向工程，建立一个坐标系就可以控制较大区域，甚至是整条铁路。而对于非南北走向工程，就需要划分许多投影带才能满足精度要求。高速铁路精密测量控制网是狭长的带状网，可根据以下原则灵活选择投影方式：南北走向，可选
21、择横轴投影；非南北走向，可选择斜轴投影；东西走向，可选择兰勃特投影。 2 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 32严选课件2024/7/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.1 测量基准和精度匹配问题高速铁路线下基础工程施工，其测量控制网可以基于国家统一基准。确保新建工程不与既有建筑发生矛盾和冲突；便于地理信息的统一。轨道系统施工前，需要在线下基础工程的永久结构物上，重新建立基于工程独立坐标系下的CP、CP、CP三网合一的精
22、密控制网。实现最佳精度匹配：相邻CP点的相对精度应优于7mm；相邻CP点的相对精度应优于3mm。轨道控制网(CP网)是精密三维控制网。工程独立坐标系应确保轨面上的长度投影变形不大于10mm/km。这一要求的依据是：高速铁路轨道系统是狭长结构，净宽很小(通常小于10m)，施工测量时，现场实测距离因长度投影变形而引起的横向误差(通常小于0.1mm，轨道平顺性要求是0.3mm)可以小到忽略不计的程度。3333严选课件2024/7/213.2 CP布设CP控制点成对且对称布置，点间距9米15米，点对间距约60米，网形非常规则。CP点要永久保存，需埋设在专用观测墩。路基段：3 3 3 3 轨道控制网布设
23、和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3434严选课件2024/7/213.2 CP布设CP控制点成对且对称布置，点间距9米15米，点对间距约60米，网形非常规则。CP点要永久保存，需埋设在专用观测墩。桥梁段：3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理CPIII点永久保存3535严选课件2024/7/213.2 CP布设CP控制点成对且对称布置，点间距9米15米，点对间距约60米，网形非常规则。CP点要永久保存，需埋设在专用观测墩。隧道段：3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处
24、理轨道控制网布设和处理3636严选课件2024/7/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.3 CP网平面测量观测：CP观测条件苛刻，一般要求在夜间或阴天，用边角交会自由设站模式，向前、后各3对CP点进行全圆法方向和距离的全自动化观测。每测站至少测量三个测回，测站之间重叠4对点。处理：全站仪的测量成果要在工程独立坐标系中，利用联测的CP点作为强制约束点，分段进行约束平差，求得CP点的平面坐标。分段长度不能小于四公里，平差方法为常规平面网平差。精度要求：点位绝对精度优于2mm，相邻点的相对精度优于1mm。3737严选课件2024/7
25、/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.3 CP网平面测量CP测量通常按照间隔2对点设站的形式向前推进；施工干扰或观测条件不佳时可采用间隔1对点设站的形式向前推进；可以直接在CP点上安置仪器进行CP和CP的联系测量。 3838严选课件2024/7/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.4 CP网高程测量CP高程利用二等几何水准施测，要求相邻CP点高程的相对精度为0.5mm。特点每个CP点都是水准点，水准测量时没有转点；网形规则，测量中无须量距，每站观测四个点；水准
26、尺立在与CP标志配套的转接杆上，确保测量结果准确转换到CP棱镜中心；用精密数字水准仪施测，劳动强度低，且方便CP点名的自动录入；测点高于地面1米左右且大致等高，测量中宜选用1米或1.5米长的特制水准尺。3939严选课件2024/7/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.4 CP网高程测量中视法往测：自一个水准基点沿线路右侧CP点测至另一个水准基点，形成附合水准线路，左侧CP点作为支点同步观测。返测：测量左侧CP点形成附合线路，右侧CP点作为支点。4040严选课件2024/7/213 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设
27、和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理3.4 CP网高程测量矩形法实质是沿前后两对CP点按顺时针施测水准，形成规则的水准环；各个小的水准环环环相连，形成规则的水准环网。 4141严选课件2024/7/213.5 三网合一技术在线下工程的永久建筑上，布设CP点；每隔600至800米，选取一个CP点作为CP和CP的公共点；利用CP网和重新布设的CP点构成整体网；通过CP网的联系作用，整体网具有两套平面坐标：一套是国家测绘基准下的坐标；另一套是工程独立基准下的精密坐标。用几何水准或精密三角高程，将二等水准引测到CP点上，使CP点具备三维坐标；3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设
28、和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4242严选课件2024/7/213.5 三网合一技术在线下工程的永久建筑上，布设CP点；每隔600至800米，选取一个CP点作为CP和CP的公共点；利用CP网和重新布设的CP点构成整体网；通过CP网的联系作用，整体网具有两套平面坐标：一套是国家测绘基准下的坐标；另一套是工程独立基准下的精密坐标。用几何水准或精密三角高程，将二等水准引测到CP点上，使CP点具备三维坐标；通过强制对中装置实现CP和CP的无缝联接。3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4343严选课件2024/7/213.5 三
29、网合一技术3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4444严选课件2024/7/213.5 三网合一技术3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4545严选课件2024/7/213.5 三网合一技术3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理4646严选课件2024/7/213.6 CP网三维严密平差技术CP是三维网，理应按照三维数据处理技术来处理观测成果；传统技术是平面和高程分别测量和处理的，本质上并不是三维平差；利用传统技术，C
30、PIII平面网测量成果没有得到充分发挥：测量机器人的精密测量成果仅用于求得测量机器人的精密测量成果仅用于求得CPIII的平面坐标，同样精密的三的平面坐标，同样精密的三角高程弃置不用。用复杂的几何水准测量来求得角高程弃置不用。用复杂的几何水准测量来求得CPIII的高程。的高程。传统数据处理技术的缺点：观测量要改化（地面到椭球面、椭球面到平面观测量要改化（地面到椭球面、椭球面到平面）非原始观测量非原始观测量不能充分发挥不能充分发挥“数据探测技术数据探测技术”的作用的作用为充分发挥全站仪三维观测成果的作用，应采用三维严密平差技术。3 3 3 3 轨道控制网布设和处理轨道控制网布设和处理轨道控制网布设
31、和处理轨道控制网布设和处理4747严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型以全站仪三轴交点(简称测站)为原点，建立站心天文坐标系；以垂线和水准面为基准；以垂线和水准面为基准；坐标原点：坐标原点：仪器三轴交点；仪器三轴交点；在该坐标系中列立观测方程；原始观测量直接参与平差。原始观测量直接参与平差。3.6 CP网三维严密平差技术 4848严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型空间斜距的误差方程3.6 CP网三维严密平差技术4949严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型空间斜距的误差方程线性化线性化3.6 CP网三维严密平差技术5050
32、严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型空间斜距误差方程CP网边长很短，测距比例误差可不予考虑网边长很短，测距比例误差可不予考虑3.6 CP网三维严密平差技术5151严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型水平方向误差方程3.6 CP网三维严密平差技术5252严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型天顶距误差方程3.6 CP网三维严密平差技术5353严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型天顶距误差方程3.6 CP网三维严密平差技术5454严选课件2024/7/213.6.1 CP网三维平差函数模型天顶距误差方程当
33、全网只解算一个折光参数时，式(10-19)可简化为不考虑折光影响时，式(10-19)可进一步简化为3.6 CP网三维严密平差技术5555严选课件2024/7/213.6.2 观测量定权3.6 CP网三维严密平差技术5656严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换引入站心大地坐标：引入站心大地坐标：以法线和椭球面为基准以法线和椭球面为基准有如下转换关系：有如下转换关系：3.6 CP网三维严密平差技术5757严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换3.6 CP网三维严密平差技术5858严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换垂线偏差非常小
34、垂线偏差非常小CP网边长很短网边长很短3.6 CP网三维严密平差技术5959严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换站心大地坐标站心大地坐标地心坐标系地心坐标系3.6 CP网三维严密平差技术6060严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换站心大地坐标站心大地坐标地心坐标系地心坐标系3.6 CP网三维严密平差技术顾及顾及、和和为非变量为非变量 6161严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换3.6 CP网三维严密平差技术地心坐标与大地坐标之间有如下转换关系顾及N也是B的函数，令 其中 6262严选课件2024/7/213.6.3 不同基
35、准下函数模型转换3.6 CP网三维严密平差技术对于测站测站P P上任意一点上任意一点J J的站心大地坐标的站心大地坐标 有 CPIIICPIII控制网测点距离很近控制网测点距离很近( (30m30m150m150m) )，其大地坐标的差值不会超过，其大地坐标的差值不会超过5 5秒，因此有秒，因此有6363严选课件2024/7/213.6.3 不同基准下函数模型转换误差方程转换至大地坐标系误差方程转换至大地坐标系优点优点椭球系统是一个数学上精确定义的曲面坐标系统，优点是其表面与地球椭球系统是一个数学上精确定义的曲面坐标系统，优点是其表面与地球表面大致吻合，这样就使椭球坐标的地理解释更为直观；表面
36、大致吻合，这样就使椭球坐标的地理解释更为直观；椭球模型提供了可以把椭球模型提供了可以把GPS观测值和全站仪观测值统一起来的平台；观测值和全站仪观测值统一起来的平台；在经度和纬度作为坐标未知数的前提下，平差就与地图投影无关。在经度和纬度作为坐标未知数的前提下，平差就与地图投影无关。这一这一优点非常重要优点非常重要：如果按照常规平差技术在高斯投影面上处理观测成果，：如果按照常规平差技术在高斯投影面上处理观测成果，就必须考虑投影变形问题，而这些变形通常都很复杂，很难用线性数学就必须考虑投影变形问题，而这些变形通常都很复杂，很难用线性数学模型来表达，因此，常规平差技术只适用于局部的、有限大小的控制网。
37、模型来表达，因此，常规平差技术只适用于局部的、有限大小的控制网。而在椭球基准下，数学模型对控制网的大小根本没有限制。而在椭球基准下，数学模型对控制网的大小根本没有限制。对于椭球基准下的三维平差，观测值可以以其原始形式带入数学模型。对于椭球基准下的三维平差，观测值可以以其原始形式带入数学模型。这样做对统计检验尤为重要，因为只有对原始观测值进行统计检验才是这样做对统计检验尤为重要，因为只有对原始观测值进行统计检验才是最合理的。最合理的。3.6 CP网三维严密平差技术6464严选课件2024/7/213.6.4 近似坐标计算计算原理：假设各个测站的三维坐标为(0，0，0），各测站观测的方向值即为方位
38、角，由此，可利用全站仪原始三维观测值，直接计算各测站所有观测点的三维坐标；第步求得的三维坐标是各个测站相互独立的。因为相邻测站之间会重复观测8个点，利用这些重复观测点，可以将第二测站的坐标转换到第一测站的坐标系下。依此类推，顺次将所有测站的坐标都转换到第一测站的坐标系下；利用网中CP点的已知坐标，将第步求得的基于第一测站坐标系中的坐标，转换至工程独立坐标系中。通过地图投影，上述工程独立坐标还可转换成大地坐标或地心坐标等各种形式。 3.6 CP网三维严密平差技术6565严选课件2024/7/213.6.4 近似坐标计算计算原理演示3.6 CP网三维严密平差技术6666严选课件2024/7/214
39、 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器自由设站极坐标法三维测量以轨道控制网CP为基准；采用全站仪自由设站三维坐标法测量；相邻测站重叠观测至少2对CP点。6767严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器搭接测量不同测站重复测量的点称搭接点；平滑不同测站之间出现的测量偏差；单点搭接和多点搭接。单点搭接站间存在测量误差；两列放样点不平顺连接，中间会出现“错台”；第二站仪器重新定向，确保测设点平顺连接。6868严选课件2024/7/214 4
40、 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器多点搭接测量采用余弦函数对重复测量的搭接点进行平滑处理；重复点的坐标取两次测量的加权平均值。第一站测点的权重第二站测点的权重6969严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器地球曲率的影响轨道系统精密测量需要考虑地球曲率影响；全站仪测量范围通常限制在100米以内。7070严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器
41、轨检仪即轨检小车，内部装有高精度的距离、倾斜传感器；用全站仪测量轨检小车上固定棱镜的三维坐标；通过棱镜与各传感器的几何关系，精确求得左右钢轨顶点的坐标、轨距、水平等要素。通过多点测量，可以求得轨向、高低、轨道扭曲等轨道参数。7171严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.1 轨道工程测量方法及专用仪器其它专用设备 7272严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.2 轨道精调测量利用全站仪自由设站，配合轨检小车进行测量，分精调和粗调；粗调：测距范围不超过100米，间隔3
42、5点测量一个点；精调：测距范围不超过70米，逐点测量，需要搭接。利用前后各两对CP点自由设站；测量轨检小车上的棱镜；实时显示调整量。7373严选课件2024/7/214 4 轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量轨道系统精密测量 4.2 轨道精调测量轨道精调方法将外轨高程大致调整到位，平面位置精确调整到位；以外轨为平面基准，利用轨道尺固定轨距，通过高程测量，将内轨精确调整到设计位置；以内轨为基准，利用轨道尺控制超高，将外轨精确调整到设计位置。 7474严选课件2024/7/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 按施工方法不同，分为型双块和型双块；利用轨排法施工
43、的，称为型双块；利用机械压入法施工的，称为型双块。7575严选课件2024/7/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 5.1 轨排精调测量用工具轨将双块式轨枕组装成轨排；间隔23根轨枕安装一根精调横梁；利用精调横梁和螺杆调节器将轨排提升到地面以上5070mm；立模、扎筋并浇筑混凝土，将轨枕固定在混凝土底座上。7676严选课件2024/7/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 5.1 轨排精调测量浇筑混凝土前，通过螺杆调节器和横向调节器，将轨排调整到设计位置；分粗调和精调两个过程。粗调：精调小车间隔12个横梁测量一点，同时对多个横梁进行调整，将轨排
44、大致调整到设计位置；精调：逐梁测量和精确。7777严选课件2024/7/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 5.2 机械法施工的支脚精调施工原理浇筑混凝土；将轨枕框架准确放置到设计位置；通过高频震动将轨枕压入混凝土中。 7878严选课件2024/7/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 5.2 机械法施工的支脚精调精调原理：轨枕位置实际上是由线路左侧的三维可调支脚决定。三维可调支脚事先被锚固；将支撑球窝精确调整到设计位置；通过嵌合球使横梁左端与左侧支脚对位；通过嵌合球与右侧支脚对位；轨枕框架安放到前、后两根横梁上。 7979严选课件2024/7
45、/215 5 双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调双块轨枕精调 5.2 机械法施工的支脚精调支脚放样测量在轨道中间架设仪器，利用测量机器人，沿线路左、右两侧逐点测量，定出各个支脚的设计位置。 支脚精调用连接工装架设测量机器人；利用CP自由设站；单向后退法逐点测量；支撑球窝精确调整到设计位置；单点搭接测量；利用水平尺调整右侧支脚。 8080严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 型板式无砟轨道设计理念轨道板经过数控磨床精确打磨，假定钢轨和扣件没有误差，将轨道板精确安装到设计位置，铺轨后，不用对轨道进行精调，就能形成高平顺的轨道系统。型板式轨道施工过程首先施工下
46、部基础；利用六个精调器，配合测量机器人，将轨道板逐块精确调整到设计位置；通过灌注孔灌注CA砂浆，填充轨道板和下部基础之间的空隙。8181严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术利用博格精调标架，配合测量机器人CRTS精调轨道板。8282严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术博格精调标架使用原理将三个标架放置到轨道板的前、中、后三对承轨台上；标架的触舌A触及大钳口的外斜面(图中M点)；1、2两个棱镜中心是对应承轨台的轨道特征点；通过精密测量，将三个标架的6个轨道特征点调整到设计位置。
47、8383严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术博格技术的测量原理要求：点到点，三维调整问题：轨道板纵向无法调整到设计位置8484严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术博格技术实质：点与点之间的三维调整横向偏差可控制在10mm以内，但纵向偏差可达1020mm；精调器只能横向和竖向调整，轨道板在纵向上无法调整到设计位置；按常规方法架设仪器进行测量，受纵向偏差影响，轨道板的横向和竖向也很难调整到位；利用不等高三脚架；在线路中线上设站；仪器与轨面等高。8585严选课件2024/7/216
48、 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术减弱横向调整误差影响的措施：测设GRP网GRP位于线路两侧；GRP点与定位锥一一对应；轨道板铺放在两个GRP点之间；仪器架在GRP点上，通过两点定向。8686严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术GRP平面测量测站尽量靠近轨道中线，左、右线分别布设；用一个盘位按顺时针方向测量，站间搭接3至5个点；一测回：先测CP点，再由远及近测量1015个GRP点，然后再测CP点；测3至4个测回取均值，利用CP点，将GRP点的坐标转换至工程独立坐标系。GRP高程测量使用一把水准尺，用电
49、子水准仪自带程序沿线路逐点测量；每隔300米左右起、闭于CP点，线路上的其它CP点为转点；GRP点按支点测量，每站前后各测量46个GRP点；附合测段间搭接三个点。8787严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术轨道板精调：两点设站利用不等高三脚架，在GRP点C上架设测地机器人，在GRP点E上架设后视棱镜。 8888严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术轨道板精调：标架标定及精调首块轨道板8989严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格
50、精调技术轨道板精调：搭接设站后视棱镜由GRP点E向后移动1块轨道板的距离，搬站至GRP点D；将测量仪器由GRP点C，向后移动2块轨道板的距离，搬站至GRP点A；将搭接标架4按装到已经精调到位的1号轨道板的第1对承轨台上。三点定向和高程传递9090严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术轨道板精调：精调后续轨道板9191严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术博格精调技术的精度分析：误差累计，引起沉板和浮板；分段闭合，消除沉板和浮板引起的线路起伏。9292严选课件2024/7/216
51、6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.1 博格精调技术博格精调技术的精度分析：顾及顾及GRP点的绝对精度约为点的绝对精度约为0.8mm，不等高三脚架的设不等高三脚架的设置精度约为置精度约为0.5mm，则有则有 主要取决于主要取决于GRPGRP的相对精度，勉强能达到的相对精度，勉强能达到0.30.3mmmm 。9393严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术利用自定心钢轨模拟装置模拟轨道特征点；钢轨模拟装置具备自定心功能，确保底座中心自动移至轨道中心；棱镜中心刚好位于钢轨顶的设计位置。9494严选课件2024/7/2
52、16 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术精调原理： 以轨道为基准，确定点与线的位置关系。通过两维移动，将轨道特征点直接调整到线路设计位置。实质：两维调整9595严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术精调过程：在合适位置架设全站仪并利用CP设站；在仪器前面第四块轨道板的首端、中间、末端三对承轨台上各放置一个钢轨模拟装置；测量并精调轨道板首、末两端，通过逐步趋近，将其调整到设计位置；测量中间承轨台的三维坐标，将轨道板中部的高程调整到位；重复二、三步，将仪器前面的第3和第2块轨道板调整到
53、位；全站仪后退3块轨道板，设站并精调后续轨道板。9696严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术搭接测量：9797严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术搭接测量：设站测量搭接点搭接测量，消除搭接误差。9898严选课件2024/7/216 6 轨道板精调轨道板精调轨道板精调轨道板精调 6.2 基于轨道的轨道板精调技术精度分析：单纯由测量引起的横向和竖向误差很小，对绝对精度而言，也可以忽略不计，对相对精度而言，满足轨道相对精度要求。9999严选课件2024/7/
54、217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.1 常规强制对中技术下支腿埋入混凝土中；通过调平螺丝将仪器台调平；仪器台及上支腿浇入砼中；仪器台面板供安装仪器。缺点：体积较大；安装复杂；不易大规模采用。 100100严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.2 通用强制对中装置构成：预埋件；转接头；转接盘；转接杆。转接盘转接杆预埋件转接头101101严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.3 预埋件垂直埋设技术在
55、埋设位置钻孔；用细线将预埋件悬吊在钻孔内；灌注液体速凝浆液；下放预埋件；固定细线；30分钟后可拆除支架。102102严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.4 使用方法通过转接头对中强制对中模式一103103严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.4 使用方法通过转接头对中强制对中模式二104104严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.4 使用方法通过转接头对中三、普通对中模式1
56、05105严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.4 使用方法通过转接盘对中安装基座安装棱镜安装仪器相当于既有技相当于既有技术的仪器台术的仪器台106106严选课件2024/7/217 7 通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置通用型强制对中装置 7.4 使用方法通过转接杆对中直接安装棱镜、觇标等；高铁上大量采用的CPIII测量标志。107107严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 高速铁路轨道系统对变形有严格要求；必须等到线下工程的变形
57、趋于稳定以后，才能施工无砟轨道；隧道建在基岩中，一般不会发生大的变形；路基和桥涵是变形监测的主要对象；高速铁路对路基和桥涵的沉降，以及桥墩倾斜特别敏感；倾斜量可以通过差异沉降求得；高速铁路变形控制的重点是沉降监测。线下工程施工期间，桥墩、涵管和路基的沉降要全程监测；预测线下工程沉降变形趋势，为确定无砟轨道铺设时间提供依据。108108严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 8.1 沉降监测网布设沉降监测网分基准网和监测网；基准网由基准点和工作基点组成；工作基点于施工准备阶段提前埋设，间隔约200米，采用顶端刻“十”字的圆头标志
58、，便于平面和高程共点。109109严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 8.1 沉降监测网布设监测网在相邻两个工作基点之间布设AB和BA两条符合水准路线，将沉降监测点纳入其中，形成单一水准环A-B-A。110110严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 8.2 精度要求和数据处理原则精度要求变形监测的精度通常取最终变形量的1/101/20；路基工程的变形较大，最大可达几厘米至十几厘米；预测的桥墩理论沉降量通常是1020mm；高速铁路对沉降监测点的观测精度要求
59、是1mm。监测高程监测高程修正111111严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 8.3 桥梁沉降监测桥梁沉降监测点有两种：一种是承台监测标，另一种是墩身监测标；承台监测标的作用：一是作为过渡点，二是一旦墩身标被破坏，可以利用承台标恢复墩身标，确保监测数据连续；墩身观测标采用墙上水准标志；观测标对角埋设，以便监测桥墩沉降和横向倾斜。112112严选课件2024/7/218 8 高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测高速铁路的变形监测 8.4 路基沉降监测路基沉降主要包括地基基础沉降和路基本体沉降；路基基础沉降应在施工过程中进行动态连续监测，即边施工边监测，其专用监测设备是沉降板。路基填筑完毕至无砟轨道铺设期间，需对沉降板和沉降监测桩进行定期监测，以判定地基基础和路基本体的沉降变形情况；铺轨完成后，沉降监测桩随工程移交；高速铁路运营期间需继续对路基实施监测。113113严选课件114严选课件
