乾貨｜高速鐵路工程測量簡介

我們都知道如今中國的高鐵已經建成了兩萬多公里， 國家正在實現八縱八橫的建設計畫， 中國高鐵在國際上儼然成了中國的國家名片。

那麼在高鐵的建設中， 工程測量又是怎麼回事呢？

動車為什麼能跑那麼快

動車能在鋼軌上行駛那麼快， 除了需要的動力之外， 最重要的原因是鋼軌的線型精度很高。 如果鋼軌線型越接近理論線型， 火車的速度就可以越快， 什麼350， 3500也不是問題。 而鋼軌的線型精度是由測量決定的， 路基、橋樑等等都在為維持需要的鋼軌線型精度服務（不變形或變形在允許範圍內）。

線型精度， 我們可以理解為實際線型接近理論線型的程度， 而線型精度是由控制網的精度決定的。 高鐵比高速公路速度快， 就在於高鐵的線型精度比高速公路的線型精度高， 120km/h和350km/h有很大的區別， 從而我們也理解高速鐵路的控制網精度比高速公路的控制網精度高的原因所在。

ps:高速公路一般採用一級導線、四等水準。 而高速鐵路一般採用三、四等導線、二等水準。

高鐵的測量控制網分級

CP0：框架控制網， 高鐵中最高等級的控制點， 等級一等， 大約30公里一個。

CPI： 第1級控制網， 也稱為基礎平面控制網， 等級二等， 沿線路大約4公里佈設一對(間距約1公里)， 一般要求通視。 為CPII提供起閉基準。

CPII：第2級控制網， 也稱為線路平面控制網， 等級三等， 大約1公里1個（困難地段600m-800m）。 為勘測和線下工程施工服務， 並為CPIII提供基準。

CPIII：第3級控制網， 也稱為軌道控制網， 等級四等， 大約60m1對， 佈設在線路兩側。

加密基標：沿線路中線佈設， 在CPIII基礎上為軌道鋪設建立的基準點。

維護基標：佈設位置根據維護 方法而定， 在CPIII基礎上為軌道維護建立的基準點。

CP0， CPI， CPII均為設計院交樁， 施工單位複測即可（一般採用GPS靜態測量）， CPIII及以下由相關施工單位測設經評估後移交下一級單位使用。 因此我們重點介紹CPIII測量。

CPIII測量

1、採用CPIII測量的目的是什麼

目的很簡單， 是讓控制網誤差均勻分佈， 使得實際線路各點接近理論線路的程度基本相同， 防止誤差集中或突變， 讓列車保持高速前行並且平穩。

ps：日本新幹線上硬幣立不穩， 除了勻加（減）速和勻速行駛控制不好之外， 也跟他沒有設置CPIII測量方式及相關的軌道維護有關。

2、點位設置不同

CPIII的點位和CP0、CPI、CPII埋設在地下不同， CPIII的埋設是在“地上”， 在線路的兩側埋設高度約1米的砼樁， 在樁上埋設預埋件， 使用連杆將棱鏡插入或旋進預埋件（如下圖，

也有使用球形棱鏡的）， 棱鏡中心即是CPIII的點位中心。 由於CPIII的點位元不能架設儀器（虛點位元， 放置棱鏡後棱鏡中心才是實點位）， 要使用CPIII的成果必須採用後方交會。

3、觀測不同

上面說到， CPIII一般60米一對， 最小的觀測距離約30米， 這麼短的邊人工觀測要達到四等要求基本達不到，

而且觀測方向多（一站要觀測約13個目標）， 人工觀測效率也低下。 因此， CPIII測量關鍵是設備， 需要測量機器人（帶馬達驅動和目標自動識別的全站儀）自動觀測， 而自動觀測需要機載軟體按規範進行。 嗯， 是的， 您不僅需要測量機器人， 還需要機載軟體， 這個機載軟體相當奇葩， 不同設計院的CPIII平差軟體需要不同的機載軟體， 僅僅是因為記錄檔的格式不同而已。

大多數情況下， 白天氣溫變化明顯， 施工干擾也較大， 在白天觀測難以滿足精度要求， 很多時候採用在夜間觀測。 測量人員的辛苦可見一斑。

ps:目標學習， 是指測量機器人在自動識別目標前需要人工照準一遍目標， 不知道為什麼取個名叫目標學習， 叫初瞄不行？不過只要習慣了就好。

觀測方式詳見《高速鐵路測量規範》。如下圖所示：

4、平差計算不同

CPIII的平差和一般控制網平差不同，要求使用專用的平差軟體。每個測站觀測符合要求後形成觀測檔，內業處理由規定使用的CPIII平差軟體讀入觀測檔計算。這一點在中國高鐵可謂奇特，基本各大設計院都有自己的CPIII平差軟體，如果施工單位施工了不同設計院設計的高鐵線路，基本就得買幾套平差軟體。想用哪個用哪個？門也沒有，評估一般通不過。

不同的軟體可能用法不同，拿到軟體後需要仔細閱讀說明書琢磨一下。

變形監測

前文說到，路基橋樑等都在為維持線路精度服務，讓列車能保持高速行駛。路基橋樑是否已經處於穩定或營運過程中的變形是否能滿足高鐵行駛需要，這一切都靠一個手段來判斷-變形觀測。

1、平面位移觀測

在構築物上埋設觀測點，建立導線（一般採用四等導線）觀測，座標的變化反映平面位移變化，後期多依據CPIII的多週期觀測來判斷。

2、沉降觀測

這在高鐵的變形觀測中最普遍，路基、橋樑、隧道觀測方式各不相同，一般採用二等水準，觀測量巨大。

小結

高鐵正是因為高精度的測量需求，相比一般的工程測量，在測量設備、方式上都發生了許多重大變化，精度要求越高，測量的工作量越大，在遍佈神州的高鐵工地上，灑滿了無數工程測量人員的心血和汗水。

叫初瞄不行？不過只要習慣了就好。

觀測方式詳見《高速鐵路測量規範》。如下圖所示：

4、平差計算不同

CPIII的平差和一般控制網平差不同，要求使用專用的平差軟體。每個測站觀測符合要求後形成觀測檔，內業處理由規定使用的CPIII平差軟體讀入觀測檔計算。這一點在中國高鐵可謂奇特，基本各大設計院都有自己的CPIII平差軟體，如果施工單位施工了不同設計院設計的高鐵線路，基本就得買幾套平差軟體。想用哪個用哪個？門也沒有，評估一般通不過。

不同的軟體可能用法不同，拿到軟體後需要仔細閱讀說明書琢磨一下。

變形監測

前文說到，路基橋樑等都在為維持線路精度服務，讓列車能保持高速行駛。路基橋樑是否已經處於穩定或營運過程中的變形是否能滿足高鐵行駛需要，這一切都靠一個手段來判斷-變形觀測。

1、平面位移觀測

在構築物上埋設觀測點，建立導線（一般採用四等導線）觀測，座標的變化反映平面位移變化，後期多依據CPIII的多週期觀測來判斷。

2、沉降觀測

這在高鐵的變形觀測中最普遍，路基、橋樑、隧道觀測方式各不相同，一般採用二等水準，觀測量巨大。

小結

高鐵正是因為高精度的測量需求，相比一般的工程測量，在測量設備、方式上都發生了許多重大變化，精度要求越高，測量的工作量越大，在遍佈神州的高鐵工地上，灑滿了無數工程測量人員的心血和汗水。