高速铁路工程测量.ppt
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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2024/5/12 周日周日1.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2024/5/12 2024/5/12 周日周日2 2.1 1 绪论绪论1.1 高速铁路定义1.时速100120公
2、里称为常速;2.时速120 160公里称为中速或准高速;3.时速160 200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2024/5/12 2024/5/12 周日周日3 3.2024/5/12 周日1 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
3、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4.2024/5/12 周日1 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.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2024/5/
4、12 周日1 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系统板式系统6.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)安装轨道板:精度安装轨道板:精度0.3mm0.3mm灌注灌注CACA砂浆填充轨道板与支撑层间空隙砂浆填充轨道板与支撑层间空隙安装轨道板:精度安装轨道板:
5、精度0.3mm0.3mmCACA砂浆灌注孔砂浆灌注孔通过锁件张拉宽接缝u无砟轨道成型7.1 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8.2024/5/12 周日1 1 绪论绪论1.5
6、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,确保轨道平顺。9.2024/5/12 周日101.6 中国高铁发展历程u提速提速中国铁路步入现代化的起点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
7、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.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86;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
8、 1 绪论绪论11.2024/5/12 周日1.6 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350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12.2024/5/12 周日1.6 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
9、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,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13.2024/5/12 周日1.6 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
10、绪论14中国高铁中国高铁带着世界飞带着世界飞.2024/5/12 周日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 2.1 高速铁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
11、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。15.2024/5/12 周日162.2 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
12、和精密测量基准高速铁路控制网布设和精密测量基准 IGSIGS站站IGSIGS站站IGSIGS站站.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。2024/5/12 周日172 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
13、和精密测量基准 .2024/5/12 周日182.2 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 .2024/5/12 周日192 2 2 2 高速铁路控制网布设和精密测量基准高速铁路
14、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。CPIIICPIII点点CPCP、CPCP共点共点.2024/5/12 周日202 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
15、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。.2024/5/12 周日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 2.3.1 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
16、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WGS84WGS84椭球面椭球面.2024/5/12 周日222 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。WGS84WGS84椭球椭球假设新椭球要素为 和 ;在
17、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:.2024/5/12 周日232 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.2024/5/12 周日242 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:.20
18、24/5/12 周日252 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.2024/5/12 周日262 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.2024/5/12 周日272 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
19、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.2024/5/12 周日282 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,由此可得即.2024/5/12 周日292.3.3 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 .2024/5/12 周日302.3.3 垂线偏差如
20、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 .2024/5/12 周日312.3.3 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
21、基准 2024/5/12 周日.2024/5/12 周日322.3.4 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 .2024/5/12 周日3 3 3 3 轨道控制网
22、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),
23、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。33.2024/5/12 周日3.2 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34.2024/5/12 周日3.2 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
24、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35.2024/5/12 周日3.2 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理轨道控制网布设和处理36.2024/5/12 周日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
25、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。CPCP点点CPCP点点37.2024/5/12 周日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
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