高速铁路工程测量技术存在问题及解决措施

高速铁路是我国新型交通基础设施的重要组成部分，线路几何形位的高精度要求对测量技术提出了很大的挑战，测量技术作为工程建设的先导性工作，它的精度质量直接决定着最终轨道几何质量。

一、工程概况

某高速铁路段（DK235+000-DK258+000）长 23 公里，设计车速 350km/h ，跨江特大桥一座主跨 360m、双线简支箱梁，线路沿线途经平原、丘陵、跨越长江等复杂地势，全程共有路基长度 12.5km、桥梁长度 8.7km、隧道长度 1.8km，沿线控制点里程间距2.1km，最大间距控制长度4.8km。工程测量对测量成果的质量要求很高，平面位准误差控制在 5mm 以内，高程位准误差控制在 3mm 以内。由于现场测量条件复杂，采用传统的测量方式很难保证施工测量的精度，这对测量工作是一个不小的挑战。

二、高速铁路工程测量技术存在的问题

（一）二级控制网精度衰减问题

施工放样所依据的高速铁路二级控制网是施工控制的基础，控制网的精度能够正确反映后期施工放样的成果质量[1]。该标段施工二级控制网的布设形状为边角网，包含控制点46 个，网型强度系数K=2.34；长期控制网测量结果显示，控制网的控制点精度随着周期的变化呈现衰弱状态，其中网的坐标点位偏差不断增大，平面精度由测量初期的精度为±2.1mm 变化为 6 个月时精度为±4.7mm，高程精度由测量初期的精度为±1.8mm 变化为±3.9mm。据此可以推断，控制网精度的衰减主要源于以下3 个原因：一方面是环境温度对于混凝土观测墩的影响导致观测墩产生水平位移 ±0 .8mm，同时使得观测墩的不均匀沉降造成观测墩的高程变化值为±2.1mm；另一方面是大气折光条件使得大气折光误差可达到测距精度的±1.2mm；另外还有一点原因是仪器系统误差的累积也导致了控制网精度的变化。

（二）长距离跨江测量误差控制困难

在跨江特大桥施工控制测量中，影响测量精度的关键因素就是大气折光误差[2]。由于该桥主跨达 360m，控制测量长度达1.2km 跨越江面，存在很明显的垂直温度梯度和较大的水平温度差。对江面温度变化的监测发现，连续观测72 个小时的结果表明，江上空气层普遍存在明显的温度分层现象，垂直方向温度梯度平均值达到-0.8℃/100m，水平方向温差最大3.2℃，大气折光系数k 值日变化明显，昼间k=0. 18±0. .03，夜间 k=0.11±0.02，长距离观测大气折光引致的高程中误差按公式计算可达7.3mm，远超过工程要求的误差，同时，江面水蒸气蒸发引起的大气扰动导致测角精度降低到±2. 5^′′ ，影响了平面控制测量可靠性。传统的对向观测方法难以在如此复杂的气象条件下有效消除折光影响，为大跨江的跨江测量带来了极大不便。

（三）复杂地形条件下通视困难

该标段DK245+000-DK251+000 段施工区域为丘陵地形，沿线高差85m，传统的测量方式极易受地形遮挡。山丘地形带来地形遮挡使得地形站间不能有效地通视，平均视距由平坦地形的 2.3km 变为0.8km，控制点间不能自由通视；山体阻挡导致通视路线迂回观测，使得误差传播路径较长；林区茂密，山区的树木为山丘地区创造了更加恶劣的通视条件，有的测站只能砍树开路建立观测通视条件。地形条件带来较差的控网图形，形成了较多的一点与两点连接的路径，网形强度系数由规范中的小于2.0 降低到3.78；在丘陵地区土层浅，稳定性差，观测墩容易受雨天和冻融条件影响而出现观测墩位移现象，造成控制点坐标不能满足长期的稳定性 。

三、高速铁路工程测量技术解决措施

（一）控制网优化与精度保持技术

为保证控制网的长期稳定性，采用优化网形、应用双检核的方法来解决精度衰减的问题。在网形优化方面，改变由边构成的边角网为GPS 边角网，增加GPS 基线向量约束，使网型强度系数K 值由2.34 提高至1.87；在点位精度控制方面，减少点位密度，控制点平均边长由 2.1km 变为 1.6km，减小了观测值间的互传输误差。采用GPS 静态观测、全站仪精密导线、水准测量三种检核方法对所求点位坐标进行检核，每种检核方法是彼此独立的测量方法，GPS 静态采用徕卡双频接收机进行观测，观测时间不少于 6h，基线解算精度优于± (2+1×10^-) 6D)mm；精密导线采用徕卡 TM30 测量机器人，测角精度为 0.5^′′ ，测距为±(1+1. 5×10^-6D)mm ，导线闭合差允许值为1/150000。利用三种检核方法对所求坐标进行检核，点位坐标不符值控制在±3mm 之内，保证了控制网的长期稳定性。

（二）时段选择与观测方法优化

远程跨江测量使用最佳时间观测和多检核手段， 分析不同时段后发现，稳定的大气层中最佳观测时间为日出前1h 到日出后2h，此时大气稳 变化不大于0.5℃，垂直温度梯度变化不大于0.2℃/100m。观测方法采 技术，三角高程采用对向观测法，正反镜观测，观测6 个测回，测 3^′′ 跨 水准测量，采用DNA03 数字水准仪及条码尺观测，往返观测不符值控制在±2mm 内，两种方法测得高差不符值控制在+1.2mm 内，满足工程精度要求。

（三）复杂地形测量技术改进方案

对于丘陵区的视距观测，在测区 内增设辅助控制 通视问题。辅助点的布设采用递进加密的原则，即在主测点之间布设中 测点充分考虑测区地形及通视的需要，充分利用测区地形制高 平均边长缩短为1.2km，很大程度上改善通视条件， 差不超过±0.5mm，观测采用全圆方向法，观测 6 个测回， 8^′′ (1.2⁺1.2×10^-6D)m m，网型的强度系数由3.78 提高为2.15，控制网精度也有 度±3.2mm，高程精度±2.8mm。

结语

本文针对高速铁路工程测量技术问题成因的分析和对策研究，目的是从技术问题出现的原因剖析入手，找出“症结”，针对“病灶”，有的放矢地加以完善并应用，解决高速铁路建设中条件相对复杂的情况下所面临的测量问题。

参考文献：

[1]张翔. 高速铁路工程测量中的精密导线网布设与数据处理[J].信息系统工程,2024,(03):90-92.

[2]张兴海. 高速铁路工程测量标准体系现状分析与完善措施思考[J].运输经理世界,2023,(07):166-168.

[3]杜鹏伟. GPS-RTK 技术在高速铁路工程测量中的应用[J].大众标准化,2022,(16):154-156.