鐵路工程測量

鐵路工程測量（Railway Engineering Survey）是為鐵路工程的勘察、設計、施工和運營管理等而進行的測量工作。

鐵路工程測量為鐵路工程中最基礎、最關鍵的環節之一，尤為重要。隨著高速鐵路的不斷發展，鐵路工程測量也將進入更加精細化的精密工程測量時代。

基本介紹

• 中文名：鐵路工程測量
• 外文名：Railway Engineering Survey
• 內容：鐵路工程勘察、設計、施工等測量
• 對象：鐵路線路、橋樑、隧道、場站等
• 儀器設備：經緯儀、水準儀、測圖儀、GPS等
• 起步：清代

鐵路工程測量的概念

鐵路工程測量，就是為鐵路工程建設的勘測設計、施工、養護、運營管理等所進行的測量工作。按照測量的方式分為平面控制網、高程控制網；按施測階段、施測目的及功能，可分為勘測控制網、施工控制網、運營維護控制網。鐵路工程測量平面控制網遵循分級布網、逐級控制的原則。

(1)框架控制網(CP0)：採用衛星定位測量方法建立的三維控制網，作為全線(段)的坐標起算基準。

(2)基礎平面控制網(CPⅠ)：主要為勘測、施工、運營維護提供坐標基準，採用衛星定位測量方法進行測量。

(3)線路平面控制網(CPⅡ)：主要為勘測和施工提供控制基準。

(4)軌道控制網(CPⅢ)：主要為軌道鋪設和運營維護提供控制基準。

(5)其他施工測量：包括施工控制網加密測量、隧道控制網測量、橋樑控制網測量、施工放樣、建築物變形測量、線路中線貫通測量、竣工測量等。

(6)運營及維護測量：包括各級控制網的複測、構築物變形監測、區域沉降地段變形監測、軌道幾何狀態檢測等。鐵路工程測量高程控制網分二級布設，第一級線路水準基點控制網，為鐵路工程勘測設計、施工提供程基準；第二級軌道控制網(CPⅢ)，為高速鐵路軌道施工、維護提供高程基準。

鐵路工程測量的技術標準

《鐵路工程測量規範》(TB10101—2009)、《改建鐵路工程測量規範》(TB10105—2009)、《高速鐵路工程測量規範》(TB10601—2009)，於2009年12月1日施行，在實踐工作中，根據鐵路設計要求、設計時速、有砟或無砟，執行相應標準。各設計、施工、監理、建設、運營維護單位，應準確理解與認識規範含義與要求，嚴格執行。同時，在規範的使用過程中，應根據實踐中出現的問題，及時反饋，不斷完善，不斷研究創新不斷提高。設計時速250～350km的高速鐵路工程測量執行《高速鐵路工程測量規範》(TB10601—2009)，設計時速200km及以下新建有砟軌道鐵路工程測量執行《鐵路工程測量規範》(TB10101—2009)，設計行車速度200km/h及以下標準軌距有砟軌道改建鐵路工程測量執行《改建鐵路工程測量規範》(TB10105—2009)。

鐵路工程測量坐標系的選擇

平面坐標系採用2000國家大地坐標系基本橢球參數(長半軸為6378137，扁率298.257222101)。按高斯窄帶投影的方法建立工程獨立坐標系，按照200km/h及以下有砟鐵路滿足投影變形不大於25mm/km的要求，200km/h無砟軌道鐵路及250～350km/h高速鐵路滿足投影變形不大於10mm/km的要求，進行分帶投影。同時平面坐標引入1954年北京坐標系、1980西安坐標系，以便與既有地形圖資料進行銜接處理。高程採用1985國家高程基準。

鐵路工程測量內容分類

鐵路建設測繪主要是指對鐵路線路、橋樑、隧道、場站等的測繪。

①線路測繪：線路測繪一般分為草測、初測和定測三個階段。在勘測範圍上一般由面到帶，由帶到線。精度上由粗到精。測圖比例尺則由小到大。草測選線工作一般在地圖上進行，經實地踏勘後編制線路方案研究報告。初測則要對有比較價值的線路方案進行沿線導線、水準測量並施測1：2000比例尺為主的沿線帶狀地形圖。定測要在初步設計擬定線路中線的基礎上，進一步結合現場的地形、地質、水文等實際情況定出最經濟合理的線路位置，把鐵路中線放樣到地面，包括中線測量、曲線測設、線路縱橫斷面測量、大比例尺工點地形圖測制、橋渡及沿江(河)線路和必要時進行的沿江(河)水文勘測等。

②橋樑測繪：橋樑測繪一般包括橋址地形圖測量、水文測量、橋址斷面及水文斷面測量、鑽孔及橋墩定位測量、小橋涵匯水面積測繪等。

③隧道測量：隧道測量一般包括大比例尺地形圖測制、洞外控制測量、洞外工程測量、地下導線和地下水準測量、隧道貫通測量、豎井聯繫測量等。

④場站測量：場站測量一般與城市建設測量密切相關，此外還包括控制網及大比例尺地形圖測制、車站及車場和調車設備的平面及縱橫斷面圖的測制、調車駝峰平面及縱橫斷面圖的測制、鐵路樞紐總布置圖測制等等。在鐵路施工時也需要進行測量工作，如對已定測的線路進行複測，對橋、隧建築物根據平面設計和地形條件建立施工平面和高程控制網，同時還要進行大量的施工放樣測量。鐵路建成通車後，還要定期對線路平面、縱橫斷面狀態進行測量以及對橋樑、隧道進行變形觀測等。總之鐵路工程建設，從設計、施工到運營管理，每個階段都需要測量工作的密切配合。

鐵路工程測量的工作實踐

三網合一的理念

為保證鐵路工程測量統一的尺度和起算基準，勘測控制網、施工控制網、運營維護控制網進行設計時要體現“三網合一”的測量理念。在實際工作中，由於工期緊，加之鐵路線路中心線線位存在一定的不確定性，使航測控制網、初測控制網、定測控制網、施工控制網等存在一定的不協調性。生產中，比較實用的方法就是首先建立CP0控制網，提供初測控制網的基準，初測控制網應代替航測控制網在航測像控點測量前完成，在鐵路線路中心線線位較穩定的區段，可在初測控制網中，按照精測網要求建立CPⅠ控制網；鐵路線路中心線線位穩定的區段，定測控制網就建立CPⅡ控制網。鐵路線路中心線線位如果不穩定，先期建立CPⅠ、CPⅡ，將增加許多重複工作，帶來一定的經濟損失，並且容易產生數據、點位的混亂。

控制網的設計

在進行控制網設計時，充分利用既有國家A級、B級GPS點資料；根據測區鑽探資料、地形地貌資料確定控制點的埋設要求，確定深埋水準點的密度與數量、控制點的埋設方式；布設控制點時，根據各級工程測量的需要，在長大隧道進出口、斜井口、長大橋樑端頭布設CPⅠ對點。控制網的設計方案需經過評審後進行實施。

控制點的埋設

作業前對所有參與人員進行技術交底，對新工人要進行技術培訓與質量意識教育，合格後方可上崗。作業人員要人手一冊“埋樁作業操作程式”並融會貫通、嚴格執行。控制點的埋設工作要嚴格按照規範要求進行，現場選點後，經過點位、點間距、通視等檢核後方可挖坑作業，埋樁過程要由技術人員跟蹤照相，相片要能夠證明埋樁質量的有效性。埋樁作業人員要現場填寫相應“控制點選點作業手簿”、“控制點埋樁作業手簿”、並由檢查人員檢查簽名；技術管理人員填寫相應“控制點點位檢查表”、“控制點埋樁相片檢查表”，並由驗收人員進行檢查驗收、簽名，必要時驗收人員要到現場於樁撅側面局部挖樁檢查，不合格者發放整改通知書，限期整改後再查，直至合格，以保證控制點樁撅埋樁滿足規範要求，為各項工作提供堅實的質量保證。埋樁工作結束後把現場繪製的控制點點之記整理繪製成電子檔案，點之記各項內容按照規範要求格式填寫，其中概略位置坐標要與GPS觀測的大地坐標核對，以防止人為粗差。對於方案變動而引起重新埋設CPⅠ、CPⅡ點情況，必須將作廢點破壞，防止張冠李戴、點位成果混亂等情況出現。同時，在控制點樁撅的埋設中，對於可能出現的問題，如：鹽鹼地地區、移動沙丘地區、大面積河漫灘區域、水田密布地區等，在鐵路工程測量規範中沒有明確的埋設方法，實踐工作應根據實際情況尋求行之有效的方法，以保證控制點樁撅的穩定性。鐵一院採用鋼管固樁法進行深埋，對樁撅的穩定性起到了一定的作用。

控制點的測量

作業前對所有參與人員進行技術交底，對新工人要進行技術培訓與質量意識教育，合格後方可上崗。作業人員要人手一冊“GPS測量及水準測量作業操作程式”並認識到位，嚴格執行。作業中各種數據嚴格執行手工記錄、電腦錄入、數據備份的有關規定，嚴禁篡改原始數據，拼湊技術指標，一經發現偽造數據，將所有數據視為作廢，並將測量單位記入黑名單。平面控制網應採用滿足規範精度要求的儀器，並需鑑定合格，CP0、CPⅠ、CPⅡ採用GPS測量的方式進行，速度200km/h及以下的鐵路工程CPⅡ測量也可採用滿足規範要求等級的導線測量方法，CPⅢ以及隧道洞內CPⅡ採用滿足規範要求的導線測量方式進行。各種儀器使用前，對所用儀器要進行檢查與試用，以防儀器緣故貽誤生產、對數據質量造成隱患。作業人員現場填寫“GPS測量作業手簿”，作業中出現異常，要及時填寫並通知生產調度。數據處理人員，要將原始記錄的“GPS測量作業手簿”整理為電子檔案，並備註異常數據的技術處理方法。各項技術指標滿足現行規範要求時，方可提供解算成果。

高程控制網應採用滿足規範精度要求的水準儀、水準尺及尺墊等設備，使用前要認真檢查各項設定，並進行相應檢核與試用，使之處於正常使用狀態。嚴格按照規定的水準測量等級與測量方法進行作業，採用光學水準儀作業時，要認真填寫“光學水準儀水準測量觀測手簿”，現場需逐站計算各項觀測指標，當天作業完成後，需錄入到電腦製成電子檔案，核算各項觀測指標，如超限，需分析原因進行返工補測。也可採用PDA掌上電腦，採用電子記錄方式，嚴格設定各項限差要求，超限部分可現場及時補測，當天測完後，用數據線傳入電腦進行覆核與檢查。採用電子水準儀作業時，也需編制填寫“電子水準觀測手簿”，記錄有關內容，防止測段點號錯誤或數據混亂問題的出現，保證數據的正確性。作業手簿均要由作業人員、檢查人員簽名。數據處理人員，也要填寫“水準測量觀測數據整理表”，“水準測量高差計算表”，並有計算者、檢核者簽名。特別注意在工作初期，一定要進行儀器的試用，並加強數據的檢核，及時採取措施，防止大量不合格數據出現造成返工。

測量數據平差處理

對於高等級GPS精測控制網，宜採用專門的GPS數據處理軟體，以便使技術指標與數據成果適應現行規範的技術要求，即運用GPS接收機配備的隨機數據處理軟體進行基線解算。CP0需用專門處理長基線的軟體進行解算基線，然後將基線數據輸入到專門的GPS數據處理軟體中進行平差，平差顯示的各項技術指標滿足規範要求即為合格。目前，國內GPS數據處理軟體較多，有些軟體的技術指標已經按照現行鐵路規範技術參數進行了軟體升級，同時也希望有更多與新規範、生產實踐更加貼切的數據處理軟體誕生和推廣運用，以滿足鐵路建設高潮中大量數據處理的需要。運用手工或簡單的Excel方式進行高程測量數據平差，已經不能夠滿足水準測量精度及生產工期的要求，一般運用專門的水準數據平差處理軟體，有些平差處理軟體錄入觀測數據格式較為固定與繁瑣，需要手工編輯處理。希望對軟體進行升級或編制新軟體，以更加友好的界面，直接接受各種常用測量設備觀測數據進行平差處理，並能夠反映現行規範要求的各項技術指標與成果格式。

測量成果評審

控制網測量數據處理完成後，編制各項成果報告、平差報告、技術總結報告，各項測量成果經過諮詢、評審無誤後交付使用。

控制網交樁與複測

在實踐中曾發現，個別複測單位未採用規範要求的儀器設備，個別複測單位觀測過程及觀測數據未符合規範要求，高山區未採用正常水準面不平行改正等，造成複測數據與原測數據相差較大。因此，各單位要高度重視控制網測量工作，設計院將評審過的控制網成果交建設單位及施工、監理單位後，宜對有關單位進行技術交底，施工單位提出“複測技術方案”，進行與原設計同精度複測，宜採用與原設計院同等設備、同等數據處理方法進行複測，嚴禁採用不符合規範要求的測量設備與方法。複測單位測量人員要經過技術培訓，監理單位要對測量過程進行跟蹤、指導、檢核，監理單位要在觀測數據、數據測量過程、複測成果上籤字，複測滿足觀測要求及精度要求時，再與設計院原測成果進行比較，比較結果與問題處理按照現行規範相應要求進行。複測工作結束後，由建設單位組織有關單位進行評審後啟用控制網。

施工控制網加密

施工單位在精密控制網的基礎上，按照規範要求的方法進行施工控制網加密測量，原測水準高差各項改正內容，在加密測量計算時也需進行相應改正，同時根據規範進行有關隧道控制網測量及橋樑控制網測量，控制網測量成果經過諮詢評估合格後方可施工啟用。

CPⅡ精密控制網及線路CPⅢ控制樁的測量

隧道貫通後，需進行洞內CPⅡ測量與洞內高程點測量(全線貫通水準測量)；線下工程完成後，需對CPⅠ、CPⅡ進行複測，並進行全線整體平差，運用經過複測合格的CPⅠ、CPⅡ點進行CPⅢ測量，用於鋪軌、精調。為滿足布設測量標誌的精度要求並便於各項工作銜接，建議隧道內電纜槽進行施工時，同步將CPⅡ、CPⅢ、水準點的測量標誌進行澆築布設，洞外對電氣化桿埋設時，同步將CPⅢ的測量標誌進行澆築布設，橋樑段也可同步將CPⅢ的測量標誌布設到相應部位，以便於觀測及保證精度要求。

控制網的移交與維護

鐵路施工完成後，需由建設單位組織將複測合格的控制網向鐵路運營單位移交。控制網從布設開始，任何單位都有義務與責任進行控制樁樁撅的宣傳與保護，嚴禁施工期間人為破壞、人為造成沉降，建設單位宜組織有關單位簽定保護樁協定。

我國鐵路工程測量發展歷程

19世紀末至20世紀前半葉，中國鐵路建設很少，鐵路工程測量技術也很落後。據統計從清代1876年中國建設第一條鐵路起到舊中國1949年的73年間，僅修建鐵路2.2萬千米，其中通車的僅1萬多千米。鐵路測繪主要靠舊式經緯儀和水準儀、小平板儀等施測，如1943年隴海鐵路踏勘甘青鐵路線時，採用汽車裡程表測距、羅盤儀測向、氣壓計測高。1933年引進航測技術，雖曾零星和斷續搞過一些鐵路航測線路測量但收效不大。20世紀下半葉，即中華人民共和國成立後的半個世紀，鐵路建設及其測量工作取得了很大的進展。據統計，從1949～1989年40年中已建成和改造屬鐵道部管轄的鐵路5.3萬千米，其中新建3.2萬多千米，增建複線1.2萬多千米，新建電氣化鐵路6000多千米，初步形成了全國鐵路網骨幹，路網密度每萬平方千米內由1949年的22.7千米增至1989年的55.2千米，除西藏外，各省、自治區、直轄市都有鐵路相通。西北和西南地區鐵路里程占全國總里程的百分比由1949年的5.45%增至1989年的24.5%。新建鐵路橋樑12 695座，其中橋長超1000米的有63座，在長江上已建橋8座，黃河上已建橋21座，其中許多是公路鐵路兩用橋。長江第一橋武漢大橋全長1670米，南京長江大橋全長6772米。新菏線黃河大橋全長10 282.75米，是亞洲最長的鐵路橋，也是中國第一座橋上設有長1243米三線會讓站的鐵路橋。從建橋總延長米比較，比本世紀前半葉(即中華人民共和國成立前)增加了近5倍。新建鐵路隧道4423座、總延長2247.7千米。位於衡廣複線上的大瑤山隧道，其長度為14.3千米，是中國第一條長度超10千米的雙線電氣化鐵路隧道。此外，還新建、改建和擴建主要鐵路樞紐40多個及編組站90多個，車站總數已達5000多個。在這些鐵路建設工程中，從規劃到營運管理，都需要進行測繪。鐵路測繪直接為鐵路規劃、勘測選線、工程設計、施工和運營管理服務，貫串於鐵路建設的全過程，是一項非常重要的基礎性工作。20世紀50年代至90年代的40多年來，線上路測量方面共完成草測鐵路線長13萬多千米，初測17萬多千米，定測15萬多千米，測制1：1萬、1：2000等各類比例尺地形圖33萬多平方千米，施工測量3萬多千米，複測既有鐵路線10萬多千米。例如，在建設成渝線的複測中，通過測繪，進行重要改線7處，縮短線路25千米。節約了工程投資。又如在寶成線建設中，經測量對兩大接軌方案進行比較，最後擇優由寶雞到略陽與隴海線接軌，雖然經過穿越秦嶺測繪的重重困難，最終測繪了最佳的合理路線。此外蘭新線的建設，也是通過穿越“百里風區”和“百里沙丘”的困難測繪，得出合理的線路方案，使西北鐵路大動脈得以建成。在鐵路橋、隧、場站建設的測繪中，橋樑建設控制測量保證了長跨度連續鋼樑、橋墩及軸線定位的高精度，例如，在建設亞洲最長鐵橋的黃河新菏鐵橋中，控制測量解決了在河漫灘鬆軟地層埋設控制樁問題。施工複測證明打入的鋼管樁樁位穩定，保證了全橋301個墩台準確施工。在衡廣線長度14.3千米大瑤山隧道建設中，曾先後三次進行地面及高程控制測量，使水準環的閉合差達到很高精度，貫通測量使方位角和橫向貫通誤差均小於規定限差，其控制測量的質量保證了隧道施工的順利完成。在鐵路站場及樞紐測繪中，地形測繪提供了選擇車站圖型及確定車站設施包括調車、給排水、除雪等和客貨運設備等等的設計依據，特別是樞紐站的複雜設計依據。例如在鄭州樞紐站的改建和擴建中，測繪保證了鄭州站混合式樞紐總布置圖、東北向貨物列車迂迴聯絡路線和樞紐線路立體疏解的設計，諸如通過地形圖結合定線選擇專業車站站坪、確定站場標高、進行車站與線路的平面和縱斷面設計、利用地形選擇跨線橋址等，並保證了樞紐總體布置的合理運營及其與城市規劃建設協調配合的合理性。

20世紀鐵路測量的技術進步主要在下半葉得到了迅速發展，它主要體現在技術設備和方法的改善，1950年前後的鐵路測繪主要還是靠舊式經緯儀、水準儀、平板儀和手搖計算機作業，雖然在30年代引進了少量航空攝影測量設備，但也只是少量、零星地斷續採用，並僅限於草測套用。60年代是鐵路測繪科技進步的新起點，在作業中開始套用電子計算技術，研製了62型斷面儀並積極開展航測技術在初測和定測中的套用，成功地利用航攝小比例尺像片放大6～10倍測繪大比例尺地形圖，並用解析法空中三角測量取代多倍儀加密。以及開發地面攝影測量測制特大比例尺工點地形圖。70年代～80年代是更新的轉折，改進了62型斷面儀為電磁波EY-1型橫斷面測量儀，電磁波測距儀和電子計算機進一步得到廣泛套用，線上路測量中，使電磁波測距儀加J₂級經緯儀配套聯裝，再配可程式序電子計算器、自動安平水準儀等進行初測導線、定測交點和切線。繼而推廣了電磁波三角高程進行線路基平和中平測量、任意點置鏡極坐標法測設曲線等新方法。對導線、放線資料、曲線測設和整正、線間距、電磁波三角高程、水準測量數據處理等均實現了電子計算機 (器) 程式化。航測方面引進了精密立體測圖儀、解析測圖儀、正射投影儀作業，利用既有航攝資料高倍放大成圖已成為鐵路建設大比例尺地形圖的有效技術方法。在橋樑測量中，80年代已廣泛套用電磁波測距儀、測深桿、測聲錘和回聲測深儀進行橋址和水文斷面測量。在隧道測量中，將電磁波測距成功地用於長隧道貫通測量，建立洞內電磁波測距導線網，用光學投點儀在豎井聯繫測量中傳遞坐標以及用陀螺經緯儀定向和電磁波測距儀導高。80年代末，在隧道洞外控制測量中套用全球定位系統(GPS)作控制網點進行相對定位測量也取得高精度的成果。