高速铁路CPⅢ平面网的闭合差研究及其应用

CPⅢ平面网精度要求高、外业观测的数据量大.如何评定CPⅢ平面网外业观测数据的精度,以及如何进行CPⅢ平面网外业观测数据的粗差探测,是CPⅢ网理论研究和测量实践的重要内容之一.本文在充分研究CPⅢ平面网网形特点的基础上,提出CPⅢ网纵横向闭合差的概念,并推导CPⅢ网纵横向闭合差限差的计算模型.通过模拟计算,确定了CPⅢ网纵横向闭合差极限误差的建议值,并据此进行CPⅢ网外业观测数据中是否含有粗差的检核.剔除并重测含有粗差的外业观测数据,可以有效提高CPⅢ网的可靠性和精度.本文的研究成果,对CPⅢ平面网测量及相关测量规范的制定和完善有参考价值.     

高速铁路运营期间CPⅢ平面网复测方法优化探讨

为满足高速铁路线路运营维护的需要,提高CPⅢ网复测作业效率,结合运营期间CPⅢ平面网复测特点,提出了平面网复测的优化方法—"固定2C半盘位测量法",并对该方法的测量精度进行了初步分析。结合某高速铁路运营期CPⅢ平面网复测数据,采用"固定2C半盘位测量法"进行平差文件计算和CPⅢ网平差处理,并与常规全盘位测量数据计算结果进行对比分析,进一步验证了该方法在运营期间CPⅢ平面网复测中的可行性。     

CPⅢ平面网的解算方法研究及仿真计算

在详细研究CPⅢ平面网的构网方式的基础上,推导了CPⅢ平面网的严密平差数学模型并通过仿真计算得到三点有益结论:(1)方向及距离残差符合均值为0的正态分布;(2)每对CPⅢ点在x和y方向的中误差几乎相等,整网精度较为均匀;(3)相对点位中误差均小于1mm,且主要位于区间0.62~0.70mm,满足文献[1]规定的CPⅢ平面建网精度要求.仿真计算表明,采用标称精度为±5″,±(1+1×10-6D)mm的全站仪施测,能够达到相对定位精度≤±1mm的要求.     

CPⅢ平面网半盘位观测的可行性研究与分析

研究目的:将实测于某高速铁路客运专线的CPⅢ平面网数据分全盘位和半盘位分别进行平差处理,通过对CPⅢ平面网半盘位观测方式进行的可行性研究与分析,以期望能够用半盘位的观测方式来代替现在CPⅢ平面网全盘位观测的外业数据采集方式。研究结论:通过理论分析和采用大量CPⅢ平面网半盘位观测数据进行平差计算,并且与用全盘位观测数据进行平差计算的各项精度指标进行对比分析,证明能够用半盘位的外业观测方式代替现在CPⅢ平面网的全盘位的外业观测方式,这一研究结论可为《高速铁路工程测量规范》的修订与完善提供依据。     

高速铁路CPⅢ平面控制网长度投影变形处理方法研究

在建立CPⅢ平面控制网时,由于设计和现场客观因素将造成测量数据发生长度投影变形,对CPⅢ平面控制网的整网精度产生影响。为了尽量消除长度投影变形,令在地面上观测的长度能与设计值相匹配,提高CPⅢ平面控制网的精度,提出了两化改正及尺度改化两种方法对CPⅢ平面控制网的观测数据进行处理,并将改化前后数据的约束平差结果进行对比,证明长度投影变形改化方法的处理结果与原成果基本一致,并且可消除长度投影变形,提高CPⅢ平面控制网的精度。     

高速铁路CPⅢ平面网复测稳定性判定标准的探讨

基于CPⅢ平面网独有的构网特点,利用参数平差法和协方差传播律,给出CPⅢ平面网复测稳定性判定标准及其严密的计算式,并在此基础上模拟CPⅢ平面网观测数据予以分析,据此确定CPⅢ平面网复测与原测成果的X、Y坐标较差≤±4 mm,且相邻点的复测与原测坐标增量ΔX、ΔY较差≤±2.5 mm。从理论上严密给出高速铁路CPⅢ平面网复测稳定性判定标准,希望能为正在修订的高速铁路工程测量规范所采纳。     

高速铁路CPⅢ相邻区段搭接方法研究与应用

研究目的:CPⅢ轨道控制网相邻区段之间能否实现合理平顺搭接已成为影响控制网能否达到高精度的重要因素之一,进而影响轨道的平顺性。本文针对现行规范中直接坐标严密平差搭接方法在可操作性上存在的问题,结合工程实际对CPⅢ网相邻区段搭接方法进行对比研究,意在发展一种既能满足工程实际需要又能有效提高CPⅢ网相邻区段之间搭接精度的新方法。研究结论:(1)余弦函数平滑搭接法在CPⅢ平面网相邻区段搭接中应用是可行的,其搭接处理后的长波平顺性和相对精度均高于直接坐标严密平差搭接法;(2)提出的"基于余弦函数平滑坐标的严密平差搭接法"更加有利于提高搭接区段轨道的短波平顺性和整体线路的长波平顺性;(3)本文研究成果满足工程测量实际需要,可应用于无砟轨道铺设阶段和运营维护阶段CPⅢ平面网相邻区段平顺搭接处理,对相关测量规范的完善有一定参考价值。     

隧道内CPⅡ平面控制网与施工导线网差异探讨

在总结和吸收高速铁路测量新技术、新方法的基础上,我国铁路工程测量建立了"三网合一"的测量理念,高速铁路、普通铁路洞内平面控制测量随即引入了"隧道内CPⅡ平面控制网"这个新概念,隧道内CPⅡ平面控制网在用途、点位埋设、测量时机、数据采集、平差原则、贯通测量等方面,与隧道施工导线网具有显著差异,按照施工导线网测量原则再次施测隧道内CPⅡ平面控制网,很难保证控制网既满足轨道控制网(CPⅢ)测量精度要求又满足无砟轨道施工后建筑界限与隧道线下工程施工现状相一致的复杂要求。应对两者之间的差异进行分析,采取针对性的技术策略,才能确保隧道后续无砟轨道的顺利施工。     

长度投影变形对CPⅢ平面网精度影响的计算实验

为探讨长度投影变形对CPⅢ平面网精度的影响,选择3段不同长度的实测CPⅢ平面网,作为对照,仿真一段没有投影变形的CPⅢ平面网,然后对这4段CPⅢ平面网分别添加不同大小的边长投影变形改正,统计不同的边长投影变形改正下对应的CPⅢ平面网的精度,发现CPⅢ平面网精度最佳时的边长改正与由原始观测值自由网平差后坐标转换中的尺度比参数K一致,得出了采用K值作为边长改正可以最大程度的提高CPⅢ平面网精度的结论。这一结论能为正确进行CPⅢ平面网数据处理提供有益的参考。     

CPⅢ平面网必要点位精度的研究

研究目的:在考虑CPⅢ网的观测网形以及网中观测值的必要观测精度的前提下,对CPⅢ标准网以及改进网的必要点位精度进行仿真计算.通过误差理论分析,探讨CPⅢ点在2种网形下的合理点位精度,并进一步推算CPⅢ标准网以及改进网2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的合理允许误差.研究结论:采用边角网精度估算的方法,推算CPⅢ控制网的必要点位精度.认为改进CPⅢ网的交互强度虽比标准的CPⅢ网好,但其点位精度却比标准的CPⅢ网差,在横向精度方面差异更大.对标准CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±1.5 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±3.0 mm;对改进的CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±2.0 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±4.0 mm.     

铁路隧道洞内CPⅡ导线测量与复测精度指标合理性探讨

在铁路隧道洞内精密平面控制网CPⅡ建立、复测过程中,因规范规定的往返观测平距较差限值、导线复测水平角较差限差及边长较差限差指标过严,致使规范不能严格有效执行。以某线3座新建隧道工程的洞内CPⅡ控制网建立与复测为基础,对实测数据进行较差统计,对规范中现行测量限差匹配合理性进行分析,提出更加合理可行、安全可靠的限差指标建议,达到既能保证控制网测量质量,又减轻施测单位测量工作量的目的,供将来规范修订时参考。     

高铁CPⅢ复测高程和相邻点高差较差限差的确定

研究目的:CPⅢ高程网对保证高速铁路无砟轨道高程方向上的静态平顺度具有至关重要的作用。为了确保其测量结果的可靠性,常需进行复测,而目前高铁CPⅢ复测高程和相邻点的高差较差限差一般是基于大量的统计数据给出的,并非经过严密的理论推导。因此,研究CPⅢ复测高程和相邻点高差较差的严密估算原理,对保证在建高铁CPⅢ高程网的建网、复测成果的可靠性具有重要的意义。研究结论:按间接平差原理推导了CPⅢ高程网复测高程和相邻点高差较差限差的严密估算模型。并依据该模型,对按德国中视法和中国矩形法施测的CPⅢ高程模拟网进行了仿真计算,其结果与现有高速铁路工程测量规范关于CPⅢ高程网复测高程和相邻点高差较差限差的规定相吻合,为高速铁路工程测量规范有关CPⅢ高程网复测高程和相邻点高差较差限差的规定提供了理论支撑。     

超长铁路隧道洞内平面控制网横向贯通误差仿真计算分析与应用

当前在建某高原铁路全线有17座20 km以上超长隧道，但我国尚未正式公布超长铁路隧道测量的相关规范要求，仅在某暂行规范中制定了20～25 km的超长隧道横向贯通误差的相关限差。为验证暂行规范中限差的合理性并对长度超过20 km的超长铁路隧道洞内横向贯通中误差的限差提出推荐值，设计进行仿真计算实验。模拟计算3种常用平面控制测量网下各20组20～44 km范围内7种长度的超长隧道在观测精度分别为隧道二等和平面二等精度时的洞内横向贯通中误差，得到以下成果：(1)给出两种不同观测精度下洞内横向贯通中误差的分布情况和限差推荐值；(2)观测精度为平面二等精度时，暂行规范中洞内横向贯通中误差的限差值偏大，且随着隧道长度增加，自由测站边角交会网精度最优；(3)观测精度为隧道二等精度时，暂行规范中隧道洞内横向贯通中误差的限差值偏小，且交叉导线网精度最优。     

高速铁路CPⅢ控制网单边测量精度分析及应用研究

受"V"型天窗作业时间限制,某些运营铁路线或区间无法测量点对双边CPⅢ控制点,需进行单点单边测量。通过试验数据,在对CPⅢ控制网单边测量的数据精度指标与常规点对CPⅢ控制网测量成果进行比较分析的基础上,对单边测量成果进行轨道测量的应用研究。研究分析结果表明,CPⅢ控制网单边测量精度指标能满足高铁CPⅢ控制网测量精度要求,单边测量成果可用于轨道测量。     

基于自由测站的高速铁路CPⅢ高程控制网建网方法研究

研究目的:针对高速铁路轨道控制网CPⅢ高程网的建网测量,本文分析了CPⅢ高程网的技术要求及其德国建网方法和中国已有建网方法的技术特点,并根据CPⅢ平面网自由测站测量的原理,探讨利用CPⅢ平面网自由测站观测值构建CPⅢ三角高程网的可行性。研究结论:通过引进中间法三角高程测量技术构建CPⅢ三角高程网,并比对高精度三角高程网测量的前提条件,认为CPⅢ三角高程网是可行的;通过对其实际精度指标的大量比较和统计分析,认为可以达到二等水准测量和CPⅢ高程网的精度要求,因此是CPⅢ高程网建网测量的一种全新方法。     

山西中南部铁路通道南吕梁山特长隧道CPⅢ轨道控制网建网测量

在隧道内进行无砟轨道CPⅢ平面网建网测量,主要包括隧道段CPⅡ加密网控制测量及CPⅢ平面网控制测量两项工作,而解决洞内CPⅡ控制点与洞外CPⅠ(GPS)的联测方案是建网的重点和难点。本文详细地阐述了在山西中南部铁路通道南吕梁山隧道无砟轨道建网中,利用960 m长的5#斜井和较长的4#斜井作附合导线,并利用2#斜井作补充控制,将网型呈三角形布置,提高了控制网的整体精度,并对其中的规范要求以及注意事项作了介绍。     

无砟轨道CPⅢ控制网测量技术探讨

CPⅢ网是控制高速铁路上无砟轨道铺设和运营维护的一种高精度控制网。它采用自由设站进行多方向后方交会测量来获取角度、距离等测量数据,并采用分区无定向概略坐标算法对测量数据进行间接平差,得出CPⅢ点的坐标和CPⅢ网的精度。其网形结构、观测方法、观测时段及平差计算与传统的施工测量有着本质不同。     

自由测站边角交会法单边测量CPⅢ网应用研究

利用V形天窗时段进行运营维护或升级、改造的运营铁路,在测设CPⅢ控制网时只能考虑采用自由测站边角交会单边测量的方法进行作业。通过仿真试验计算,并对客运专线的实测数据进行精度统计分析,得出如下结论:采用自由测站边角交会法单边测量CPⅢ网与常规方法所得到的成果基本一致,各项指标与设站作业的精度皆可满足相关规范的要求,且单边测量的方法更符合我国部分既有线路运营期维护的实际情况。     

经典平差与赫尔默特方差分量估计法平差的适用性分析

针对铁路工程测量中的单一附合导线、双导线网和CPⅢ平面网不同的网形特点,分别采用经典平差和赫尔默特方差分量估计法两种平差方式对工程实例数据进行平差计算,对比其平差后坐标成果、精度指标等,进行理论及适用性分析研究。     

高铁隧道平面控制网横向贯通误差仿真研究

构建附合单导线、导线环网、交叉导线网和自由测站边角交会网等4种常见的高铁隧道洞内仿真平面控制网,利用精度估算的方法计算这4种网型在9种不同隧道长度情况下的横向贯通中误差;基于Box-Muller算法为仿真控制网添加随机误差,利用稀疏矩阵行列压缩技术对附加随机误差的控制网进行快速严密平差计算,从而完成4种隧道洞内平面控制网横向贯通误差的仿真计算工作。计算结果表明自由测站边角交会网的横向摆动相对较小,可以替代传统的洞内导线网;证明隧道洞内平面控制网的横向摆动服从正态分布,适当增加测量次数,可提高隧道的横向贯通精度,对确保长大隧道正确贯通具有参考意义。