《铁路测量》讲课提纲

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《铁路测量》讲课提纲一、概述:⑴铁路工程测量回顾：⑵铁路工程测量现状：⑶铁路工程测量展望：目前铁路测量技术手段方法以及仪器设备的发展(针对客运专线、高速铁路无碴轨道施工测量)1、工程测量的原则工程测量定义：工程建设的勘察设计、施工和运营管理各阶段，运用测绘学的理论和技术进行的各种测量工作。工程测量原则:“先整体后局部,先控制后碎部”的原则。2、一般新建铁路测量工作的特点和流程新建铁路测量工作的特点:长距离、线形、带状。按照工程测量定义可知，铁路测量工作流程一般包括新建铁路勘测阶段测量、施工阶段测量和运营管理阶段的测量。⑴新建铁路勘测阶段测量包括:初测、定测、线路纵横断面的测绘。初测：初测导线测量、初测水准测量和带状地形测量。初测导线测量：初测导线按照一级导线的测设精度要求，由于初测导线延伸很长，为了检核，必须设法与国家平面控制点或其他单位不低于四等的平面控制点进行联测。一般要求在导线的起终点以及在中间每隔不远于30km处联测一次。初测水准测量：分为基平测量和中平测量。基平测量：沿线路布设水准点。一般每隔2km设立一点，工程复杂地段1km设立一点。采用等外水准(五等水准测量，限差±30√Kmm)。中平测量：是测定中桩的高程，一般采用单程水准测量，水准测量启闭于基平水准点，允许闭合差±50√Kmm。带状地形测量：以初测导线点为测站，必要时可引测1个测站点，所测地形图的比例尺，一般平坦地区1:5000~1:2000,困难地区1:2000，测图带宽400m左右，测图方法用经纬仪配合小平板测图。定测：主要任务是把初步设计的纸上线路测设到实地(称作为中线测量)，并结合现场的实际情况改善线路的位置。 定测是依据初测导线点定出设计的纸上线路，再沿此线路测设中线桩(百米桩和加桩)以及曲线。定测主要采用穿线放线法和拨角放线法。线路纵横断面的测绘：线路的平面为位置在实地测设后，应测出各里程桩的高程。从而绘制出表示沿线起伏情况的纵断面图。从初测水准点引测，采用等外水准(五等水准测量，限差±30√Kmm。)在线路上所有的百米桩和加桩处应测绘横断面图。⑵施工阶段测量包括：现场交接桩、施工复测、控制测量、施工放样、竣工测量。现场交接桩：工程中标后,由业主组织设计院对施工单位进行现场交接桩,监理也要参加,设计院对重要的桩橛进行现场点交,并提交完整的交接桩资料,现场交桩结束后要形成交桩纪要.纪要中要写明交接桩的时间数量和桩子的保护情况.设计院施工监理三方签字.施工复测：特点是有长短链发生,满足曲线偏角的精度要求，复测前要对设计给出的曲线偏角和切线长曲线长等曲线要素资料进行复核。举1例控制测量：分桥梁隧道平面和高程控制测量.对于铁路一般遵循切线不变的原则.举1例。施工放样：一般采用全站仪极坐标法放样.对隧道洞口投点桥墩中心坐标顶帽高程等主要结构物的点位放样要采用精确放样,即采用归化法放样方法.举1例。竣工测量：对竣工后的线路进行线路中线和高程的贯通测量.贯通后的构筑物的中线位置要符合路基宽度和建筑限界的要求。⑶运营管理阶段的测量包括：既有线测量(平面和高程控制测量、坐标计算、里程推算、曲线计算、高程计算)，轨道整正，建筑物沉降和位移监测。3、新建客运专线、高速铁路测量工作的流程和特点：a测量工作流程:也包括新建铁路勘测阶段测量、施工阶段测量和运营管理阶段的测量。b测量工作的特点：长距离、线形、带状。由于它采用的是无碴轨道技术,它的主要特点是测量精度要求高，对轨道平面和高程的误差要求1~2mm。由于测量精度要求高的特点，又引出了下一个特点：三网合一的特点，即勘测阶段测量、施工阶段测量和运营管理阶段的控制网三网合一。勘测阶段控制网是基础平面控制网（CPⅠ）BasicHorizontalControlPointsⅠ：沿线路走向布设，按GPS 静态相对定位原理建立，为全线（段）各级平面控制测量的基准。施工阶段是线路控制网（CPⅡ）RouteControlPointsⅡ:在基础平面控制网（CPⅠ）上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制和无碴轨道施工阶段基桩控制网起闭的基准。运营阶段是基桩控制网（CPⅢ）Base-pilesControlPointsⅢ:沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPⅠ）或线路控制网（CPⅡ），一般在线下工程施工完成后施测，为无碴轨道铺设和运营维护的基准。铺设无碴轨道前加密基桩AdditionalBenchmark：在基桩控制网（CPⅢ）基础上加密，为无碴轨道铺设所建立的基准点，一般沿线路中线布设。铺设无碴轨道后维护基桩MaintenanceBenchmark：在基桩控制网（CPⅢ）基础上测设，为无碴轨道养护维修时所需的永久性基准点，应根据运营养护维修方法确定其设置位置。C无碴轨道施工测量要求标准高：1.0客运专线无碴轨道铁路工程测量平面坐标系应采用工程独立坐标系统，并引入1954年北京坐标系/1980西安坐标系。边长投影在对应的线路设计平均高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。1.1客运专线无碴轨道铁路工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准。当个别地段无1985国家高程基准的水准点时，可引用其它高程系统或以独立高程起算。但在全线高程测量贯通后，应消除断高，换算成1985国家高程基准。有困难时亦应换算成全线统一的高程系统。1.2客运专线无碴轨道铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性，各阶段的平面控制测量应共同使用同一个GPS基础平面控制网。1.3客运专线无碴轨道铁路工程测量平面控制网宜按分级布网的原则分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），第二级为线路控制网（CPⅡ），第三级为基桩控制网（CPⅢ）。各级平面控制网的作用为：1CPⅠ主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；2CPⅡ主要为勘测和施工提供控制基准；3CPⅢ主要为铺设无碴轨道和运营维护提供控制基准。1.4客运专线无碴轨道铁路高程控制网应按二等水准测量精度要求施测。在勘测阶段，不具备二等水准测量条件时，可分两阶段实施，即：勘测阶段按四等水准测量要求施测，线下工程施工完成后，全线再按二等水准测量要求建立水准基点控制网。1.5 各级（阶段）平面、高程控制测量完成后，应由建设单位组织评估，并编写评估验收报告。1.6构筑物的变形监测宜充分利用CPⅠ、CPⅡ和水准基点作为水平和垂直位移监测的基准点或工作基点，建立独立的变形监测网。1.7测量精度应以中误差衡量。极限误差（简称限差）规定为中误差的2倍。二、测量坐标系统以及相关概念1、距离测量:测量两点之间的长度的工作.边长平距斜距基线经纬仪视距法钢尺丈量光电测距仪全站仪(电磁波测距红外测距)平距:边长投影到水平面的距离。斜距:边长在某个斜面上的距离。基线:三角测量和摄影测量中,为获取测绘信息所依据的基本长度。2、角度测量:水平角竖直角天顶距方位角坐标方位角象限角极角水平角:测站点至两个观测目标方向线垂直投影在水平面上的夹角。竖直角:观测目标的方向线与水平面间在同一竖直面内的夹角。天顶距:测站点铅垂线的天顶方向到观测方向线间的夹角。方位角:由子午线的北端顺时针方向到某一方向线的角度。坐标方位角(方向角):以纵坐标的北端顺时针方向到某一直线的角度。象限角:直线与子午线相交的锐角称为象限角。极坐标放样夹角：两条直线的坐标方位角之差。3、高程测量：确定地面点高程的测量工作。高差海拔海水面平均海水面水准面大地水准面似大地水准面.水准测量三角高程测量高程:地面点至高程基准面的铅垂距离。高差(相对高程):地面上两点间的高程之差。海拔(绝对高程、简称标高):地面点高出平均海水面(我国指黄海平均海水面)的高度(铅锤距离)。海水面:指大海的水面，不是绝对的水平面，是有起伏的曲面。平均海水面:是指某地常年的海水面的平均值。水准面:是指假想的静止的海水面。它的特性是处处与铅垂线相垂直。大地水准面：海水有潮汐，时高时低，所以水准面有无数个，其中,通过平均海水面的一个称为大地水准面.它所包围的形体称为大地称为大地体。似大地水准面：规则的曲面,取椭球面.它很接近大地水准面， 称似大地水准面.这个椭球称作参考椭球体.我国有2个参考椭球：北京54(长半轴a=6378245m,短半轴b=6356863m,扁率e=(a-b)/a=1/298.3)和西安80(长半轴a=6378137m,短半轴b=6356752.3141m,扁率e=(a-b)/a=1/298.2572)。水准测量：用水准仪和水准尺测定两固定点间高差的工作。三角高程测量：根据已知点高程及两点间的垂直角和距离确定所求点高程的方法。4、坐标系统：大地坐标系(大地地理坐标系)(大地经度L和大地纬度B)地心坐标系(空间直角坐标)(x,y,z)平面直角坐标(x,y):小范围内近似的以水平面代替水准面。(因为地球表面是个曲面，可以证明，在半径在10km的范围内进行长度测量工作时，可以不考虑地球曲率的影响，因为由此产生的距离误差为1/1217300)。高斯-克吕格坐标(x,y):比较接近实际，可以和大地坐标进行正反算，互相换算。对铁路、公路等大范围的测量工作非常有用。很重要的特点是对东西向的铁路线路测量来说，为了保证长度变形在一定的范围自内(一般铁路长度要求变形是25mm/km，客运专线高速铁路无碴轨道要求长度变形是10mm/km)。所以它就限制了坐标系统的宽度(即y坐标的范围有限制)，需要经过多次的换带计算。一般铁路的东西向坐标宽度为45km左右,客运专线高速铁路无碴轨道要求东西向坐标宽度东西向坐标宽度宽度为30km左右左右,客运专线高速铁路无碴轨道还要针对具体的工程设计情况对坐标系统进行专门设计。㈠工程测量主要采用坐标系统:高斯平面直角坐标系:根据高斯-克吕格投影所建立的平面直角坐标。高斯-克吕格投影:地图投影带的中央子午线投影为直线且长度不变，赤道投影为直线,且两地为正交的等角横切椭圆柱投影.高斯投影是正形投影，就是高等数学中的保角变换(保角映射)，它有2个性质：一是角度的不变性,也即保角性;二是伸长的固定性。地区平面直角坐标系(独立坐标系):任意选用原点和坐标轴的平面直角坐标。建筑坐标系:坐标轴与建筑物主轴线成某种几何关系的平面直角坐标。㈡我们国内使用的坐标系统和高程基准:⑴平面坐标系统:过去：北京54坐标 目前：推广使用西安80坐标,但铁路部门仍然沿用北京54坐标,处于北京54坐标和西安80坐标(我国的大地原点在西安)都使用的阶段。⑵高程基准:高程基准：由特定的验潮站平均海水面确定的起算面所决定的水准原点高程。过去：应用1956黄海高程基准。现在：1985国家高程基准：根据青岛验潮站1952~1979年验潮资料计算确定的平均海水面所决定的水准原点高程。于1987年由国家测绘局颁布作为我国统一的测量高程基准。⑶GPS坐标系统:是指WGS84坐标系统。美国制定的，全球通用，三维，GPS的世界坐标系统)，它是以地球质心为坐标原点，三、导线测量计算1、闭合导线测量2、附合导线测量(计算选1个例子或只举无定向导线例子)3、无定向导线测量四、桥梁、隧道控制测量1、GPS测量技术简介2、桥梁控制测量3、隧道控制测量