坐标转换法在高速铁路隧道控测中的应用

2010-04-17郝立涛

山西建筑 2010年17期

郝立涛

随着我国经济的发展，高速铁路建设高潮的到来，对测量的精度要求越来越高，隧道在高速铁路干线的线路设计中占的比重越来越大，根据《高速铁路工程测量规范》，当隧道洞口两端的线路控制网(CPⅠ，CPⅡ)不在一个投影带内时，需建立独立的隧道施工控制网。传统做法是在隧道控测时需要人为的重新布设交切点(即直线控制桩)，这就引起了增加工作量及影响测量精度等很多的问题;结合实际工作经验，我们探索出一种新的隧道控测的方法，不需要提前进行直线控制桩的布设，此工作方法简化了控测的流程，减少了工作量，提高了效率并且满足隧道施工测量需要，有一定的实际应用价值。

1 隧道控制测量现状

目前，根据《高速铁路工程测量规范》，新建高速铁路在设计阶段不再布设直线控制桩，也就是不再进行线路控制桩的放样(交切测量)，但是根据规范要求，在长大隧道控测时仍然需要直线控制桩对隧道线路进行控制，这就导致了在长大隧道施工控制网布设时需要先进行直线控制桩的布设。由于测区往往植被茂密，山势陡峭，所以一般均采用RTK交切技术进行直线控制桩的放样布设，然后再将新布设的直线控制桩纳入到新建隧道控制网之中，随后计算得到独立控制网下各交点间的距离及角度，在保证原隧道线路设计资料曲线要素中缓和曲线和半径不变的前提下，得到新的隧道线路设计成果。

但是我们在实际的工作中发现此方法有以下缺点:1)RTK进行直线控制桩布设精度不够。2)RTK布设直线控制桩增加了控制网的工作量。

2 坐标转换法介绍

坐标转换法是通过在不同坐标系统下进行坐标转换，将线路控制网下的隧道线路起点、交点、线路终点坐标系统转换到独立控制网坐标系统下，并保持隧道线路曲线要素中的缓和曲线长、曲线半径不变，从而生成独立坐标系下的隧道线路资料，并以此为依据进行施工测量。具体流程如下:

1)控制网的布设和观测。首先根据《新建铁路隧道测量规范》，在隧道进出口、辅助坑道处布设相应控制点，待控制桩沉降稳定后采用静态测量模式进行观测，并和隧道进出口的线路控制网(CPⅠ)进行联测，然后进行无约束平差，生成WGS84椭球下的无约束空间直角坐标;采用平差软件将得到的各点的空间直角坐标转换成抵偿坐标系下的平面坐标。2)生成新的隧道坐标资料。以隧道进出口的线路控制网(CPⅠ)为基准，在隧道进出口前直线边上各选取一个整里程(或整百米)点，将这两个里程点及中间所有的线路交点的线路坐标转换到抵偿坐标系下;保持线路曲线资料中的缓和曲线长和曲线半径不变，以新的线路控制坐标为依据，计算出新的隧道线路坐标资料。3)独立坐标系的建立。在新的隧道线路长洞身直线上选取两整公里里程点坐标，N方向赋值为其对应线路里程，E方向赋值为一整数值(如50 000.000)，以此生成独立坐标系统下隧道线路资料及各控制点坐标成果。

3 工程应用实例分析

西成铁路某长隧道，全长8 925 m，线路跨越秦岭山脉，途经秦岭自然保护区，测区内植被茂密，山高谷深，交通极为不便。由于隧道进出口分别位于不同的投影带，按照《高速铁路工程测量规范》，需要进行隧道洞外控制测量。

3.1 选点埋桩

在线路控测阶段，隧道进出口分别已经布设了两组线路控制网(CPⅠ)，点号分别为 CPⅠ 059，CPⅠ060，CPⅠ 061，CPⅠ 062。隧道控测过程中，分别在隧道进出口及辅助坑道处各选埋了3个～4个控制点，具体布设情况如图1所示。

3.2 外业数据观测及处理

依据《铁路工程卫星定位测量规范》，高速客专隧道控制网按照二等精度来施测。外业数据采集使用了13台套标称精度为±(5 mm+1×10-6×D)的 Leica1230型双频接收机同步静态测量模式观测，将图1中所有控制点纳入到隧道洞外控制网中。观测前对观测条件困难的点绘制了环视图，根据环视图做了详细的星历预报，制定科学的观测计划，保证观测精度达到二等要求。

数据处理阶段，首先进行同步环和重复基线的分析处理，符合精度要求以后再挑选不同时段的基线构成独立基线网，在网内各质量因子满足要求后进行无约束平差计算，生成WGS84椭球下的无约束平差空间直角坐标成果，然后通过平差软件将空间直角坐标转换成提前设计好的抵偿坐标系下的平面坐标。