鐵路工程測量的認識與實踐

張玉世

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西西安 710043)

1 概述

時速為350 km的武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路的通車運營,以及其他時速350 km的鐵路的大規(guī)模建設,標志著中國鐵路已進入高速鐵路時代。

為保證鐵路工程的質(zhì)量,鐵路建設者將“高標準、講科學、不懈怠”的要求真正落到實處,牢記工程質(zhì)量人命關天,不容忽視,抓工程質(zhì)量要堅持“抓源頭、抓過程、抓細節(jié)”,始終保持“如履薄冰、如臨深淵、如坐針氈”的精神狀態(tài),確保工程質(zhì)量“零缺陷”。

鐵路工程測量為鐵路工程中最基礎、最關鍵的環(huán)節(jié)之一,尤為重要。鐵路工程測量也將進入更加精細化的精密工程測量時代,原有的一些測量設備與測量方法已經(jīng)不能適應高速鐵路的發(fā)展,必須要有一個嶄新的理念與認識。本文就筆者鐵路工程測量實踐中遇到的有關精密控制測量問題結合現(xiàn)行規(guī)范進行分析認識,并歸納一些實踐經(jīng)驗,供同行參考。

2 鐵路工程測量的認識

2.1 鐵路工程測量的概念與內(nèi)容

鐵路工程測量,就是為鐵路工程建設的勘測設計、施工、養(yǎng)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(wǎng)、高程控制網(wǎng);按施測階段、施測目的及功能,可分為勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)。

鐵路工程測量平面控制網(wǎng)遵循分級布網(wǎng)、逐級控制的原則。

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

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

(3)線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ):主要為勘測和施工提供控制基準。

(4)軌道控制網(wǎng)(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(wǎng)加密測量、隧道控制網(wǎng)測量、橋梁控制網(wǎng)測量、施工放樣、建筑物變形測量、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(wǎng)的復測、構筑物變形監(jiān)測、區(qū)域沉降地段變形監(jiān)測、軌道幾何狀態(tài)檢測等。

鐵路工程測量高程控制網(wǎng)分二級布設,第一級線路水準基點控制網(wǎng),為鐵路工程勘測設計、施工提供高程基準;第二級軌道控制網(wǎng)(CPⅢ),為高速鐵路軌道施工、維護提供高程基準。

2.2 鐵路工程測量的技術標準

《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009)、《改建鐵路工程測量規(guī)范》(TB10105—2009)、《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009),于2009年12月1日施行,在實踐工作中,根據(jù)鐵路設計要求、設計時速、有砟或無砟,執(zhí)行相應標準。各設計、施工、監(jiān)理、建設、運營維護單位,應準確理解與認識規(guī)范含義與要求,嚴格執(zhí)行。同時,在規(guī)范的使用過程中,應根據(jù)實踐中出現(xiàn)的問題,及時反饋,不斷完善,不斷研究創(chuàng)新不斷提高。

設計時速250～350 km的高速鐵路工程測量執(zhí)行《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009),設計時速200 km及以下新建有砟軌道鐵路工程測量執(zhí)行《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009),設計行車速度200 km/h及以下標準軌距有砟軌道改建鐵路工程測量執(zhí)行《改建鐵路工程測量規(guī)范》(TB10105—2009)。

2.3 鐵路工程測量坐標系的選擇

平面坐標系采用2000國家大地坐標系基本橢球參數(shù)(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200 km/h及以下有砟鐵路滿足投影變形不大于25 mm/km的要求,200 km/h無砟軌道鐵路及250～350 km/h高速鐵路滿足投影變形不大于10 mm/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。高程采用1985國家高程基準。

鐵路工程測量的工作流程如圖1所示。

3 鐵路工程測量的工作實踐

3.1 三網(wǎng)合一的理念

為保證鐵路工程測量統(tǒng)一的尺度和起算基準,勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)進行設計時要體現(xiàn)“三網(wǎng)合一”的測量理念。在實際工作中,由于工期緊,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(wǎng)、初測控制網(wǎng)、定測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)等存在一定的不協(xié)調(diào)性。生產(chǎn)中,比較實用的方法就是首先建立CP0控制網(wǎng),提供初測控制網(wǎng)的基準,初測控制網(wǎng)應代替航測控制網(wǎng)在航測像控點測量前完成,在鐵路線路中心線線位較穩(wěn)定的區(qū)段,可在初測控制網(wǎng)中,按照精測網(wǎng)要求建立CPⅠ控制網(wǎng);鐵路線路中心線線位穩(wěn)定的區(qū)段,定測控制網(wǎng)就建立CPⅡ控制網(wǎng)。鐵路線路中心線線位如果不穩(wěn)定,先期建立CPⅠ、CPⅡ,將增加許多重復工作,帶來一定的經(jīng)濟損失,并且容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)、點位的混亂。

圖1 鐵路工程測量的工作流程

3.2 控制網(wǎng)的設計

在進行控制網(wǎng)設計時,充分利用既有國家A級、B級GPS點資料;根據(jù)測區(qū)鉆探資料、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(shù)量、控制點的埋設方式;布設控制點時,根據(jù)各級工程測量的需要,在長大隧道進出口、斜井口、長大橋梁端頭布設CPⅠ對點?？刂凭W(wǎng)的設計方案需經(jīng)過評審后進行實施。

3.3 控制點的埋設

作業(yè)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(zhì)量意識教育,合格后方可上崗。作業(yè)人員要人手一冊“埋樁作業(yè)操作程序”并融會貫通、嚴格執(zhí)行?？刂泣c的埋設工作要嚴格按照規(guī)范要求進行,現(xiàn)場選點后,經(jīng)過點位、點間距、通視等檢核后方可挖坑作業(yè),埋樁過程要由技術人員跟蹤照相,相片要能夠證明埋樁質(zhì)量的有效性。埋樁作業(yè)人員要現(xiàn)場填寫相應“控制點選點作業(yè)手簿”、“控制點埋樁作業(yè)手簿”、并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”,并由驗收人員進行檢查驗收、簽名,必要時驗收人員要到現(xiàn)場于樁撅側面局部挖樁檢查,不合格者發(fā)放整改通知書,限期整改后再查,直至合格,以保證控制點樁撅埋樁滿足規(guī)范要求,為各項工作提供堅實的質(zhì)量保證。埋樁工作結束后把現(xiàn)場繪制的控制點點之記整理繪制成電子文件,點之記各項內(nèi)容按照規(guī)范要求格式填寫,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。對于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(xiàn)。

同時,在控制點樁撅的埋設中,對于可能出現(xiàn)的問題,如:鹽堿地地區(qū)、移動沙丘地區(qū)、大面積河漫灘區(qū)域、水田密布地區(qū)等,在鐵路工程測量規(guī)范中沒有明確的埋設方法,實踐工作應根據(jù)實際情況尋求行之有效的方法,以保證控制點樁撅的穩(wěn)定性。鐵一院采用鋼管固樁法進行深埋,對樁撅的穩(wěn)定性起到了一定的作用。

3.4 控制點的測量

作業(yè)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(zhì)量意識教育,合格后方可上崗。作業(yè)人員要人手一冊“GPS測量及水準測量作業(yè)操作程序”并認識到位,嚴格執(zhí)行。作業(yè)中各種數(shù)據(jù)嚴格執(zhí)行手工記錄、電腦錄入、數(shù)據(jù)備份的有關規(guī)定,嚴禁篡改原始數(shù)據(jù),拼湊技術指標,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)偽造數(shù)據(jù),將所有數(shù)據(jù)視為作廢,并將測量單位記入黑名單。

平面控制網(wǎng)應采用滿足規(guī)范精度要求的儀器,并需鑒定合格,CP0、CPⅠ、CPⅡ采用GPS測量的方式進行,速度200 km/h及以下的鐵路工程CPⅡ測量也可采用滿足規(guī)范要求等級的導線測量方法,CPⅢ以及隧道洞內(nèi)CPⅡ采用滿足規(guī)范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(chǎn)、對數(shù)據(jù)質(zhì)量造成隱患。作業(yè)人員現(xiàn)場填寫“GPS測量作業(yè)手簿”,作業(yè)中出現(xiàn)異常,要及時填寫并通知生產(chǎn)調(diào)度。數(shù)據(jù)處理人員,要將原始記錄的“GPS測量作業(yè)手簿”整理為電子文件,并備注異常數(shù)據(jù)的技術處理方法。各項技術指標滿足現(xiàn)行規(guī)范要求時,方可提供解算成果。

高程控制網(wǎng)應采用滿足規(guī)范精度要求的水準儀、水準尺及尺墊等設備,使用前要認真檢查各項設置,并進行相應檢核與試用,使之處于正常使用狀態(tài)。嚴格按照規(guī)定的水準測量等級與測量方法進行作業(yè),采用光學水準儀作業(yè)時,要認真填寫“光學水準儀水準測量觀測手簿”,現(xiàn)場需逐站計算各項觀測指標,當天作業(yè)完成后,需錄入到電腦制成電子文件,核算各項觀測指標,如超限,需分析原因進行返工補測。也可采用PDA掌上電腦,采用電子記錄方式,嚴格設置各項限差要求,超限部分可現(xiàn)場及時補測,當天測完后,用數(shù)據(jù)線傳入電腦進行復核與檢查。采用電子水準儀作業(yè)時,也需編制填寫“電子水準觀測手簿”,記錄有關內(nèi)容,防止測段點號錯誤或數(shù)據(jù)混亂問題的出現(xiàn),保證數(shù)據(jù)的正確性。作業(yè)手簿均要由作業(yè)人員、檢查人員簽名。數(shù)據(jù)處理人員,也要填寫“水準測量觀測數(shù)據(jù)整理表”,“水準測量高差計算表”,并有計算者、檢核者簽名。特別注意在工作初期,一定要進行儀器的試用,并加強數(shù)據(jù)的檢核,及時采取措施,防止大量不合格數(shù)據(jù)出現(xiàn)造成返工。

3.5 測量數(shù)據(jù)平差處理

對于高等級GPS精測控制網(wǎng),宜采用專門的GPS數(shù)據(jù)處理軟件,以便使技術指標與數(shù)據(jù)成果適應現(xiàn)行規(guī)范的技術要求,即運用GPS接收機配備的隨機數(shù)據(jù)處理軟件進行基線解算。CP0需用專門處理長基線的軟件進行解算基線,然后將基線數(shù)據(jù)輸入到專門的GPS數(shù)據(jù)處理軟件中進行平差,平差顯示的各項技術指標滿足規(guī)范要求即為合格。目前,國內(nèi)GPS數(shù)據(jù)處理軟件較多,有些軟件的技術指標已經(jīng)按照現(xiàn)行鐵路規(guī)范技術參數(shù)進行了軟件升級,同時也希望有更多與新規(guī)范、生產(chǎn)實踐更加貼切的數(shù)據(jù)處理軟件誕生和推廣運用,以滿足鐵路建設高潮中大量數(shù)據(jù)處理的需要。

運用手工或簡單的Excel方式進行高程測量數(shù)據(jù)平差,已經(jīng)不能夠滿足水準測量精度及生產(chǎn)工期的要求,一般運用專門的水準數(shù)據(jù)平差處理軟件,有些平差處理軟件錄入觀測數(shù)據(jù)格式較為固定與繁瑣,需要手工編輯處理。希望對軟件進行升級或編制新軟件,以更加友好的界面,直接接受各種常用測量設備觀測數(shù)據(jù)進行平差處理,并能夠反映現(xiàn)行規(guī)范要求的各項技術指標與成果格式。

3.6 測量成果評審

控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理完成后,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(jīng)過咨詢、評審無誤后交付使用。

3.7 控制網(wǎng)交樁與復測

在實踐中曾發(fā)現(xiàn),個別復測單位未采用規(guī)范要求的儀器設備,個別復測單位觀測過程及觀測數(shù)據(jù)未符合規(guī)范要求,高山區(qū)未采用正常水準面不平行改正等,造成復測數(shù)據(jù)與原測數(shù)據(jù)相差較大。因此,各單位要高度重視控制網(wǎng)測量工作,設計院將評審過的控制網(wǎng)成果交建設單位及施工、監(jiān)理單位后,宜對有關單位進行技術交底,施工單位提出“復測技術方案”,進行與原設計同精度復測,宜采用與原設計院同等設備、同等數(shù)據(jù)處理方法進行復測,嚴禁采用不符合規(guī)范要求的測量設備與方法。復測單位測量人員要經(jīng)過技術培訓,監(jiān)理單位要對測量過程進行跟蹤、指導、檢核,監(jiān)理單位要在觀測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)測量過程、復測成果上簽字,復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(xiàn)行規(guī)范相應要求進行。復測工作結束后,由建設單位組織有關單位進行評審后啟用控制網(wǎng)。

3.8 施工控制網(wǎng)加密

施工單位在精密控制網(wǎng)的基礎上,按照規(guī)范要求的方法進行施工控制網(wǎng)加密測量,原測水準高差各項改正內(nèi)容,在加密測量計算時也需進行相應改正,同時根據(jù)規(guī)范進行有關隧道控制網(wǎng)測量及橋梁控制網(wǎng)測量,控制網(wǎng)測量成果經(jīng)過咨詢評估合格后方可施工啟用。

3.9 隧道洞內(nèi)CPⅡ精密控制網(wǎng)及線路CPⅢ控制樁的測量

隧道貫通后,需進行洞內(nèi)CPⅡ測量與洞內(nèi)高程點測量(全線貫通水準測量);線下工程完成后,需對CPⅠ、CPⅡ進行復測,并進行全線整體平差,運用經(jīng)過復測合格的CPⅠ、CPⅡ點進行CPⅢ測量,用于鋪軌、精調(diào)。為滿足布設測量標志的精度要求并便于各項工作銜接,建議隧道內(nèi)電纜槽進行施工時,同步將CPⅡ、CPⅢ、水準點的測量標志進行澆筑布設,洞外對電氣化桿埋設時,同步將CPⅢ的測量標志進行澆筑布設,橋梁段也可同步將CPⅢ的測量標志布設到相應部位,以便于觀測及保證精度要求。

3.10 控制網(wǎng)的移交與維護

鐵路施工完成后,需由建設單位組織將復測合格的控制網(wǎng)向鐵路運營單位移交。控制網(wǎng)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(xié)議。

4 結束語

本文所述方法,是筆者最近參與的幾項新建高速鐵路及新建、改建普速鐵路中精密控制網(wǎng)工程測量工作,以及到業(yè)主單位、施工單位進行復測問題處理過程的經(jīng)驗與體會,所提出的方法,對保證質(zhì)量、提高效率起到了一定的作用。中國幅員遼闊、地形復雜、各種觀測條件存在差異,在具體的鐵路工程測量工作中,還需要進一步總結與提高。

[1]TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S]

[2]TB10101—2009 鐵路工程測量規(guī)范[S]

[3]TB10105—2009 改建鐵路工程測量規(guī)范[S]

[4]GB/T15314—1994 精密工程測量規(guī)范[S]

[5]GB/T18314—2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]

[6]TB10054—97 全球定位系統(tǒng)(GPS)鐵路測量規(guī)程[S]

[7]GB/T12897—2006 國家一、二等水準測量規(guī)范[S]

[8]GB/T12898—2009 國家三、四等水準測量規(guī)范[S]