橋隧相連工程整體施工獨立控制網(wǎng)建網(wǎng)方案探討

付宏平，陳光金，劉海江

(1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043;2.大西鐵路客運專線有限責任公司，太原 030027)

《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009)規(guī)定:“復雜特大橋應建立獨立的施工測量平面、高程控制網(wǎng)”;“當線路平面控制網(wǎng)精度不能滿足隧道平面控制測量要求時，應建立隧道獨立平面控制網(wǎng)，并與隧道洞口附近線路平面控制點聯(lián)測”;“平面控制網(wǎng)坐標系宜采用以隧道平均高程面為基準面，以隧道長直線或曲線隧道切線(或公切線)為坐標軸的施工獨立坐標系，坐標軸的選取應方便施工使用”;“高程系統(tǒng)應與線路高程系統(tǒng)相同”。

文獻[1]對鐵路精測網(wǎng)對橋隧施工測量的影響進行了分析，得出結論:“在橋梁、隧道施工中，如果采用在線路精測網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ下的加密網(wǎng)代替獨立施工控制網(wǎng)，用設計理論中線數(shù)據(jù)進行施工。由于施工加密網(wǎng)與原測CPⅠ、CPⅡ不是同期網(wǎng)，雖然進行了兼容性、穩(wěn)定性檢查，但兩期CPⅠ、CPⅡ間的角度發(fā)生了變化。對橋梁工程而言，直接體現(xiàn)為撥角放樣誤差，影響墩臺的橫向位置。對隧道工程而言，由于CPⅠ控制點數(shù)量少(進、出洞口一般各2個)、洞口間距離較遠，加上測量誤差的存在，點間的相對位置變化不能有效判別，若以CPⅠ、CPⅡ為基準加密，實際扭曲了CPⅠ、CPⅡ與新設控制點間的相對關系，不利于隧道準確貫通”。因此必須建立特大橋、特長隧道獨立施工控制網(wǎng)。

對于長大橋隧相連工程，由于施工測量精度要求高，必須保證施工控制點相對位置準確，使工程平順銜接或貫通，如何進行長大橋隧相連工程布網(wǎng)設計，是一個值得探討的問題。針對某鐵路黃河特大橋以及特長隧道工程相連的實際情況，結合以往大型橋隧工程施工獨立控制網(wǎng)的測量經驗，提出建立橋隧整體獨立施工控制網(wǎng)的設想，以確保相關工程施工放樣精度以及相鄰工程施工正確銜接。

1 工程概況

1.1 某鐵路黃河特大橋

某鐵路黃河特大橋橋梁長度9.983 km。橋梁一側橋臺位于黃河三級階地上，另一側橋臺位于黃土臺塬邊上，沿小里程方向形成連續(xù)階梯狀陡坎，大部分橋墩坐落于緩和一級階地、漫灘及河床區(qū)。橋梁地區(qū)地形平坦，地勢起伏較小。橋址處黃河河槽寬淺，主河槽擺動不定。跨河水域寬3.5 km。

1.2 特長隧道

特長隧道全長9.355 km，屬于雙線長大隧道，結合隧道所處地形、地質條件，考慮施工工期、洞口施工條件及運營期間救援疏散要求，采用4座斜井輔助施工。進口端連接黃河特大橋，出口端連接金水溝大橋。

1.3 相連另一隧道

與金水溝大橋相連另一隧道全長2 244 m，為雙線隧道，與特長隧道同處同一條直線，2個隧道洞口相距很近，中間以金水溝大橋相連接。

2 平面獨立控制網(wǎng)網(wǎng)形設計

某鐵路跨越黃河段落屬于典型的橋隧相連工程，線路經黃河特大橋后直接進入特長隧道，出隧道后接入金水溝大橋，金水溝大橋接入相連另一個隧道。在這樣的區(qū)段橋、隧施工控制網(wǎng)就不宜單獨建網(wǎng)。一方面要考慮單體工程的特點以及布網(wǎng)要求，保證測量精度。另一方面還要兼顧工程相關性，達到相鄰工程平順銜接的目的?；谝陨蟽牲c考慮，該段工程按照橋隧整體獨立施工控制網(wǎng)思路進行布網(wǎng)設計，即黃河特大橋-特長隧道-金水溝大橋-相連另一隧道平面獨立施工控制網(wǎng)整網(wǎng)同測。

整體施工控制網(wǎng)由隧道控制網(wǎng)和橋梁控制網(wǎng)兩大部分組成。隧道控制網(wǎng)含隧道進出口聯(lián)系網(wǎng);兩端洞口子網(wǎng)、各斜井洞口子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)。橋梁控制網(wǎng)含跨河框架網(wǎng)和旱橋控制網(wǎng)。各控制網(wǎng)的基本網(wǎng)形采用大地四邊形、四邊形和三角形，均由獨立基線矢量構成，各控制網(wǎng)疊加后構成橋隧整體施工控制網(wǎng)。

2.1 隧道進出口聯(lián)系網(wǎng)

隧道進、出口各布設至少3個控制點，其中，隧道進、出口應設洞口投點，便于將隧道中線以直線邊形式納入控制網(wǎng)中一并考慮。隧道進出口聯(lián)系網(wǎng)設計網(wǎng)形示意如圖1所示。

圖1 隧道進出口聯(lián)系網(wǎng)設計網(wǎng)形示意

2.2 隧道兩端洞口子網(wǎng)、各斜井洞口子網(wǎng)和子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)

隧道每個斜井井口按3個點布設考慮。其中1個控制點應布設在斜井洞口附近(距離斜井洞口不宜短于300 m)，便于施工引測進洞。同時還應放出2個斜井中線投點，并納入控制網(wǎng)中觀測，以確定斜井與中線的精確關系。各子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)網(wǎng)形示意如圖2所示。

圖2 各子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)網(wǎng)形示意

2.3 橋梁框架控制網(wǎng)

橋梁控制網(wǎng)主要由跨河框架控制網(wǎng)和旱橋控制網(wǎng)組成，跨河控制點與中線投點組成橋隧長邊框架網(wǎng)，同時應納入利用兩岸的定測深埋水準點點位?？绾涌刂泣cG1、G2、G3、G4專門建立觀測臺，高出河面2～3 m，尺寸為1.2 m×1.2m×6 m，其中地面以下5 m，露出地面1 m，為鋼筋混凝土結構。橋梁框架網(wǎng)網(wǎng)形示意如圖3所示。

2.4 旱橋部分控制網(wǎng)

旱橋部分控制網(wǎng)利用CPⅠ、CPⅡ點位直接聯(lián)測到框架網(wǎng)上，框架網(wǎng)與旱橋控制網(wǎng)共同構成橋梁施工控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)的方位、邊長精度應滿足要求。然后以CPⅠ、CPⅡ的獨立坐標作為約束基準，計算加密點的獨立施工坐標。在河中心，進行便橋基礎施工時，在便橋附近設置2～3個觀測墩用于水中墩臺放樣，可以在跨河控制點下加密。根據(jù)大橋現(xiàn)場條件及施工需要，采取路線兩側穿插式加密布置可以避免個別點被破壞無法放樣的弊病，相鄰兩加密點間距不小于300 m，以保證測量精度。旱橋部分控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖4所示。

圖3 橋梁框架網(wǎng)網(wǎng)形示意

圖4 旱橋部分控制網(wǎng)網(wǎng)形示意

3 平面控制網(wǎng)坐標系設計

一般情況下，橋隧整體獨立施工控制網(wǎng)平面坐標系根據(jù)控制網(wǎng)施測完成后的精度情況，可以采用以下坐標系方案之一。

3.1 整體獨立施工坐標系

采用隧道坐標系統(tǒng)的軸向，坐標投影高程面取橋梁墩頂?shù)钠骄叱?，橋墩放樣不進行改化。整體獨立施工坐標系以曲線JD7左線的切線點QS004和加密點QS001確定左中線(QS001用原線路坐標系直接定測在隧道左線上)，左線定為X軸，方位角定位:0°00'00″，以垂直于X軸的直線為Y軸，并以QS001為原點，X坐標為QS001定測里程，Y坐標假定為10 000，坐標投影高程面取橋墩頂面的平均高程390 m，整體獨立施工坐標系建立如圖5所示。

轉換坐標系控制點位置說明:QS001，QS002，QS003，QS004同處于曲線JD7的第一切線邊或直線上;QS005，QS006同處于曲線JD7的第二切線邊或直線上，這兩座橋軸線控制點應該在黃土臺塬頂上、黃河三級階地的高處，能夠直接通視，控制直線橋墩方向。

圖5 整體獨立施工坐標系

實際作業(yè)時，放樣線路中線投點的置鏡點應選擇距中線最近的CPI或CPII控制點。投點放出后，首先將中線投點 QS001，QS002，QS003，QS004，QS005，QS006一次測完，并將放樣使用的CPI、CPII納入，然后檢查控制點的直線性。在現(xiàn)場滿足兩端路基平順銜接的情況下，現(xiàn)場挪動點位，將控制點歸化到理論位置后重新測量，再進行全網(wǎng)GPS精密控制測量。檢查并選擇控制點，保證精測偏角與設計偏角盡量符合，相差最小為原則。

完成控制網(wǎng)觀測以及獨立施工坐標計算后，精確計算獨立控制網(wǎng)下的夾角以及交點坐標，重新計算曲線設計要素，與設計專業(yè)結合，檢查是否存在設計圖紙?zhí)幚?。根?jù)公用點放樣位置數(shù)據(jù)一致性檢查情況確定采用1套坐標系或橋隧2套獨立坐標系，以方便施工。

3.2 黃河特大橋獨立坐標系

以曲線JD7的第二切線邊所在直線為X軸，方位角設為0°00'00″，以垂直于X軸的直線為Y軸，以SQ005為坐標系原點，Y坐標假定為10 000，坐標投影高程面取橋墩頂面的平均高程390 m。橋隧采用兩套獨立坐標系成果，將整體網(wǎng)中的橋梁部分按橋梁獨立坐標系統(tǒng)進行轉換，方便橋梁施工。坐標系建立如圖6所示。

圖6 某鐵路黃河特大橋獨立坐標系

3.3 橋、隧單獨坐標系

以隧道軸向、隧道平均高程面515 m建立隧道施工坐標系統(tǒng);以橋梁軸向、墩頂平均高程面390 m建立橋梁獨立施工坐標系統(tǒng)。需要核查從公用點上放樣銜接處中線位置是否滿足要求。

以上2、3種方案需要核查公用點上放樣中線位置數(shù)據(jù)的一致性，相差大時不能采用。根據(jù)該項目工程具體特點，最終采用建立整體獨立施工坐標系作為平面控制網(wǎng)坐標系設計方案。

4 高程獨立控制網(wǎng)

高程系統(tǒng)沿用鐵路線路定測高程系統(tǒng)即1985年國家高程系。橋隧高程控制測量全部按二等精密水準測量技術要求施測。特大橋各加密點均為平面、高程共用控制點。隧道高程控制測量埋樁及施測按進、出口3個點布設，斜井或橫洞按2個點以上布設。相鄰標段使用同一水準點進行工程銜接處施工放樣。

由于該處黃河屬于漫灘，河床擺動不定，跨河水域寬度3.5 km，跨河水準測量無法實施，使得橋隧整體獨立高程控制網(wǎng)無法實施。利用黃河特大橋施工便橋，按二等水準測量要求進行跨黃河兩岸水準點聯(lián)測。特長隧道高程控制測量采用獨立高程系統(tǒng)，對隧道進、出口定測水準點聯(lián)測，檢測合格后作為隧道高程基準。高程測量從定測的水準基點開始，引測至各個隧道進、出口洞口以及斜井洞口。

5 結論與建議

橋隧相連工程施工測量精度要求高，為保證施工控制點相對位置準確，使相連工程平順銜接或順利貫通，建立橋隧整體獨立施工控制網(wǎng)用于橋隧相連工程的施工控制測量是必要的。如果分開單獨布網(wǎng)或者采用精測網(wǎng)(CPⅠ、CPⅡ)下的施工加密網(wǎng)進行施工放樣，可能對橋隧工程施工測量精度帶來一定影響，開展橋隧相連工程整體獨立施工控制網(wǎng)布設方案探討對于大型橋隧工程施工具有明顯的指導意義。

橋隧整體施工獨立控制網(wǎng)建立后，應注意檢查線路相鄰工程平順銜接問題。黃河特大橋與上一個標段以線路坐標系進行對接，特長隧道-金水溝大橋-相連另一隧道出口與下一個標段也以線路坐標系進行對接，保證線下工程的平順性。前后相鄰兩家標段，應簽訂控制點共用書面協(xié)議，保證兩家施工放樣采用相同的平面、高程控制點。

橋隧工程重大，精度要求高，工程變更調整不易，必須保證控制點的穩(wěn)定性以及控制網(wǎng)成果的準確性和可靠性。進行控制網(wǎng)的復測是必須的，這也是一種工程慣例。建議橋隧整體獨立施工控制網(wǎng)完成后，在工程施工前，開展第三方復測，以確保控制網(wǎng)的質量。

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