津秦客專陡河2號特大橋軌道控制網(wǎng)(CPⅢ網(wǎng))測量技術(shù)

隋 欣

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司，福建福州 350014)

1 概述

1．1 津秦客專陡河2號特大橋工程簡介

津秦鐵路客運(yùn)專線是華北地區(qū)連接?xùn)|北地區(qū)的重要客運(yùn)干線。其起始于直轄市天津，終點(diǎn)在沿海城市秦皇島。陡河2號特大橋位于唐山市灤縣境內(nèi)，橋長為10．014 km。初始設(shè)計(jì)最高時(shí)速為380 km。陡河2號特大橋的軌道類型是CRTSⅡ板式無砟軌道，無砟軌道占全線總長度的100%。

無砟軌道滿足行車安全，乘車舒適和準(zhǔn)點(diǎn)行車的要求，具有結(jié)構(gòu)連續(xù)，平順，穩(wěn)定，耐久和少維修等性能。軌道施工要保持精確的幾何線性參數(shù)，精度控制達(dá)到毫米級。客運(yùn)專線無砟軌道最終要達(dá)到的精度:

1)10 m弦長軌道高低偏差不大于2 mm，軌向偏差不大于2 mm;2)基長3 m扭曲偏差不大于2 mm，水平偏差不大于2 mm。

1．2 客運(yùn)專線精密控制網(wǎng)

1)平面控制網(wǎng)。

平面控制網(wǎng)按高級到低級，逐級控制的原則進(jìn)行布設(shè)。加密CPⅡ點(diǎn)由CPⅡ網(wǎng)同級擴(kuò)展而得，與原CPⅡ網(wǎng)屬同一級別，見表1。

2)水準(zhǔn)控制網(wǎng)。

無砟軌道水準(zhǔn)控制網(wǎng)以線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，分兩級布設(shè)，CPⅢ建網(wǎng)前的加密水準(zhǔn)網(wǎng)是按二等水準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同精度擴(kuò)展而得，也屬于首級控制范疇(見表2)。

表1 平面控制網(wǎng)概略

3)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ網(wǎng))。

軌道控制網(wǎng)是以CPⅠ，CPⅡ?yàn)槠矫婵刂苹鶞?zhǔn)，以水準(zhǔn)基點(diǎn)為高程控制基準(zhǔn)而建立起來的，為無砟軌道鋪設(shè)和運(yùn)營維護(hù)提供三維基準(zhǔn)，是開展線上工程施工的基礎(chǔ)。

表2 水準(zhǔn)控制網(wǎng)概略

軌道控制網(wǎng)在線下施工竣工及沉降變形評估通過后進(jìn)行建網(wǎng)。

1．3 客運(yùn)專線軌道控制網(wǎng)測量的主要工作

1)高等級精測網(wǎng)的全面復(fù)測，包括CPⅠ，CPⅡ，線路水準(zhǔn)基點(diǎn);2)加密CPⅡ，加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)(傳遞高程的輔助點(diǎn))，CPⅢ標(biāo)志的檢測及預(yù)埋;3)CPⅢ網(wǎng)平面及高程測量;4)CPⅢ網(wǎng)復(fù)測(高程和平面)。

1．4 測段的劃分和銜接

無砟軌道測量精度要求高，測量與施工間隔不宜過長，再者無砟軌道施工工序多，且各個(gè)施工工序工作面開展時(shí)間也不盡相同，所以CPⅢ要分多個(gè)段落進(jìn)行施測。按照要求CPⅢ網(wǎng)分段長度不宜小于4 km，相鄰測段間應(yīng)預(yù)留不少于6對CPⅢ點(diǎn)作為搭接區(qū)。根據(jù)陡河2號特大橋的實(shí)際情況，從連續(xù)里程DK150+921．58～DK160+900．97約10 km共分為3個(gè)測段。

2 精測網(wǎng)復(fù)測與加密

為了能精確控制無砟軌道的幾何形態(tài)，滿足高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)，高精度的測量要求和對CPⅢ測量提供精準(zhǔn)的閉合基準(zhǔn)，在CPⅢ布網(wǎng)前必須對精密網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。

2．1 精測網(wǎng)復(fù)測

2010年8月中鐵三院對津秦線陡河2號特大橋的CPⅠ，CPⅡ和二等水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)測，該成果是陡河2號特大橋CPⅢ網(wǎng)測量最重要基準(zhǔn)資料。

2．2 CPⅡ加密

由于勘測階段布設(shè)的CPⅡ控制網(wǎng)在位置，通視和布點(diǎn)密度等方面不能滿足CPⅢ聯(lián)測的需要。要對CPⅡ點(diǎn)進(jìn)行同精度加密，確保線路兩側(cè)每600 m左右就有一個(gè)CPⅡ點(diǎn)，便于CPⅢ平面網(wǎng)的聯(lián)測。陡河2號特大橋CPⅡ加密點(diǎn)采用“全部上橋”，點(diǎn)位選在橋梁雙向固定支座上方的防撞墻頂，加密CPⅡ點(diǎn)采用與CPⅢ相同的預(yù)埋件，觀測時(shí)采用連接螺絲與基座強(qiáng)制歸心。測量方法為GPS法，選擇使用CPⅠ和適當(dāng)?shù)腃PⅡ點(diǎn)作為約束點(diǎn)，按評估段整段平差，精度指標(biāo)滿足C級GPS要求。評估段間銜接時(shí)至少要重疊一條邊。

二等水準(zhǔn)加密分三個(gè)步驟:第一步:引測，從水準(zhǔn)基點(diǎn)到橋下高程傳遞點(diǎn)(輔助點(diǎn))的引測，采用往返測量。第二步:三角高程傳遞，采用不量儀器高三角高程測量方法，如圖1所示，三角高程測量的垂直角測量技術(shù)要求見表3。第三步:橋上二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)貫通測量，測量采用二等水準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，貫通測量線路中的二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)的個(gè)數(shù)不得少于3個(gè)，以便清楚發(fā)現(xiàn)高程傳遞中的粗差及對高程點(diǎn)間的兼容性進(jìn)行分析。在三個(gè)步驟都滿足精度要求的情況下，以二等水準(zhǔn)基點(diǎn)和相鄰段已加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)(有搭接時(shí))為約束點(diǎn)進(jìn)行整網(wǎng)平差，使水準(zhǔn)網(wǎng)精度達(dá)到二等水準(zhǔn)的要求。

3 CPⅢ 測量

3．1 CPⅢ 測量準(zhǔn)備工作

3．1．1 CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)及埋標(biāo)

CPⅢ點(diǎn)應(yīng)成對布設(shè)，每隔60 m左右布設(shè)一對，橋梁段CPⅢ主要布設(shè)在橋梁固定支座上方的防撞墻頂。CPⅢ布設(shè)高度大致等高，并應(yīng)在設(shè)計(jì)軌道高程面0．3 m以上。

圖1 三角高程傳遞示意圖

表3 三角高程測量的垂直角測量技術(shù)要求

CPⅢ點(diǎn)標(biāo)志由CPⅢ預(yù)埋件，棱鏡測量桿和水準(zhǔn)測量釘三部分組成，CPⅢ點(diǎn)標(biāo)志為強(qiáng)制對中標(biāo)志，對標(biāo)志的制造精度，埋設(shè)精度都有嚴(yán)格的要求。

津秦客運(yùn)專線CPⅢ點(diǎn)編號原則，編號采用千米數(shù)遞增的方式，為避免長短鏈地段編號重復(fù)問題采用連續(xù)里程數(shù)編號，前3位采用連續(xù)里程的千米數(shù)，第4位正線部分為“3”，第5，6位為流水號，由小里程向大里程順次編號，線路左側(cè)的點(diǎn)使用01，03，05等單號;線路右側(cè)的點(diǎn)使用02，04，06等雙號。如155302，155表示DK155～DK156范圍，02表示線路右側(cè)第1個(gè)CPⅢ點(diǎn)。

3．1．2 測量儀器設(shè)備的準(zhǔn)備

CPⅢ測量采用的儀器必須在標(biāo)定有效期內(nèi)，平面測量采用測角精度不大于1″，距離測量精度不大于±1 mm+2 ppm，具有自動(dòng)目標(biāo)搜索，自動(dòng)照準(zhǔn)，自動(dòng)觀測和數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄功能的全站儀，水準(zhǔn)測量采用每千米往返測中誤差為±0．3 mm/km的天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀及其配套的銦瓦尺。觀測棱鏡統(tǒng)一采用高精度，相位中心穩(wěn)定的Sinning棱鏡。與CPⅡ加密點(diǎn)聯(lián)測時(shí)應(yīng)安裝強(qiáng)制對中基座。另外平面測量時(shí)必須配置氣壓計(jì)，溫度計(jì)，配套的溫度計(jì)量測精度不低于±0．2℃，氣壓計(jì)量測精度不低于±0．5 hpa，以便準(zhǔn)確對儀器進(jìn)行氣壓和溫度的改正。

3．1．3 CPⅢ觀測數(shù)據(jù)處理軟件

平面平差分為測站平差和數(shù)據(jù)平差。首先對CPⅢ測站數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用“鐵三院CPⅢ測站平差軟件”進(jìn)行長度高程改化，平差后生成．CALC文件，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理采用“TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理系統(tǒng)”。CPⅢ處理距離進(jìn)行兩化改正。

水準(zhǔn)平差采用“鐵四院水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件”進(jìn)行約束平差。CPⅢ數(shù)據(jù)處理軟件必須是經(jīng)鐵道部認(rèn)可的軟件。

3．2 CPⅢ平面測量

CPⅢ平面測量采用自由設(shè)站邊角交會的方法施測，每500 m～600 m與CPⅡ加密點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。觀測布網(wǎng)形式如圖2～圖5所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)站測量網(wǎng)形（每站測量6對CP Ⅲ 點(diǎn)，每站間距120m）

在CPⅢ平面測量中，每個(gè)CPⅢ點(diǎn)至少要保證連續(xù)觀測3次以上。聯(lián)測CPⅡ加密點(diǎn)時(shí)應(yīng)至少在兩個(gè)自由站上進(jìn)行，有可能時(shí)應(yīng)聯(lián)測3次，聯(lián)測距離不宜超過200 m。CPⅢ控制網(wǎng)水平方向應(yīng)采用全圓方向觀測法進(jìn)行觀測。技術(shù)要求見表4。

CPⅢ網(wǎng)是分段測量，測段間搭接測量應(yīng)不少于6對CPⅢ點(diǎn)，搭接區(qū)不應(yīng)位于連續(xù)梁，車站范圍內(nèi)，搭接區(qū)內(nèi)6對CPⅢ點(diǎn)在前后測段獨(dú)立平差的坐標(biāo)較差不大于3 mm，滿足該條件后，后一測段CPⅢ網(wǎng)平差可采用本測段2對～3對CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行約束平差。平差后未約束的公共點(diǎn)在兩個(gè)測段平差的坐標(biāo)差值不宜大于1mm。

圖3 與CPⅢ 加密點(diǎn)聯(lián)測時(shí)測量網(wǎng)形

圖4 CP Ⅲ 測段首尾觀測網(wǎng)形（每站觀測CP Ⅲ 點(diǎn)個(gè)數(shù)按照12，8，6的順序）

圖5 CP Ⅲ 測段間搭接區(qū)觀測網(wǎng)形（預(yù)留6對CP Ⅲ 點(diǎn)用于搭接）

表4 CPⅢ平面網(wǎng)觀測技術(shù)要求

對于CPⅢ平面數(shù)據(jù)平差處理，必須滿足表5～表7的規(guī)定。

表5 CPⅢ平面網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)

表6 CPⅢ平面自由網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求

表7 CPⅢ平面網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求

3．3 CPⅢ精密水準(zhǔn)測量

CPⅢ網(wǎng)的高程測量采用環(huán)形觀測法。CPⅢ水準(zhǔn)網(wǎng)與二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)聯(lián)測時(shí)，按照精密水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行往返觀測，在網(wǎng)的兩端分別設(shè)置一個(gè)二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。每個(gè)閉合環(huán)的四個(gè)高差均由兩個(gè)測站獨(dú)立完成(每個(gè)閉合環(huán)內(nèi)應(yīng)變化一次儀器高完成測量)，精密水準(zhǔn)測量測站按照后→前→前→后和前→后→后→前的順序測量，保證同一里程點(diǎn)對間高差應(yīng)為相反方向。環(huán)形水準(zhǔn)網(wǎng)如圖6所示。

圖6 CP Ⅲ 網(wǎng)精密水準(zhǔn)測量環(huán)形觀測法網(wǎng)形

兩段水準(zhǔn)網(wǎng)銜接時(shí)，前后區(qū)段獨(dú)立平差重疊點(diǎn)高程差值應(yīng)不大于±3 mm。滿足該條件后，后一測段CPⅢ網(wǎng)平差采用本測段搭接區(qū)連續(xù)2對CPⅢ高程成果進(jìn)行約束平差。

CPⅢ精密水準(zhǔn)測量要達(dá)到的精度指標(biāo)如表8所示。

表8 精密水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)指標(biāo)

4 CPⅢ網(wǎng)復(fù)測

4．1 CPⅢ網(wǎng)復(fù)測的意義

在使用CPⅢ成果進(jìn)行施工前要對周圍點(diǎn)進(jìn)行校核。當(dāng)間隔時(shí)間較長或?qū)Τ晒m用性產(chǎn)生懷疑時(shí)應(yīng)查找原因并及時(shí)復(fù)測。在連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)中，因受溫度荷載變化容易產(chǎn)生變形，所以在施工時(shí)應(yīng)采用實(shí)時(shí)復(fù)測，以保證施工精度。

軌道控制網(wǎng)(CPⅢ網(wǎng))為無砟軌道施工提供測量基準(zhǔn)，在底座板施工，軌道板精調(diào)，長鋼軌靜態(tài)調(diào)整以及運(yùn)營維護(hù)階段都要利用CPⅢ成果。但CPⅢ網(wǎng)會受到線下工程穩(wěn)定性，梁體伸縮變形，梁上荷載變化，施工干擾等因素的影響，為滿足不同階段需要，必須通過復(fù)測來更新坐標(biāo)成果。

4．2 CPⅢ網(wǎng)復(fù)測實(shí)施

陡河2號特大橋架梁完成和線下沉降觀測評估通過后，遂對CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行建網(wǎng)測量和精調(diào)軌道板前的復(fù)測，其他階段是施工情況組織施測。CPⅢ網(wǎng)的復(fù)測采用的觀測方法，精度要求等應(yīng)與原測相同。在陡河2號特大橋的CPⅢ網(wǎng)復(fù)測過程中，某些CPⅢ點(diǎn)特別是連續(xù)梁段由于受到各種因素的影響，平面往往不能滿足“CPⅢ點(diǎn)復(fù)測和原測成果X，Y坐標(biāo)較差不大于±3 mm，且相鄰點(diǎn)的復(fù)測與原測坐標(biāo)增量ΔX，ΔY較差不大于±2 mm”的要求。首先經(jīng)過多次復(fù)測，確定數(shù)據(jù)采集不存在問題，然后分析數(shù)據(jù)處理過程，未發(fā)現(xiàn)有超限現(xiàn)象?？紤]到保證整條線路的平順性，點(diǎn)的兼容性等原因，全部采用復(fù)測成果用于施工。

在CPⅢ網(wǎng)的精密水準(zhǔn)復(fù)測前應(yīng)對線上二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)進(jìn)行貫通檢核，不滿足二等水準(zhǔn)要求時(shí)分析原因，利用線下的水準(zhǔn)基點(diǎn)和二等水準(zhǔn)加密點(diǎn)調(diào)整有變形或遭破壞重埋點(diǎn)的高程值，再進(jìn)行CPⅢ網(wǎng)水準(zhǔn)復(fù)測。在陡河2號特大橋的高程復(fù)測過程中所有段落都能滿足“CPⅢ點(diǎn)復(fù)測與原測成果的高程較差不大于±3 mm，相鄰點(diǎn)的復(fù)測與原測高差較差不大于±2 mm”的要求，所以全部采用復(fù)測成果進(jìn)行后續(xù)施工。

5 結(jié)語

1)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ網(wǎng))測量技術(shù)通過溫度計(jì)和氣壓計(jì)改正儀器參數(shù)，消除了外業(yè)觀測過程中氣溫和氣壓等外界環(huán)境對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差，使得CPⅢ網(wǎng)成果具有更高的精度。

2)CPⅢ網(wǎng)測量技術(shù)緊密結(jié)合津秦線的實(shí)際情況得以成功運(yùn)用。陡河2號特大橋的所有CPⅢ測段均通過評估，為后續(xù)的軌道板精調(diào)及軌道精調(diào)提供了高精度的測量基準(zhǔn)。

3)津秦線在軌道控制網(wǎng)(CPⅢ網(wǎng))測量評估報(bào)告，成果和數(shù)據(jù)組成等方面規(guī)定了統(tǒng)一的格式，使今后工程測量成果歸檔有參考，為后續(xù)CPⅢ網(wǎng)測量技術(shù)的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］TB 10601-2009，高速鐵路工程測量規(guī)范［S］．

［2］TB 1075-2010/J1150-2011，高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［3］余代?。緝x中點(diǎn)法代替二等水準(zhǔn)測量的精度分析與實(shí)驗(yàn)［J］．測繪與空間地理信息，2006(5):91-93．