200 km/h客貨共線與增建二線電氣化鐵路CPⅢ測量方法研究

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200333)

既有線增建二線的CPⅢ測量，涉及到單線、雙線、并行不等高、既有梁橋等問題，對(duì)于運(yùn)營線路，CPⅢ高程采用自由設(shè)站三角高程測量方法已經(jīng)有成功使用的經(jīng)驗(yàn)[1-5]，這對(duì)于減少既有線線上作業(yè)時(shí)間、節(jié)約成本意義重大；對(duì)于單線路段CPⅢ網(wǎng)的研究也有大量案例[6-7]，以下將結(jié)合寧啟鐵路增建二線工程對(duì)這些問題進(jìn)行分析。

2 項(xiàng)目情況

寧啟鐵路位于江蘇省中部，長江北岸，線路基本與長江平行，呈東西走向。線路西起南京鐵路樞紐京滬線林場站，途經(jīng)南京市六合區(qū)、儀征、揚(yáng)州、江都、泰州、姜堰、海安、如皋和南通，正線全長268 km。本項(xiàng)目為增建二線，并對(duì)現(xiàn)有鐵路進(jìn)行電氣化和提速改造，使其滿足開行200 km/h動(dòng)車組列車的條件。

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級(jí)：Ⅰ級(jí)；

正線數(shù)目：雙線；

設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值：200 km/h；

軌道類型：有砟軌道；

最小曲線半徑：3500 m；

限制坡度：6‰；

牽引動(dòng)力：電力；

到發(fā)線有效長：1050 m。

2.2 改造難點(diǎn)

①線路跨越的江河眾多，線路縱坡要兼顧江河通航要求、列車開行速度對(duì)縱坡的要求及盡量減少抬道或落道的工程量等。

②線路平面改造應(yīng)在最大程度避開工廠、居民區(qū)或者其他構(gòu)筑物的前提下，盡量維持原線路的線形并對(duì)小半徑曲線進(jìn)行改造，使其滿足開行動(dòng)車組的要求。

這些制約因素使得新線和老線并存、新橋和既有老橋并存、線路并行不等高、線路單繞或雙繞等情況時(shí)有發(fā)生。

2.3 運(yùn)營情況

既有寧啟鐵路為時(shí)速160 km的單線鐵路，施工時(shí)需要保持線路通暢，測量工作需要在天窗期作業(yè)。

3 測量方案

3.1 雙線及新建橋梁地段

雙線地段每隔30～50 m設(shè)一對(duì)電氣化立柱，可以采用抱箍或鉆孔的方式在立柱上布設(shè)CPⅢ點(diǎn)(見圖1)，如采用鉆孔的方式，應(yīng)做好混凝土電氣化立柱布筋的檢查并選擇體積小的預(yù)埋件(見圖2)；對(duì)于新建橋梁地段，應(yīng)在固定支座段埋設(shè)CPⅢ點(diǎn)。

圖1 抱箍式CPⅢ點(diǎn)埋設(shè)

圖2 混凝土電氣化立柱CPⅢ點(diǎn)埋設(shè)

3.2 單繞及路基并行不等高地段

單繞地段僅一側(cè)有電氣化立柱，考慮到施工和后續(xù)運(yùn)營維護(hù)的便利性，需埋設(shè)CPⅢ點(diǎn)對(duì)。在電氣化立柱對(duì)側(cè)，設(shè)置預(yù)埋件式的CPⅢ點(diǎn)(類似防撞墻埋設(shè))，這種方法施工快、不破壞路基本體，可代替單獨(dú)埋設(shè)的CPⅢ專用立柱，節(jié)省建設(shè)資金(見圖3)。專門研制了固定腳架高度、能精確整平的強(qiáng)制對(duì)中腳架，可以實(shí)現(xiàn)快速、精確的CPⅢ測量(見圖4)。

圖3 單繞段CPⅢ測量標(biāo)志

圖4 單繞段強(qiáng)制對(duì)中腳架

3.3 既有橋梁地段

既有橋無防撞墻，CPⅢ點(diǎn)可埋設(shè)于人行通道扶手欄桿的三角鋼上(見圖5)，測量和使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離CPⅢ點(diǎn)，以減少對(duì)點(diǎn)位的影響。

4 測量實(shí)施

4.1 CPⅢ平面測量

CPⅢ平面網(wǎng)測量采用自由設(shè)站邊角交會(huì)法施測，主要有60 m設(shè)站、120 m設(shè)站兩種，如圖6、圖7所示。

圖6 60 m設(shè)站CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形示意

圖7 120 m設(shè)站CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形示意

本項(xiàng)目采用60 m設(shè)站的CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形，主要基于如下考慮：①60 m設(shè)站時(shí)，每個(gè)CPⅢ點(diǎn)有四個(gè)測站的方向和距離觀測值，多于規(guī)范[1]“3.0.2”條要求的三個(gè)測站方向和距離觀測值，多余觀測量多，數(shù)據(jù)可靠性高；②根據(jù)文獻(xiàn)[6]可知，兩相鄰CPⅢ點(diǎn)間高差中誤差的平方與測站至CPⅢ點(diǎn)距離的平方成正比，60 m設(shè)站時(shí)，測站點(diǎn)至最遠(yuǎn)處CPⅢ點(diǎn)距離相比120 m設(shè)站要短，可提高兩相鄰CPⅢ點(diǎn)間高差的觀測精度；③60 m設(shè)站時(shí)每測站觀測8個(gè)CPⅢ點(diǎn)(120 m設(shè)站時(shí)每測站觀測12個(gè)CPⅢ點(diǎn))，相較于120 m設(shè)站耗時(shí)短。

4.2 CPⅢ自由設(shè)站三角高程測量法

CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站三角高程測量方法是根據(jù)電磁波測距三角高程測量原理，利用CPⅢ平面網(wǎng)測量的邊角觀測值，計(jì)算各相鄰點(diǎn)的高差，通過加權(quán)嚴(yán)密平差獲得各CPⅢ點(diǎn)的高程。該方法與CPⅢ平面控制測量合并進(jìn)行，CPⅢ平面和高程測量一次解決，可以省去CPⅢ點(diǎn)間的水準(zhǔn)測量工作，其構(gòu)網(wǎng)示意如圖8、圖9。

圖8 單個(gè)設(shè)站CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站三角高程網(wǎng)示意

圖9 多個(gè)測站CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站三角高程網(wǎng)示意

選取128329～130330段近2 km的CPⅢ點(diǎn)，總計(jì)136段高差作為試驗(yàn)段，對(duì)該方法測量的CPⅢ點(diǎn)間高差與傳統(tǒng)水準(zhǔn)方法得到的CPⅢ點(diǎn)間高差進(jìn)行比較，對(duì)較差分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1。

表1 較差分布統(tǒng)計(jì)

由表1可知，較差落入(-2，2) mm區(qū)間的較差數(shù)量占到總數(shù)的98.53%，符合規(guī)范[1]“4.0.13”條：CPⅢ點(diǎn)復(fù)測與原測成果高程較差不大于5 mm的要求。由此可見，采用CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站三角高程測量方法滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

(1)既有線增建二線，由于存在不同的電氣化立柱，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況選擇CPⅢ埋設(shè)方式，但全線必須采用統(tǒng)一的預(yù)埋件。

(2)通過軌檢小車現(xiàn)場設(shè)站檢測，全線沒有超限情況，說明CPⅢ自由設(shè)站三角高程測量法可行。

(3)采用自由設(shè)站三角高程測量法進(jìn)行測量時(shí)，可以采取縮短附合線路長度的方法來提高高程網(wǎng)的可靠性。

(4)測量時(shí)，在配置4對(duì)棱鏡的基礎(chǔ)上再多配置1對(duì)棱鏡，可避免儀器架設(shè)完畢后等待配合人員而造成的時(shí)間浪費(fèi)，提高觀測效率。

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