客運(yùn)專線特長(zhǎng)隧道CPⅡ控制網(wǎng)布設(shè)及測(cè)量

李善軍

【摘要】? ? CPⅡ控制網(wǎng)在高速鐵路精密工程測(cè)量體系中處于十分重要的位置，而在隧道內(nèi)建立CPⅡ控制網(wǎng)又具有十分突出的特點(diǎn)，它只能在隧道貫通后才開始進(jìn)行。特長(zhǎng)隧道進(jìn)出口往往由于地形較復(fù)雜，經(jīng)常是陡坎、深溝或狹谷，橋隧相連，高等級(jí)的CPⅠ控制點(diǎn)布置不容易且數(shù)量較少，結(jié)合寶蘭客運(yùn)專線吳家岔隧道，介紹特長(zhǎng)隧道CPⅡ控制網(wǎng)的特點(diǎn)，提出針對(duì)不同性能的儀器，分別采用兩種布網(wǎng)形式及對(duì)應(yīng)的觀測(cè)方法，以此為基礎(chǔ)才能建立施工中常用的CPⅢ軌道控制網(wǎng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 客運(yùn)專線? ? CPⅡ控制網(wǎng)? ? 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量? ? 特長(zhǎng)隧道? ? 布設(shè)

一、引言

我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展與高速鐵路精密工程測(cè)量體系是分不開的，高速鐵路精密工程測(cè)量的控制網(wǎng)包括勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)，除了三網(wǎng)合一[1]外，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)是各級(jí)控制網(wǎng)分階段布設(shè)。如第一級(jí)框架平面控制網(wǎng)（CP0）和第二級(jí)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（ CPⅠ）是在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段布設(shè)的，第四級(jí)軌道控制網(wǎng)（ CPⅢ ）是在施工階段布設(shè)的，而第三級(jí)線路控制網(wǎng) （CPⅡ）的布設(shè)卻是在上述兩個(gè)階段完成的，對(duì)于長(zhǎng)大隧道的CPⅡ控制網(wǎng)來(lái)說(shuō)，又只能在施工階段才能進(jìn)行，它不僅起著承上啟下的作用，而且還有自己突出的特點(diǎn)。客運(yùn)專線無(wú)砟軌道的高平順性是通過(guò)CPⅢ軌道控制網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[2]，而建立CPⅢ軌道控制網(wǎng)的前提是作好CPⅡ控制網(wǎng)。

二、工程概況

在鐵路隧道的施工中，一般把長(zhǎng)度超過(guò)10km的隧道稱為特長(zhǎng)隧道。寶蘭客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，橋隧比占91%，其中12標(biāo)段的吳家岔隧道全長(zhǎng)10.453km，進(jìn)口與全長(zhǎng)650m的道溝河特大橋相連，出口與全長(zhǎng)1628.34m的宛川河特大橋相連，洞外的控制點(diǎn)僅進(jìn)出口各有兩個(gè)CPⅠ點(diǎn)。隧道于2013年1月開工，增設(shè)3個(gè)斜井施工，在每個(gè)斜井地表附近各加密3個(gè)施工控制點(diǎn)，2014年10月24日1#斜井與2#斜井段首先貫通，2015年5月14日最后一段即2#斜井與3#斜井實(shí)現(xiàn)貫通，率先在全線4座10公里以上的隧道中實(shí)現(xiàn)全部順利貫通。

三、施測(cè)難點(diǎn)

1、CPⅡ控制網(wǎng)點(diǎn)位選位布設(shè)難。為加快施工進(jìn)度，長(zhǎng)大隧道一般會(huì)在隧道中間的合適位置增加一個(gè)或幾個(gè)斜井，將隧道人為地分為2～3km左右長(zhǎng)的幾個(gè)相向開挖的施工段來(lái)進(jìn)行掘進(jìn)，特長(zhǎng)隧道施工更是如此。隧道貫通前布設(shè)的施工導(dǎo)線是為了保證這幾個(gè)相向開挖的施工段能正確貫通，它不能作為CPⅡ控制點(diǎn)來(lái)用，因?yàn)槭┕?dǎo)線的間距一般為200m左右，能保存下來(lái)的點(diǎn)一般布置在仰拱填充混凝土上，在洞內(nèi)的無(wú)砟軌道板鋪設(shè)后一般都埋在軌道板之下了。而CPⅡ控制點(diǎn)的邊長(zhǎng)至少要求在300米以上（見表1），另外由于三網(wǎng)合一的需要，在隧道竣工后CPⅡ控制網(wǎng)要求和CPⅢ控制網(wǎng)一起移交給運(yùn)營(yíng)單位以利今后復(fù)測(cè)之用。所以CPⅡ控制點(diǎn)基本都是重新布設(shè)，點(diǎn)位標(biāo)志基本都采用不銹鋼制作以利長(zhǎng)期使用，一般布置在隧道內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)物上，如防撞墻頂、電纜槽隔墻頂?shù)任恢谩?/p>

2、測(cè)量方法獨(dú)特?？刂凭W(wǎng)測(cè)量方法不能用先進(jìn)的衛(wèi)星定位測(cè)量技術(shù)，用靜態(tài)測(cè)量模式觀測(cè)[3]，而只能采用常規(guī)的導(dǎo)線測(cè)量方法，而導(dǎo)線測(cè)量的最大弱點(diǎn)是多余觀測(cè)值少，圖形強(qiáng)度低，橫向擺動(dòng)大，在觀測(cè)過(guò)程中為了提高觀測(cè)精度，需要考慮的因素較多[4]，尤其是在洞內(nèi)施工影響的情況下。實(shí)測(cè)方案必須把隧道作為一個(gè)整體來(lái)考慮，洞內(nèi)導(dǎo)線采用導(dǎo)線網(wǎng)的形式閉合檢查，洞外一般都附合至進(jìn)出口的CPⅠ控制點(diǎn)上，在斜井地表加密的施工導(dǎo)線點(diǎn)一般不聯(lián)測(cè)。

3、控制網(wǎng)的精度要求較高。因CPⅢ控制網(wǎng)在洞外可以聯(lián)測(cè)到CPⅠ和CPⅡ控制點(diǎn)上[5]，在洞內(nèi)卻只能聯(lián)測(cè)到CPⅡ控制點(diǎn)，必須保證CPⅡ控制網(wǎng)有較高的精度，才能保證CPⅢ控制網(wǎng)的精度。在路基、橋梁和隧道長(zhǎng)度低于7km的地方布置CPⅡ控制網(wǎng)時(shí)，可按三等導(dǎo)線的精度要求進(jìn)行測(cè)量，而當(dāng)隧道長(zhǎng)度大于7km時(shí)，應(yīng)按隧道二等的精度要求進(jìn)行觀測(cè)。特長(zhǎng)隧道一般都長(zhǎng)于10km，CPⅡ控制網(wǎng)應(yīng)達(dá)到隧道二等的等級(jí)要求，如表1所示。

4、觀測(cè)時(shí)間緊。無(wú)砟軌道板的施工必須在CPⅢ控制網(wǎng)的指導(dǎo)下才能進(jìn)行， CPⅢ控制網(wǎng)的完成又必須以CPⅡ控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，CPⅢ控制網(wǎng)可以分4km一個(gè)區(qū)段來(lái)附合計(jì)算，而CPⅡ控制網(wǎng)必須把整個(gè)隧道作為一個(gè)整體來(lái)附合計(jì)算。因此特長(zhǎng)隧道貫通后CPⅡ控制網(wǎng)的建立顯得尤為迫切。

四、施測(cè)原理

隧道全部貫通后，在進(jìn)行洞內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，將CPⅡ點(diǎn)位選好并預(yù)埋在防撞墻或電纜槽隔墻頂上，并做好標(biāo)識(shí)，間距一般500米左右，在左右墻頂上各埋一點(diǎn)，洞內(nèi)組成閉合導(dǎo)線或交叉導(dǎo)線網(wǎng)，洞口則與地表的CPⅠ點(diǎn)附合，如圖2、圖3所示。點(diǎn)位選好及埋設(shè)完成后，利用高精度的全站儀進(jìn)行觀測(cè)，外業(yè)觀測(cè)合格后先對(duì)CPⅡ控制網(wǎng)整體精度是否合格進(jìn)行評(píng)估，如角度閉合差、邊長(zhǎng)往返測(cè)差值、導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差等進(jìn)行評(píng)判，如不符合要求則進(jìn)行分析，重測(cè)相關(guān)的外業(yè)數(shù)據(jù)。當(dāng)CPⅡ控制網(wǎng)本身精度合格后再進(jìn)行約束平差計(jì)算，即用上一級(jí)的CPⅠ的坐標(biāo)計(jì)算出CPⅡ點(diǎn)的坐標(biāo)，以此作為下一步CPⅢ控制網(wǎng)的起算依據(jù)。

五、施測(cè)操作要點(diǎn)

1、儀器配置。因施測(cè)的CPⅡ控制網(wǎng)精度較高，測(cè)量所使用的全站儀要求精度較高，其中測(cè)角精度不低于1″，測(cè)距不低于2mm+2ppm，目前的徠卡系列的TCRA1201、TS15、TM30等都可以滿足要求，通過(guò)實(shí)踐，建議采用1″級(jí)全站儀觀測(cè)比較穩(wěn)定，而0.5″級(jí)全站儀十分靈敏，受施工干擾和環(huán)境影響較大，角度閉合差不易測(cè)量合格。由于配置不同，儀器價(jià)格也有很大差別，目前市面上的儀器可以分為兩類，一類配置了馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有目標(biāo)識(shí)別跟蹤，能夠自動(dòng)記錄、自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，性能較先進(jìn);另一類需要人工觀測(cè)，手動(dòng)記錄，測(cè)量效率較低。

2、導(dǎo)線網(wǎng)形式。在TB 10601-2009《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中，CPⅡ控制網(wǎng)的網(wǎng)形可分為單導(dǎo)線、導(dǎo)線環(huán)、導(dǎo)線網(wǎng)等形式;另在隧道的洞內(nèi)施工導(dǎo)線中，導(dǎo)線的形式還有交叉雙導(dǎo)線，這種形式只有一條邊與上一個(gè)導(dǎo)線環(huán)聯(lián)系。為了保證特長(zhǎng)隧道內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)的精度，導(dǎo)線網(wǎng)形式建議布設(shè)成以下兩種，導(dǎo)線邊長(zhǎng)均為500m左右。一種為閉合導(dǎo)線如圖1所示，閉合環(huán)的邊數(shù)一般6條左右，不超過(guò)8條，主要是為防止閉合差不合格時(shí)增加重測(cè)的工作量，這種導(dǎo)線測(cè)量方式在為控制隧道貫通而進(jìn)行的施工導(dǎo)線中也常運(yùn)用，只是其邊長(zhǎng)不能達(dá)到現(xiàn)在這么長(zhǎng)，這種形式的特點(diǎn)是觀測(cè)工作量相對(duì)要少些，可以采用手動(dòng)記錄的全站儀來(lái)完成。另一種為交叉導(dǎo)線如圖2所示，這種形式的實(shí)質(zhì)是把控制點(diǎn)全部分為交叉的兩個(gè)四邊形來(lái)閉合，即比交叉雙導(dǎo)線還多一條邊進(jìn)行閉合，因此其觀測(cè)工作量成培增加，這種形式常用性能較先進(jìn)的全站儀來(lái)觀測(cè)。

3、外業(yè)觀測(cè)。近年來(lái)，由于CPⅢ軌道控制網(wǎng)的需要，自由設(shè)站邊角交會(huì)觀測(cè)方法得到普及，這種方法也開始在CPⅡ控制網(wǎng)中進(jìn)行運(yùn)用，但測(cè)站間距離較短，才300m左右，埋設(shè)的CPⅡ控制點(diǎn)縱向間距才240～360m左右，因此為了提高觀測(cè)效率，仍然建議采用傳統(tǒng)方法，儀器直接架在CPⅡ控制點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)。外業(yè)觀測(cè)時(shí)嚴(yán)格按《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》要求的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制。觀測(cè)時(shí)間一般避開洞內(nèi)附屬施工高峰期，在夜晚施測(cè)比較好。觀測(cè)方法。

4、內(nèi)業(yè)計(jì)算。內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)應(yīng)先對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工檢驗(yàn)，去掉不合格的觀測(cè)值，再將觀測(cè)后的角度平均值和邊長(zhǎng)平均值輸入平差軟件，輸入時(shí)由兩人進(jìn)行復(fù)核，以保證輸入數(shù)據(jù)的正確。平差軟件會(huì)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)評(píng)判合格后再輸入約束點(diǎn)CPⅠ的坐標(biāo)，從而計(jì)算出所布置的CPⅡ點(diǎn)的坐標(biāo)。

六、教訓(xùn)與探討

1、從導(dǎo)線網(wǎng)的兩種測(cè)量形式可以看出，不能采用哪種測(cè)量方式，由于進(jìn)出口地形限制，在對(duì)CPⅠ點(diǎn)進(jìn)行搭接測(cè)量時(shí)，總有一個(gè)角度不能進(jìn)行閉合檢查，如圖一中的角1和角2，而這個(gè)聯(lián)測(cè)角的精度卻對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)的精度起著非常重要的作用，如果誤差過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致CPⅡ點(diǎn)的點(diǎn)位精度達(dá)不到要求，從而會(huì)導(dǎo)致根據(jù)CPⅡ點(diǎn)約束平差的CPⅢ控制點(diǎn)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響無(wú)砟軌道板的鋪設(shè)。所以對(duì)這兩個(gè)聯(lián)測(cè)角必須進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，以確保正確，否則將會(huì)造成重大失誤。為克服聯(lián)測(cè)角的偏差，一種方法可以換人重測(cè)，另一種方法可以讓測(cè)站、前視和后視都重新檢查儀器，對(duì)中整平后再觀測(cè)一道，直到兩次的角度差值在規(guī)范允許的誤差之內(nèi)為此。

2、隧道的貫通是通過(guò)洞內(nèi)施工導(dǎo)線來(lái)控制的，對(duì)特長(zhǎng)隧道來(lái)說(shuō)，為了提高測(cè)量精度，洞內(nèi)的施工導(dǎo)線一般都采用如圖1的閉合導(dǎo)線，前已敘述由于種種原因，CPⅡ控制點(diǎn)需要重新布設(shè)，但為了使鋪設(shè)的線路（軌道）更加接近隧道貫通面的真實(shí)狀況，可以在隧道中部的貫通面附近聯(lián)測(cè)一個(gè)施工控制點(diǎn)（因無(wú)砟軌道板鋪設(shè)是從洞口向隧道中間進(jìn)行的，隧道中部的施工控制點(diǎn)此時(shí)應(yīng)該還保存在），聯(lián)測(cè)后，以施工控制點(diǎn)和隧道進(jìn)出口的CPⅠ點(diǎn)作為約束條件進(jìn)行平差計(jì)算CPⅡ控制點(diǎn)的坐標(biāo)。

七、結(jié)語(yǔ)

CPⅡ控制網(wǎng)實(shí)際上是在 CPⅠ控制網(wǎng)基礎(chǔ)上的加密控制網(wǎng)，觀測(cè)方法與施工導(dǎo)線控制網(wǎng)基本一樣。對(duì)特長(zhǎng)隧道來(lái)說(shuō)，又有如下幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)：①布網(wǎng)是以進(jìn)出口為準(zhǔn)成一個(gè)整體，而不考慮斜井影響;②導(dǎo)線邊長(zhǎng)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于施工導(dǎo)線邊長(zhǎng);③精度較施工導(dǎo)線高。導(dǎo)線網(wǎng)的形式主要為閉合導(dǎo)線和交叉導(dǎo)線兩種，可以根據(jù)儀器的精度和自動(dòng)化程度來(lái)進(jìn)行選擇。寶蘭客專吳家岔特長(zhǎng)隧道采用交叉導(dǎo)線方式進(jìn)行觀測(cè)，較好地保證了CPⅡ控制網(wǎng)精度。寶蘭客運(yùn)專線已于2017年7月9日正式全線運(yùn)行。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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