CPⅢ控制技術(shù)在高海拔軌道鋪設(shè)及精調(diào)中的應(yīng)用*

王婷茹，李甲宏

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000；2.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100000）

高鐵建設(shè)中所提出的三級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱CPⅢ）技術(shù)日益成熟。近年來(lái)，隨著城市軌道交通的發(fā)展，CPⅢ技術(shù)也被應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中。

我國(guó)的CPⅢ技術(shù)作為高速鐵路鋪軌、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的重要控制技術(shù)，在高速鐵道的施工中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求逐步提高。軌道作為城市軌道交通的行車(chē)基礎(chǔ)，其高質(zhì)量的幾何形態(tài)和良好的平順性是軌道交通安全運(yùn)行、為乘客提供良好的乘坐舒適度、降低振動(dòng)噪聲對(duì)環(huán)境的影響、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命以及減少后期養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用的基本保障。軌道的平順性是軌道工程施工建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵所在，雖然存在認(rèn)為城市軌道時(shí)速低，精度要求不必太高的誤區(qū)，但實(shí)際上，乘坐軌道交通時(shí)的舒適度和軌道平順性有關(guān)，和速度沒(méi)有太大關(guān)系。要保證乘客不晃車(chē)就要提高軌道長(zhǎng)波的平順，這就要求利用精密控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

文章介紹了在青海省德令哈市城市有軌電車(chē)項(xiàng)目中利用CPⅢ控制網(wǎng)基本方法進(jìn)行軌道鋪設(shè)測(cè)量的具體情況，在運(yùn)用軌檢小車(chē)進(jìn)行軌道精調(diào)過(guò)程中，驗(yàn)證了CPⅢ控制網(wǎng)技術(shù)的精度是否能滿足施工要求，并提出了合理的措施。

1 工程概況

德令哈市新能源有軌電車(chē)示范線工程線路包括T1線一期、T1支線和T2線一期，線路總長(zhǎng)約14.23km，其中復(fù)線約3.51km，單線約10.72km。新建跨巴音河軌道橋梁1座（約160m），拓寬改造橋梁1座（約100m），其余均為地面線。全線共設(shè)車(chē)站20座，均為地面站，平均站間距約750m，最大站間距為1750m，位于甘南站至都蘭西站區(qū)間；最小站間距為400m，位于格爾木東站與氣象局站區(qū)間。

1.1 T1線一期

T1線一期呈南北走向，起于德令哈火車(chē)站，沿雙擁路—長(zhǎng)江路—柴達(dá)木東路敷設(shè)，止于步行街站后。線路長(zhǎng)約7.92km，均為地面線。共設(shè)車(chē)站12座，均為地面站，平均站間距約710m，最大站間距約1150m，位于火車(chē)站與雙擁路站區(qū)間；最小站間距為400m，位于格爾木東站與氣象局站區(qū)間。

1.2 T1支線

T1支線呈南北走向，起于T1線步行街站后，向西上跨巴音河后轉(zhuǎn)向南，沿濱河西路敷設(shè)，止于都蘭路口。線路全長(zhǎng)約2.8km，其中新建跨巴音河橋1座，其余均為地面線。共設(shè)車(chē)站2座，均為地面站，站間距約830m。

1.3 T2線一期

T2線一期呈東西走向，起于黑海路口，沿都蘭西路向東接駁T1線。線路全長(zhǎng)約3.51km，其中拓寬改造橋梁1座，其余均為地面線。共設(shè)車(chē)站6座，均為地面站，平均站間距約700m，最大站間距約1040m，位于昆侖站與都蘭西站區(qū)間；最小站間距約580m，位于職校站與唐古拉站區(qū)間。全線設(shè)車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)各1座，游客中心車(chē)輛基地位于游客中心北側(cè)，占地面積約6.78km2；火車(chē)站停車(chē)場(chǎng)位于火車(chē)站站前廣場(chǎng)東側(cè)，占地約3.99km2。

2 布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)

德令哈市新能源有軌電車(chē)示范線工程精密導(dǎo)線控制網(wǎng)整體上沿線路走向布設(shè)。精密導(dǎo)線網(wǎng)共包括60個(gè)控制點(diǎn)，其中GPS起算控制點(diǎn)16個(gè)，導(dǎo)線點(diǎn)共54個(gè)。全網(wǎng)共測(cè)設(shè)導(dǎo)線邊137條，導(dǎo)線總長(zhǎng)38.9km，平均邊長(zhǎng)為283.632m。

2.1 選取CPⅢ控制點(diǎn)

（1）GPS點(diǎn)選點(diǎn)、埋設(shè)18個(gè)，利用原有城市控制點(diǎn)2個(gè)，GPS控制網(wǎng)測(cè)量共24點(diǎn)（包括已知點(diǎn)2個(gè)，原有城市控制點(diǎn)2個(gè)）。（2）精密導(dǎo)線點(diǎn)選點(diǎn)、埋設(shè)54個(gè)，精密導(dǎo)線點(diǎn)共測(cè)量54個(gè)，聯(lián)測(cè)GPS起算點(diǎn)16個(gè)。（3）軌道交通二等水準(zhǔn)點(diǎn)選點(diǎn)、埋設(shè)62個(gè)，二等水準(zhǔn)測(cè)量62點(diǎn)，聯(lián)測(cè)起算點(diǎn)2個(gè)，完成軌道交通二等水準(zhǔn)測(cè)量路線總長(zhǎng)52.6km。

2.2 確定CPⅢ控制點(diǎn)間距

CPⅢ控制點(diǎn)采取預(yù)埋方式布設(shè)，平面和高程同點(diǎn)，間隔50～80m設(shè)置一對(duì)點(diǎn)，特殊地段（小半徑曲線處）可按20～40m設(shè)置。CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)高度應(yīng)大致相等，并應(yīng)與設(shè)計(jì)軌道高程面相同。

該工程CPⅢ平面網(wǎng)采用自由測(cè)站邊角交會(huì)法施測(cè)，高程網(wǎng)采用精密水準(zhǔn)往返測(cè)量的方式每隔600～800m聯(lián)測(cè)CPⅢ控制點(diǎn)，從而獲得其高程作為CPⅢ控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，并采用自由設(shè)站三角高程法施測(cè)，平面網(wǎng)與高程網(wǎng)測(cè)量一起進(jìn)行。

CPⅢ控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形可采用圖1所示的構(gòu)網(wǎng)形式，每個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)應(yīng)有4個(gè)方向和4個(gè)距離的交會(huì)，同時(shí)保證相鄰測(cè)站間CPⅢ相鄰點(diǎn)間高差重疊應(yīng)有7段。

2.3 標(biāo)志及埋設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)

圖1 CPⅢ控制網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)形式

CPⅢ控制點(diǎn)埋設(shè)于專用立柱上，專用立柱為高50cm、直徑為20cm的圓柱形立柱，立柱制作于混凝土墊層之上，與混凝土墊層由4根直徑為14mm的螺紋鋼連接，并采用錨固劑固定，澆筑混凝土前對(duì)地面進(jìn)行鑿毛和濕潤(rùn)處理，使專用立柱與整個(gè)混凝土墊層結(jié)合在一起，確保立柱牢固可靠。CPⅢ控制點(diǎn)為不銹鋼強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志，埋設(shè)于專用立柱上，由預(yù)埋件和連接桿兩部分組成。其中基座部分為長(zhǎng)60mm，內(nèi)徑為14mm，外徑為20mm的套筒；連接桿下部分與套筒相配合，上部分與leica棱鏡相配合，間隙均小于0.2mm。同時(shí)，CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的加工和安裝精度如表1所示。

表1 CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的加工和安裝精度要求 單位：mm

2.4 CPⅢ控制點(diǎn)外業(yè)觀測(cè)

CPⅢ控制點(diǎn)與沿線平面及高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)關(guān)系：

（1）在自由站上測(cè)量CPⅢ的同時(shí)，將沿線的控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，納入網(wǎng)中。

（2）每個(gè)CPⅢ測(cè)量組中需使用同一種棱鏡（包含聯(lián)測(cè)的控制點(diǎn)），并做好棱鏡常數(shù)等參數(shù)的設(shè)置工作。聯(lián)測(cè)沿線控制點(diǎn)采用的網(wǎng)形如下：自由設(shè)站應(yīng)每600m左右（400～800m）置鏡觀測(cè)沿線控制點(diǎn)，應(yīng)在2個(gè)或以上連續(xù)的自由測(cè)站上觀測(cè)，自由測(cè)站至沿線控制點(diǎn)距離不宜大于300m，如圖2所示。

2.5 CPⅢ控制點(diǎn)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計(jì)算、平差處理采用TSDI_HRSADJ平差軟件。以通過(guò)精密水準(zhǔn)方式測(cè)得高程的CPⅢ點(diǎn)為起算點(diǎn)，進(jìn)行整體平差計(jì)算。平差計(jì)算時(shí)，要對(duì)各項(xiàng)精度做出評(píng)定。

3 CPⅢ控制成果在軌道精調(diào)中的應(yīng)用與驗(yàn)證

利用CPⅢ控制成果，依托全站儀及軌檢小車(chē)，測(cè)量軌道的幾何形態(tài)，模擬試算軌道調(diào)整量，從而使軌道線路平順，提高軌道交通運(yùn)輸工具的乘坐感受。利用CPⅢ控制成果，依托全站儀及軌檢小車(chē)進(jìn)行軌道幾何形態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量，其全站儀自由設(shè)站要求同利用CPⅢ控制成果進(jìn)行鋪軌基標(biāo)測(cè)設(shè)一樣，自由設(shè)站精度滿足城市軌道交通測(cè)量規(guī)范要求。完成自由設(shè)站后，CPⅢ控制點(diǎn)的檢測(cè)誤差標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。每一測(cè)站參與平差計(jì)算的CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于6個(gè)。

表2 CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符值限差要求 單位：mm

在施工過(guò)程中，選擇任意段數(shù)據(jù)同時(shí)采用軌檢小車(chē)和弦線的方式進(jìn)行軌道軌向及高低測(cè)量，其對(duì)比情況如表3所示。

以上對(duì)比數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式可從一定程度上反映CPⅢ控制成果精度良好，可用于軌道精調(diào)測(cè)量。

4 結(jié)論及建議

德令哈市新能源有軌電車(chē)示范線工程是世界上海拔最高的有軌電車(chē)工程，該有軌電車(chē)現(xiàn)已進(jìn)入試運(yùn)營(yíng)階段，其影響意義深遠(yuǎn)，CPⅢ技術(shù)在其施工過(guò)程中應(yīng)用良好，可推廣至其他城市類似軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中。但受德令哈市惡劣的高原氣候如日溫差大、陽(yáng)光直射嚴(yán)重、冬季酷寒而漫長(zhǎng)等不良環(huán)境因素的影響，也給CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及其應(yīng)用帶來(lái)了一定的影響，現(xiàn)將相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及建議總結(jié)如下：

（1）在該項(xiàng)目為期近1年的CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及使用過(guò)程中，太陽(yáng)強(qiáng)光直射嚴(yán)重、過(guò)往車(chē)輛震動(dòng)、異物的不完全遮擋及多個(gè)目標(biāo)棱鏡不在同一環(huán)境因素下均會(huì)對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及使用造成一定的影響，使其測(cè)量限差超限，不能滿足相應(yīng)工作需求。特別是高海拔地區(qū)的太陽(yáng)直射嚴(yán)重，會(huì)使測(cè)量誤差超限嚴(yán)重，因此建議在環(huán)境因素相對(duì)穩(wěn)定的夜晚進(jìn)行CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及使用，其測(cè)量質(zhì)量和效率會(huì)成倍提高。

圖2 自由設(shè)站置鏡觀測(cè)

表3 同一區(qū)段軌道幾何形態(tài)數(shù)據(jù)軌檢小車(chē)與弦線測(cè)量成果對(duì)比表

（2）為提高CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量與使用CPⅢ進(jìn)行鋪軌基標(biāo)以及軌道精調(diào)與驗(yàn)收測(cè)量時(shí)的精度，對(duì)其使用的棱鏡作固定處理，并且對(duì)連接桿進(jìn)行編號(hào)，確保CPⅢ測(cè)量及使用時(shí)1個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)同一根連接桿，減少CPⅢ預(yù)埋件與連接桿不匹配而產(chǎn)生的固定誤差。實(shí)踐證明其實(shí)施效果良好。

（3）在CPⅢ控制網(wǎng)平差計(jì)算過(guò)程中，因部分項(xiàng)目限差超限處理需要人工剔除部分觀測(cè)值時(shí)，應(yīng)從誤差較大的觀測(cè)值開(kāi)始逐一剔除并重新平差，不能一味全部剔除。人工剔除觀測(cè)值的原則為應(yīng)至少保證每個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)有3個(gè)以上的自由觀測(cè)測(cè)站，否則會(huì)影響控制網(wǎng)的整體精度。

（4）由于高海拔地區(qū)日溫差較大，也會(huì)導(dǎo)致其氣壓產(chǎn)生變化，因此在進(jìn)行CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及其應(yīng)用時(shí)，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注溫度、氣壓的變化，在其變化較大時(shí)及時(shí)讀取數(shù)值輸入至儀器進(jìn)行氣象改正，以保證測(cè)量精度。

（5）在利用CPⅢ控制成果進(jìn)行鋪軌基標(biāo)測(cè)設(shè)與軌道精調(diào)時(shí)應(yīng)定時(shí)（如每站測(cè)前、測(cè)中、測(cè)后）對(duì)已有CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，以確保本測(cè)站或時(shí)間段內(nèi)測(cè)量精度良好。