高速鐵路軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)探討

摘 要：當(dāng)前我國軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量是高速鐵路軌道施工測(cè)量中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。近年來，我國高速鐵路建設(shè)里程逐年增加，相關(guān)測(cè)量工作人員為了滿足高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)的需求，逐漸引進(jìn)了國外高速鐵路精密測(cè)量技術(shù)，后續(xù)對(duì)其作出了技術(shù)分析，在技術(shù)分析的過程中又對(duì)其進(jìn)行了創(chuàng)新，從而構(gòu)建了符合我國高速鐵路發(fā)展的精密測(cè)量技術(shù)體系?；诖耍疚闹攸c(diǎn)對(duì)高速鐵路軌道控制精密測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)作出分析，主要針對(duì)當(dāng)前我國高速鐵路測(cè)量的現(xiàn)狀，提出軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)的方法和措施。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；軌道；控制網(wǎng)；測(cè)量技術(shù)；要點(diǎn)文章編號(hào)：2095-4085（2024）04-0093-03

0 引言

高速鐵路主要指的是高速化、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營速度可以達(dá)到200km/h以上的鐵路系統(tǒng)。當(dāng)前我國新建客運(yùn)專線營運(yùn)速度可以達(dá)到250km/h以上，我國高速鐵路營運(yùn)時(shí)速需要達(dá)到250～350km/h之間。在高速鐵路建設(shè)工程中，精密工程測(cè)量是建設(shè)工作中較為核心的技術(shù)之一，也是確保鐵路自身質(zhì)量和運(yùn)行是否可以達(dá)到安全性的關(guān)鍵工序，因此測(cè)量工作尤為重要。在相關(guān)從業(yè)人員的不懈努力下，現(xiàn)階段高速鐵路建設(shè)在精密工程測(cè)量工作方面滿足了科學(xué)、先進(jìn)、可靠的需求，同時(shí)在技術(shù)方面也逐步得到了完善。

1 高鐵精密工程測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 分級(jí)布網(wǎng)的精密測(cè)量

在當(dāng)前的精密工程測(cè)量工作中，尤其針對(duì)控制網(wǎng)需要明確基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)、線路平面控制網(wǎng)以及軌道控制網(wǎng)三個(gè)內(nèi)容。每個(gè)控制網(wǎng)在運(yùn)行過程中都會(huì)發(fā)揮出相應(yīng)的作用，并在相互配合下可以滿足各個(gè)階段的需要。其中基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)主要針對(duì)高速鐵路設(shè)計(jì)勘察服務(wù)，以此確保是否可以滿足設(shè)計(jì)的需要。如果是在施工工作中，則需要運(yùn)用線路控制網(wǎng)對(duì)鐵路施工提供基準(zhǔn)服務(wù)；如果是在鐵路鋪設(shè)和后期運(yùn)營方面則需軌道控制網(wǎng)的支持。在三級(jí)控制網(wǎng)約束下，才可保證后期運(yùn)營的水平和質(zhì)量，也為鐵路運(yùn)營維護(hù)提供保障。此時(shí)相關(guān)施工人員在施工過程中只需按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)設(shè)，即可為三網(wǎng)運(yùn)行達(dá)成保障，促使正常運(yùn)行，從而提升鐵路建設(shè)的整體質(zhì)量［1］。如果是普通的鐵路建設(shè)，需要保證三個(gè)控制網(wǎng)處于獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)；如果是高鐵建設(shè)則需保證三級(jí)控制網(wǎng)可以達(dá)成統(tǒng)一勘測(cè)和施工的需求。在運(yùn)營維護(hù)方面也需對(duì)精密測(cè)量體系作出設(shè)置，在實(shí)際設(shè)置過程中需要盡可能實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)高鐵項(xiàng)目施工，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)該保證勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)都在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，以此保證三者的一致性。

1.2 測(cè)量系統(tǒng)的獨(dú)立坐標(biāo)系

當(dāng)前我國對(duì)高鐵質(zhì)量的要求越來越高，目前針對(duì)勘測(cè)中的相關(guān)數(shù)據(jù)在誤差方面也逐漸降低，整體數(shù)據(jù)比值更加接近數(shù)據(jù)真實(shí)比值。在平面坐標(biāo)系統(tǒng)中，施工人員需要構(gòu)建較為獨(dú)立的測(cè)量體系，但是在實(shí)際構(gòu)建過程中很難不被施工測(cè)量的影響因素所干擾，因此在測(cè)量精度方面存在一定差異性。除此之外，各個(gè)高鐵項(xiàng)目的運(yùn)營需要保持連續(xù)性需求，因此在測(cè)量過程中需要對(duì)前后期的項(xiàng)目進(jìn)行有效測(cè)量，以確保前后期可以有效銜接。同時(shí)，針對(duì)獨(dú)立的坐標(biāo)體系需要保證測(cè)量項(xiàng)目前后的連續(xù)性。此時(shí)如果選擇應(yīng)用較為獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)可以對(duì)網(wǎng)形作出有效約束，并可對(duì)其進(jìn)行加以控制，還可保證高鐵工程施工中各個(gè)施工項(xiàng)目都可達(dá)到順利實(shí)施的目標(biāo)?；诖?，在獨(dú)立測(cè)量坐標(biāo)體系中，可以為高鐵項(xiàng)目的精度提供相應(yīng)的保障。獨(dú)立的坐標(biāo)體系現(xiàn)已成為精密工程中測(cè)量技術(shù)的一個(gè)較為顯著的特征之一。

1.3 高精度的各級(jí)控制網(wǎng)

在改革開放的前期階段，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于落后的狀態(tài)，測(cè)量技術(shù)水平較低，并不能滿足實(shí)際的工作需求。當(dāng)時(shí)對(duì)于鐵路建設(shè)的質(zhì)量要求也達(dá)不到相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)于軌道的線型和平順度測(cè)量方面未達(dá)到一定的水平。除此之外，相關(guān)從業(yè)人員在測(cè)量工作中，測(cè)量技術(shù)和測(cè)量方法相對(duì)落后，導(dǎo)致多項(xiàng)工作不能達(dá)成預(yù)期的測(cè)量效果。尤其精度問題，相關(guān)施工部門缺乏較為完善的測(cè)量體系，所以高速鐵路工程建設(shè)過程中由于精度所造成的質(zhì)量影響較為嚴(yán)重［2］。隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，精密工程測(cè)量技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在各類高鐵工程領(lǐng)域之中。在如今的高鐵建設(shè)過程中，可以對(duì)軌道線型作出設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中也可以為后續(xù)維護(hù)工作提供支持。因此在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)支持下，有效保障了各個(gè)級(jí)別平面控制網(wǎng)的精度需要，讓其可以符合相應(yīng)的規(guī)定和要求。

2 高速鐵路精密工程測(cè)量內(nèi)容和目的

2.1 測(cè)量內(nèi)容

站在當(dāng)前我國現(xiàn)階段高速鐵路建設(shè)的具體需求角度，可以看出精密工程測(cè)量能夠?yàn)殍F路勘測(cè)的施工、設(shè)計(jì)、維護(hù)等多個(gè)方面提供技術(shù)支持。因此，此類工程測(cè)設(shè)方法現(xiàn)已成為高速鐵路建設(shè)工作中不可或缺的一部分，其更是提高工程整體性質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在測(cè)量方面主要包括多項(xiàng)內(nèi)容，比如鐵路運(yùn)行過程中的維護(hù)，軌道施工中的測(cè)量工作，或者高速鐵路平面和高程控制工作。為了有效提高高速鐵路總體質(zhì)量，測(cè)量內(nèi)容需要有參考依據(jù)，才可促使相關(guān)從業(yè)人員重視精密測(cè)量技術(shù)的開發(fā)工作，從而對(duì)后續(xù)高速鐵路建設(shè)提供有效的技術(shù)支撐［3］。

2.2 測(cè)量目的

高速鐵路建設(shè)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)都需具備目的性，同時(shí)最終的目標(biāo)需要保持一致，才可從根本上保證高速鐵路自身行駛的安全性和乘坐的舒適性。作為高速鐵路工程中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)針對(duì)精密工程測(cè)量需要結(jié)合具體的問題作出分析，以此合理對(duì)三網(wǎng)作出測(cè)設(shè)，保證精密測(cè)量可以達(dá)到高鐵建設(shè)和后期運(yùn)營維護(hù)的需要。當(dāng)前我國高速鐵路的建設(shè)整體要求較高，因此需要精密測(cè)量工作的支持，才可保證軌道在建設(shè)時(shí)可以達(dá)到平順性需求，最終滿足高速鐵路各個(gè)階段的技術(shù)要求，將誤差問題控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3 高速鐵路軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)

為直觀說明高速鐵路軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)，本文引入某地高速鐵路項(xiàng)目輔助闡述。案例項(xiàng)目線路長度為1 318km，設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為350km/h，規(guī)劃環(huán)節(jié)對(duì)無砟軌道穩(wěn)定性、連續(xù)性、平順性提出了較高要求。其中10m弦長軌道高低偏差、軌向偏差均不能超過2mm；150弦長軌道高低偏差、軌向偏差均不能超過10mm。下面對(duì)其控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

3.1 提前做好測(cè)量準(zhǔn)備工作

要提前進(jìn)行CPⅢ預(yù)埋件和高程桿的重復(fù)性和互換性檢測(cè)。所有標(biāo)志的加工誤差均要在允許范圍之內(nèi)；防腐性能、耐磨性能均要符合設(shè)計(jì)要求；在同條線路之上，使用的CPⅢ標(biāo)志應(yīng)當(dāng)是相同的［4］。標(biāo)志運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后，使用千分尺進(jìn)行規(guī)格檢驗(yàn)，確保內(nèi)徑、外徑、長度等符合設(shè)計(jì)要求后方可驗(yàn)收。接著開展預(yù)埋件的安裝工作，路基地段需要先安裝CPⅢ標(biāo)志樁，然后在樁體高于軌面30cm的部分鉆孔，孔洞傾斜度以5°為佳。鉆孔完畢使用壓縮空氣吹掃干凈，然后嵌入CPⅢ預(yù)埋件。橋梁地段的預(yù)埋件主要安裝于橋梁固定端的防護(hù)墻上，每隔大約60m布設(shè)一對(duì)點(diǎn)，鉛錘鉆入110mm深的孔洞，鉆頭直徑不得小于25mm，完成后按要求清孔、涂刷錨固劑，然后插入預(yù)埋件即可。隧道地段，預(yù)埋件則要安裝于隧道內(nèi)側(cè)墻之上，且位置最好設(shè)定在電纜槽上方。預(yù)埋件安裝完畢后依照說明書安裝水準(zhǔn)測(cè)量桿、棱鏡組件等，由棱鏡安裝引發(fā)的高程誤差不能超過0.02mm。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備儀器的校準(zhǔn)調(diào)試，本次配備的全站儀采用自動(dòng)化測(cè)量方式，支持目標(biāo)搜索、自動(dòng)記錄、自動(dòng)判別等功能。對(duì)于測(cè)得數(shù)據(jù)超出限差的情況，還可以自動(dòng)開展重測(cè)，儀器配備徠卡TS60和徠卡GP121棱鏡，能夠較好地滿足使用需求。同時(shí)配備了高精度電子水準(zhǔn)儀、高精度溫度氣壓計(jì)。

3.2 科學(xué)開展平面測(cè)量工作

CPIII平面測(cè)量時(shí)，推薦使用自由設(shè)站邊角交會(huì)法施測(cè)。在CPIII布設(shè)過程中，需要將其架設(shè)在CPII線路后面位置，此時(shí)為了保證軌道施工控制線路位置和工程施工的線路位置保持一致，需要明確軌道控制網(wǎng)的原則。此時(shí)在沿線道路方面，每側(cè)布設(shè)點(diǎn)間隔需要控制在60m左右。在布設(shè)點(diǎn)方面需要使用全站儀對(duì)邊角交會(huì)的位置進(jìn)行測(cè)量，以此提高控制網(wǎng)測(cè)量方面的精度。一般情況下，觀測(cè)過程中全程1″儀器需要完成三個(gè)測(cè)回，0.5″儀器需要觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回。注意測(cè)量環(huán)節(jié)需要設(shè)置一定長度的測(cè)段銜接區(qū)域，區(qū)域內(nèi)采用重復(fù)觀測(cè)CPIII點(diǎn)的方式控制精度，搭接區(qū)段測(cè)量的重復(fù)點(diǎn)位數(shù)量不能少于6對(duì)。收集到數(shù)據(jù)后及時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，前后測(cè)段的獨(dú)立平差坐標(biāo)應(yīng)當(dāng)相近，差值不能超過3mm。在滿足該要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算后一測(cè)段的約束平差。內(nèi)業(yè)處理環(huán)節(jié)，統(tǒng)一使用TSDI_HESADJ軟件，該軟件通過鐵道部評(píng)審，可以在自動(dòng)化設(shè)備支持下完成數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)預(yù)處理、平差計(jì)算等工作。將測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、已知點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入軟件平臺(tái)之后，采用導(dǎo)線推算、邊長交會(huì)、方向交會(huì)算法計(jì)算近似坐標(biāo)，依次推算出經(jīng)典平差、擬穩(wěn)平差，切實(shí)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

部分情況下受到不良天氣干擾，觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)過大、質(zhì)量較差的問題，系統(tǒng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)中可能會(huì)存在固定點(diǎn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤等情況，此時(shí)還需要進(jìn)行特殊質(zhì)量把控。要提前做好環(huán)境分析，盡可能排除高低溫、粉塵、風(fēng)力等的影響，并通過適當(dāng)復(fù)測(cè)提升數(shù)據(jù)精度。本次測(cè)量工作中，初段平差精度較低，分析后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)闇y(cè)量時(shí)現(xiàn)場(chǎng)氣溫過低，夜間甚至下降到了-10℃，因此及時(shí)采取了測(cè)回?cái)?shù)加倍觀測(cè)思路，從原先的3測(cè)回轉(zhuǎn)為6測(cè)回，結(jié)果發(fā)現(xiàn)精度有所提升。

3.3 嚴(yán)格把控高程測(cè)量要點(diǎn)

完成平面測(cè)量工作后，還需要嚴(yán)格把控高程測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)前常用的CPIII網(wǎng)高程測(cè)量方式共有矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)、往返測(cè)水準(zhǔn)網(wǎng)兩種。前者的觀測(cè)精度介于二等、三等水準(zhǔn)之間，是較為常用的測(cè)量方式；后者多用于CPIII水準(zhǔn)網(wǎng)、線路水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)項(xiàng)目中?？紤]到案例工程施工現(xiàn)場(chǎng)存在較為明顯的干擾問題，往返測(cè)量可行性較低，因此使用了矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)施測(cè)方法。實(shí)際測(cè)量環(huán)節(jié)，由2觀測(cè)站承擔(dān)單個(gè)閉合環(huán)數(shù)據(jù)的采集工作，依照“后-前-前-后”的順序進(jìn)行高差數(shù)據(jù)測(cè)量，也可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整為“前-后-后-前”。整個(gè)過程中均要加強(qiáng)質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)測(cè)量值偏差過大、測(cè)量精度明顯下降的情況。此外，矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量技術(shù)雖然自動(dòng)化水平高、可行性好，但對(duì)精度的要求非常高。這是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的矩形環(huán)數(shù)量較多，環(huán)閉合差會(huì)在多次測(cè)量中出現(xiàn)累積問題，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)誤差異常增大。因此實(shí)踐過程中要給予嚴(yán)格控制，單個(gè)矩形環(huán)中，環(huán)閉合差通常要控制在0.3mm以內(nèi)，防止測(cè)段超限。

3.4 明確控制網(wǎng)復(fù)測(cè)重要性

CPIII建網(wǎng)完成后，還需要進(jìn)行科學(xué)的復(fù)測(cè)和維護(hù)。這是因?yàn)闇y(cè)設(shè)好的CPIII網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)會(huì)在運(yùn)行過程中，受到天氣變化、梁體伸縮、二次載荷甚至是人為破壞等的干擾，出現(xiàn)測(cè)網(wǎng)失點(diǎn)的狀況。因此需要開展不定期巡查維護(hù)，發(fā)現(xiàn)破壞網(wǎng)點(diǎn)之后，要及時(shí)進(jìn)行重埋和重測(cè)，及時(shí)更新坐標(biāo)成果。測(cè)網(wǎng)正式使用時(shí)，也要與其他點(diǎn)進(jìn)行核校，對(duì)于間隔時(shí)間較長的點(diǎn)位，要科學(xué)組織復(fù)測(cè)。高速鐵路后續(xù)建造、鋪板、鋪軌的過程中，還需要加強(qiáng)對(duì)特殊結(jié)構(gòu)部位的分析，做好對(duì)應(yīng)點(diǎn)位CPIII網(wǎng)的復(fù)測(cè)工作，最大限度提升無砟軌道施工精度［5］。復(fù)測(cè)質(zhì)量也要有所保障，針對(duì)控制網(wǎng)精度，應(yīng)該先從統(tǒng)一平面和高程控制網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和精度、作業(yè)方法方面達(dá)到統(tǒng)一。同時(shí)在復(fù)測(cè)過程中還需選擇一致的設(shè)備和儀器進(jìn)行精密的復(fù)核工作。針對(duì)復(fù)測(cè)工作每年需要進(jìn)行一次全面復(fù)測(cè)。如果此項(xiàng)工作處于較為特殊的地質(zhì)條件下，各個(gè)區(qū)域還需針對(duì)地理變化作出復(fù)測(cè)分析。復(fù)測(cè)時(shí)使用的測(cè)量方法、精度指標(biāo)均要與原測(cè)方案保持一致，測(cè)量成果偏差不可過大。通常與原測(cè)成果保持3mm以內(nèi)的較差，相鄰點(diǎn)位之間，復(fù)測(cè)、原測(cè)坐標(biāo)增量較差也要控制在2mm以內(nèi)，若發(fā)生超限情況要及時(shí)進(jìn)行專項(xiàng)評(píng)估和判斷。

4 結(jié)語

綜上所述，高速鐵路軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量技術(shù)具有外業(yè)工作量大、點(diǎn)位分布密集等特征，實(shí)踐中務(wù)必要給予充分重視。要提前做好CPⅢ標(biāo)志的采購和檢驗(yàn)工作，按照作業(yè)指導(dǎo)書所述內(nèi)容調(diào)試設(shè)備儀器，科學(xué)開展精密軌道控制網(wǎng)的平面測(cè)量和高程測(cè)量工作，借助TSDI_HESADJ軟件提高內(nèi)業(yè)處理效率。同時(shí)還要認(rèn)識(shí)到CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)維護(hù)更新的重要性，要及時(shí)安排復(fù)測(cè)任務(wù)，為高速鐵路無砟軌道的建設(shè)和運(yùn)營提供強(qiáng)有力的保障。

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