津秦客专陡河2号特大桥轨道控制网(CPⅢ网)测量技术

2012-11-05隋欣

山西建筑 2012年34期

隋欣

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建福州 350014)

1 概述

1．1 津秦客专陡河2号特大桥工程简介

津秦铁路客运专线是华北地区连接东北地区的重要客运干线。其起始于直辖市天津，终点在沿海城市秦皇岛。陡河2号特大桥位于唐山市滦县境内，桥长为10．014 km。初始设计最高时速为380 km。陡河2号特大桥的轨道类型是CRTSⅡ板式无砟轨道，无砟轨道占全线总长度的100%。

无砟轨道满足行车安全，乘车舒适和准点行车的要求，具有结构连续，平顺，稳定，耐久和少维修等性能。轨道施工要保持精确的几何线性参数，精度控制达到毫米级。客运专线无砟轨道最终要达到的精度:

1)10 m弦长轨道高低偏差不大于2 mm，轨向偏差不大于2 mm;2)基长3 m扭曲偏差不大于2 mm，水平偏差不大于2 mm。

1．2 客运专线精密控制网

1)平面控制网。

平面控制网按高级到低级，逐级控制的原则进行布设。加密CPⅡ点由CPⅡ网同级扩展而得，与原CPⅡ网属同一级别，见表1。

2)水准控制网。

无砟轨道水准控制网以线路水准基点控制网为基础，分两级布设，CPⅢ建网前的加密水准网是按二等水准的技术标准同精度扩展而得，也属于首级控制范畴(见表2)。

表1 平面控制网概略

3)轨道控制网(CPⅢ网)。

轨道控制网是以CPⅠ，CPⅡ为平面控制基准，以水准基点为高程控制基准而建立起来的，为无砟轨道铺设和运营维护提供三维基准，是开展线上工程施工的基础。

表2 水准控制网概略

轨道控制网在线下施工竣工及沉降变形评估通过后进行建网。

1．3 客运专线轨道控制网测量的主要工作

1)高等级精测网的全面复测，包括CPⅠ，CPⅡ，线路水准基点;2)加密CPⅡ，加密二等水准点(传递高程的辅助点)，CPⅢ标志的检测及预埋;3)CPⅢ网平面及高程测量;4)CPⅢ网复测(高程和平面)。

1．4 测段的划分和衔接

无砟轨道测量精度要求高，测量与施工间隔不宜过长，再者无砟轨道施工工序多，且各个施工工序工作面开展时间也不尽相同，所以CPⅢ要分多个段落进行施测。按照要求CPⅢ网分段长度不宜小于4 km，相邻测段间应预留不少于6对CPⅢ点作为搭接区。根据陡河2号特大桥的实际情况，从连续里程DK150+921．58～DK160+900．97约10 km共分为3个测段。

2 精测网复测与加密

为了能精确控制无砟轨道的几何形态，满足高速铁路高标准，高精度的测量要求和对CPⅢ测量提供精准的闭合基准，在CPⅢ布网前必须对精密网进行复测。

2．1 精测网复测

2010年8月中铁三院对津秦线陡河2号特大桥的CPⅠ，CPⅡ和二等水准基点进行了复测，该成果是陡河2号特大桥CPⅢ网测量最重要基准资料。

2．2 CPⅡ加密

由于勘测阶段布设的CPⅡ控制网在位置，通视和布点密度等方面不能满足CPⅢ联测的需要。要对CPⅡ点进行同精度加密，确保线路两侧每600 m左右就有一个CPⅡ点，便于CPⅢ平面网的联测。陡河2号特大桥CPⅡ加密点采用“全部上桥”，点位选在桥梁双向固定支座上方的防撞墙顶，加密CPⅡ点采用与CPⅢ相同的预埋件，观测时采用连接螺丝与基座强制归心。测量方法为GPS法，选择使用CPⅠ和适当的CPⅡ点作为约束点，按评估段整段平差，精度指标满足C级GPS要求。评估段间衔接时至少要重叠一条边。

二等水准加密分三个步骤:第一步:引测，从水准基点到桥下高程传递点(辅助点)的引测，采用往返测量。第二步:三角高程传递，采用不量仪器高三角高程测量方法，如图1所示，三角高程测量的垂直角测量技术要求见表3。第三步:桥上二等水准加密点贯通测量，测量采用二等水准的技术指标，贯通测量线路中的二等水准加密点的个数不得少于3个，以便清楚发现高程传递中的粗差及对高程点间的兼容性进行分析。在三个步骤都满足精度要求的情况下，以二等水准基点和相邻段已加密二等水准点(有搭接时)为约束点进行整网平差，使水准网精度达到二等水准的要求。

3 CPⅢ 测量

3．1 CPⅢ 测量准备工作

3．1．1 CPⅢ点的布设及埋标

CPⅢ点应成对布设，每隔60 m左右布设一对，桥梁段CPⅢ主要布设在桥梁固定支座上方的防撞墙顶。CPⅢ布设高度大致等高，并应在设计轨道高程面0．3 m以上。

图1 三角高程传递示意图

表3 三角高程测量的垂直角测量技术要求

CPⅢ点标志由CPⅢ预埋件，棱镜测量杆和水准测量钉三部分组成，CPⅢ点标志为强制对中标志，对标志的制造精度，埋设精度都有严格的要求。

津秦客运专线CPⅢ点编号原则，编号采用千米数递增的方式，为避免长短链地段编号重复问题采用连续里程数编号，前3位采用连续里程的千米数，第4位正线部分为“3”，第5，6位为流水号，由小里程向大里程顺次编号，线路左侧的点使用01，03，05等单号;线路右侧的点使用02，04，06等双号。如155302，155表示DK155～DK156范围，02表示线路右侧第1个CPⅢ点。

3．1．2 测量仪器设备的准备

CPⅢ测量采用的仪器必须在标定有效期内，平面测量采用测角精度不大于1″，距离测量精度不大于±1 mm+2 ppm，具有自动目标搜索，自动照准，自动观测和数据自动记录功能的全站仪，水准测量采用每千米往返测中误差为±0．3 mm/km的天宝DINI03电子水准仪及其配套的铟瓦尺。观测棱镜统一采用高精度，相位中心稳定的Sinning棱镜。与CPⅡ加密点联测时应安装强制对中基座。另外平面测量时必须配置气压计，温度计，配套的温度计量测精度不低于±0．2℃，气压计量测精度不低于±0．5 hpa，以便准确对仪器进行气压和温度的改正。

3．1．3 CPⅢ观测数据处理软件

平面平差分为测站平差和数据平差。首先对CPⅢ测站数据预处理，采用“铁三院CPⅢ测站平差软件”进行长度高程改化，平差后生成．CALC文件，然后进行数据处理，处理采用“TSDI_HRSADJ精密工程测量平差处理系统”。CPⅢ处理距离进行两化改正。

水准平差采用“铁四院水准网数据处理软件”进行约束平差。CPⅢ数据处理软件必须是经铁道部认可的软件。

3．2 CPⅢ平面测量

CPⅢ平面测量采用自由设站边角交会的方法施测，每500 m～600 m与CPⅡ加密点进行联测。观测布网形式如图2～图5所示。

图2 标准站测量网形（每站测量6对CP Ⅲ 点，每站间距120m）

在CPⅢ平面测量中，每个CPⅢ点至少要保证连续观测3次以上。联测CPⅡ加密点时应至少在两个自由站上进行，有可能时应联测3次，联测距离不宜超过200 m。CPⅢ控制网水平方向应采用全圆方向观测法进行观测。技术要求见表4。

CPⅢ网是分段测量，测段间搭接测量应不少于6对CPⅢ点，搭接区不应位于连续梁，车站范围内，搭接区内6对CPⅢ点在前后测段独立平差的坐标较差不大于3 mm，满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差可采用本测段2对～3对CPⅢ点进行约束平差。平差后未约束的公共点在两个测段平差的坐标差值不宜大于1mm。

图3 与CPⅢ 加密点联测时测量网形

图4 CP Ⅲ 测段首尾观测网形（每站观测CP Ⅲ 点个数按照12，8，6的顺序）

图5 CP Ⅲ 测段间搭接区观测网形（预留6对CP Ⅲ 点用于搭接）

表4 CPⅢ平面网观测技术要求

对于CPⅢ平面数据平差处理，必须满足表5～表7的规定。

表5 CPⅢ平面网的主要技术指标

表6 CPⅢ平面自由网平差后的主要技术要求

表7 CPⅢ平面网平差后的主要技术要求

3．3 CPⅢ精密水准测量

CPⅢ网的高程测量采用环形观测法。CPⅢ水准网与二等水准加密点联测时，按照精密水准测量要求进行往返观测，在网的两端分别设置一个二等水准加密点进行联测。每个闭合环的四个高差均由两个测站独立完成(每个闭合环内应变化一次仪器高完成测量)，精密水准测量测站按照后→前→前→后和前→后→后→前的顺序测量，保证同一里程点对间高差应为相反方向。环形水准网如图6所示。

图6 CP Ⅲ 网精密水准测量环形观测法网形

两段水准网衔接时，前后区段独立平差重叠点高程差值应不大于±3 mm。满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差采用本测段搭接区连续2对CPⅢ高程成果进行约束平差。

CPⅢ精密水准测量要达到的精度指标如表8所示。

表8 精密水准测量的主要技术指标

4 CPⅢ网复测

4．1 CPⅢ网复测的意义

在使用CPⅢ成果进行施工前要对周围点进行校核。当间隔时间较长或对成果适用性产生怀疑时应查找原因并及时复测。在连续梁等特殊结构中，因受温度荷载变化容易产生变形，所以在施工时应采用实时复测，以保证施工精度。

轨道控制网(CPⅢ网)为无砟轨道施工提供测量基准，在底座板施工，轨道板精调，长钢轨静态调整以及运营维护阶段都要利用CPⅢ成果。但CPⅢ网会受到线下工程稳定性，梁体伸缩变形，梁上荷载变化，施工干扰等因素的影响，为满足不同阶段需要，必须通过复测来更新坐标成果。

4．2 CPⅢ网复测实施

陡河2号特大桥架梁完成和线下沉降观测评估通过后，遂对CPⅢ网进行建网测量和精调轨道板前的复测，其他阶段是施工情况组织施测。CPⅢ网的复测采用的观测方法，精度要求等应与原测相同。在陡河2号特大桥的CPⅢ网复测过程中，某些CPⅢ点特别是连续梁段由于受到各种因素的影响，平面往往不能满足“CPⅢ点复测和原测成果X，Y坐标较差不大于±3 mm，且相邻点的复测与原测坐标增量ΔX，ΔY较差不大于±2 mm”的要求。首先经过多次复测，确定数据采集不存在问题，然后分析数据处理过程，未发现有超限现象。考虑到保证整条线路的平顺性，点的兼容性等原因，全部采用复测成果用于施工。

在CPⅢ网的精密水准复测前应对线上二等水准加密点进行贯通检核，不满足二等水准要求时分析原因，利用线下的水准基点和二等水准加密点调整有变形或遭破坏重埋点的高程值，再进行CPⅢ网水准复测。在陡河2号特大桥的高程复测过程中所有段落都能满足“CPⅢ点复测与原测成果的高程较差不大于±3 mm，相邻点的复测与原测高差较差不大于±2 mm”的要求，所以全部采用复测成果进行后续施工。