郎建平,劉千文

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京 100018)

1 工程概況

武廣客運專線是加快我國鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的重點工程,具有線路里程長、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、投資規(guī)模大等特點。我集團(tuán)公司承擔(dān)施工的武廣客運專線 X X T JⅢ標(biāo)一單元工程項目,位于湖南省株洲市、湘潭市、株洲縣和湘潭縣境內(nèi),沿途經(jīng)過十二個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。施工范圍里程為:D K 1 592+585.18～D K 1 656+097.08,正線全長62.628 k m。該段概略地理坐標(biāo)為:東經(jīng) 112°53′～113°05′、北緯 27°26′～ 27°58′。地區(qū)植被繁茂,交通不便,雨季時間長,測量環(huán)境比較惡劣。

普通鐵路常規(guī)的控制測量基本上是以導(dǎo)線測量為主,外業(yè)觀測量小、內(nèi)業(yè)計算簡單,網(wǎng)型比較靈活自由,受控制點點間距離長度影響小。但其精度不能滿足無砟軌道施工和軌道精調(diào)要求。自由設(shè)站邊角交會對網(wǎng)形要求比較嚴(yán),控制點間距離必須控制在 60 m左右,最長不超過 70 m,其測量方法、觀測數(shù)據(jù)的檢驗、內(nèi)業(yè)計算等都有新的內(nèi)容。在武廣鐵路客運專線無砟軌道施工控制測量和軌道精調(diào)施工中,運用自由設(shè)站邊角交會法在 CPⅢ網(wǎng)控制測量中,取得了很好的效果。

2 CPⅡ控制點加密

為確保軌道施工質(zhì)量和控制全線施工線路中線的平順連接,為 CPⅢ控制網(wǎng)提供高精度的位置基準(zhǔn),必須對設(shè)計院提供的本標(biāo)段范圍內(nèi)的 CPI、CPⅡ控制點進(jìn)行全面的復(fù)測。同時,為建立 CPⅢ控制網(wǎng)和現(xiàn)場施工測量的需要,在線路兩側(cè)按每 500 m左右間距加密了一定數(shù)量的 CPⅡ平面控制點,相鄰標(biāo)段連接處,在 GPS觀測時兩端各延伸 2個 CPI點,以保證與相鄰標(biāo)段的平順連接。

CⅡ控制點復(fù)測與加密采用了 8臺高精度 GPS接收機同時作業(yè)的觀測模式,以提高 GPS觀測網(wǎng)形的圖形強度。網(wǎng)形以大地四邊形和中點多邊形為主,各時段以邊進(jìn)行連接,按線路里程順序把所有的大地四邊形、中點多邊形和各三角形聯(lián)成一個整體,作為平面控制網(wǎng)復(fù)測與加密的主網(wǎng)形。外業(yè)觀測數(shù)據(jù)均采用瑞士Le ica公司提供的網(wǎng)平差軟件 LGO自動地進(jìn)行基線矢量解算,并進(jìn)行基線解算質(zhì)量的分析、同步環(huán)和異步環(huán)的閉合差分析以及重復(fù)邊的基線較差分析,之后將所觀測的所有合格基線矢量疊加在一起,進(jìn)行 GPS網(wǎng)的整體平差。

經(jīng)過外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及其分析,其控制點數(shù)量和精度完全滿足 CPⅢ控制網(wǎng)測量要求。

3 CPⅢ控制網(wǎng)測量

3.1 CPⅢ控制網(wǎng)的布設(shè)

CPⅢ控制網(wǎng)的固定點沿線路布置在路基兩側(cè)的接觸網(wǎng)基座輔助立柱、橋梁防撞墻、隧道壁上,根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)情況,每隔 50～60 m布置一對點。在兩對點之間,相隔 100～120 m布置自由測站點,對前后各三對點(共 12個CPⅢ平面控制點)進(jìn)行邊角交會。這樣,每個 CPⅢ控制點有三個自由設(shè)站點的交會方向。CPⅢ平面控制網(wǎng)附合在 CPI、CPⅡ或加密的高級控制點上,約相隔 500～800 m在自由設(shè)站點上對附近的高級控制點進(jìn)行方向、邊長聯(lián)測,以傳遞坐標(biāo)和控制誤差積累。當(dāng)在自由設(shè)站點上不能直接觀測高級控制點時,可設(shè)輔助站點;當(dāng)布設(shè)自由設(shè)站點遇到特殊情況時,可隔 60 m加設(shè)一個測站點,在加站點上仍可觀測12個方向。當(dāng)在正常的兩個自由設(shè)站點之間加設(shè)一個測站點時,加站點上可只觀測 8個方向。正常的 CPⅢ控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖1所示。

圖1 CPⅢ控制網(wǎng)示意

3.2 CPⅢ測量標(biāo)志設(shè)計

CPⅢ控制網(wǎng)的相對精度要求較高,并且邊長較短,因此,測量標(biāo)志必須采用強制對中標(biāo)志。水平角觀測誤差主要來源于儀器誤差、目標(biāo)偏心誤差和外界條件的影響。按最短邊考慮,由測量標(biāo)志對中誤差引起的方向中誤差不大于觀測方向中誤差的(即2.5/來設(shè)計對中精度 mc,則

因此,測量標(biāo)志強制對中的誤差一般不應(yīng)大于0.2 mm,最大不超過 0.4 mm。

CPⅢ測量標(biāo)志聯(lián)結(jié)件采用固定套筒,直桿軸橫插形式(見圖2)。左邊是鑲?cè)雺w的固定套筒,中間是長軸,右邊是短軸。長軸用于測量高程,短軸則用于測量三維坐標(biāo),即無砟軌道放樣、粗調(diào)和精調(diào)測量。棱鏡采用原裝徠卡金屬框架棱鏡。

圖2 CPⅢ測量標(biāo)志聯(lián)結(jié)件

聯(lián)結(jié)件主要零件均采用 1C r 18N i 9不銹鋼的合金材料,具有防銹性能,可減小因溫差變化過大所引起的施工問題,適合用于野外露天作業(yè)。

路基地段的 CPⅢ點在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)(出露路肩 0.3 m)上布設(shè)永久輔助立柱,間距約 50 m左右設(shè)置標(biāo)志。立柱采用直徑 20 cm的鋼筋混凝土圓柱,高度 1.2～1.3 m。

在橋、隧邊墻及混凝土柱子上,每隔 60 m左右設(shè)置一對 CPⅢ標(biāo)志套筒,每一對標(biāo)志允許的最大里程差為 3 m。鉆孔采用直徑 20 cm鉆頭,深 8 cm,鉆孔時必須保證孔能大致水平。

3.3 CPⅢ控制網(wǎng)觀測

3.3.1 CPⅢ平面觀測

CPⅢ自由設(shè)站邊角交會是在自由設(shè)站點上對 CPⅢ點進(jìn)行方向和邊長觀測。觀測采用帶自動照準(zhǔn)功能的全站儀,其測角標(biāo)稱精度不低于 1″,測距標(biāo)稱精度不低于 2 mm+2 p p m。按測角中誤差和測回數(shù)統(tǒng)計,用全圓方向法觀測 2個測回可達(dá)到 3.5″測角中誤差的要求。觀測的技術(shù)要求:半測回歸零差不大于 6″,一測回中 2倍照準(zhǔn)差變動不大于 9″,同一方向值各測回較差不大于 6″,同一方向距離值各測回較差不大于 3 mm。

CPⅢ在一個測站上觀測方向一般為 12個,為減少外界對觀測的影響,可進(jìn)行分組觀測。為減少氣象條件對觀測的影響,一般選擇在夜間觀測比較適宜。

為保證每次測量時同一個點使用同一個棱鏡,應(yīng)對測量需要的 12個棱鏡進(jìn)行編號 1～12,并對每個 CPⅢ點使用的棱鏡號和連接器進(jìn)行記錄。

在自由站上測量 CPⅢ同時,應(yīng)將靠近線路的 CPI點及全部 CPⅡ點進(jìn)行聯(lián)測,納入網(wǎng)中。C PⅠ/CPⅡ點應(yīng)至少在三個自由站上進(jìn)行聯(lián)測,每段 CPⅢ測量必須起閉與 CPI/CPⅡ,聯(lián)測長度應(yīng)控制在150 m之內(nèi)。當(dāng)受觀測條件限制,只能有一個自由站點和C PⅠ/CPⅡ通視時,應(yīng)設(shè)置輔助點。

根據(jù)線下構(gòu)筑物施工實際情況,CPⅢ控制網(wǎng)必須按分段觀測、分段計算,分段長度一般為 4 k m左右。在分段觀測連接處應(yīng)有三條邊 8個 CPⅢ控制點作為公共點進(jìn)行觀測,如圖3所示。

3.3.2 CPⅢ高程觀測

CPⅢ控制網(wǎng)點與點之間的水準(zhǔn)路線,采用如圖4所示的水準(zhǔn)路線形式進(jìn)行觀測,每相鄰的四個 CPⅢ點之間均構(gòu)成一個閉合環(huán),以保證觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

CPⅢ控制點水準(zhǔn)測量應(yīng)按精密水準(zhǔn)測量的要求施測。CPⅢ控制點高程測量工作應(yīng)在 CPⅢ平面測量完成后進(jìn)行,并起閉于二等水準(zhǔn)基點,且每一測段應(yīng)至少與 3個二等水準(zhǔn)點進(jìn)行聯(lián)測,形成檢核。

圖3 分段觀測連接處

圖4 CPⅢ高程觀測線路示意

精密水準(zhǔn)測量采用滿足精度要求的電子水準(zhǔn)儀(電子水準(zhǔn)儀每千米水準(zhǔn)測量高差中誤差為 ±0.3 mm),配套因瓦尺。使用儀器設(shè)備應(yīng)在鑒定期內(nèi),有效期為一年。每年必須對測量儀器精確度進(jìn)行一次校準(zhǔn),每天使用儀器前,根據(jù)自帶的軟件對儀器進(jìn)行檢驗和校準(zhǔn)。

4 CPⅢ控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

在自由設(shè)站 CPⅢ控制網(wǎng)測量中,測量時使用與全站儀能自動記錄及計算的專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)記錄。手工校驗的修正參數(shù),必須記錄在案。

CPⅢ控制網(wǎng)的平面數(shù)據(jù)處理采用鐵二院與西南交大聯(lián)合開發(fā)的 CPⅢ數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理,處理結(jié)果不能滿足所要求的精度指標(biāo)時,應(yīng)進(jìn)行返工測量。各項精度要求如下:

1)約束平差坐標(biāo)及其精度 M X(mm)、M Y(mm)＜1;

2)約束網(wǎng) CPⅢ點間方位角、邊長及其相對精度 E(mm)、F(mm)平方和的平方根 ＜1;

3)兩期獨立測量成果坐標(biāo)較差 ΔX(mm)、ΔY(mm)均 ＜3 mm。

CPⅢ控制點高程數(shù)據(jù)處理同樣采用鐵二院與西南交大聯(lián)合開發(fā)的專業(yè) CPⅢ數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理,平差時計算取位按精密水準(zhǔn)測量的規(guī)定執(zhí)行。

5 結(jié)語

無砟軌道是鐵路客運專線施工的核心,而 CPⅢ控制網(wǎng)是鋪設(shè)無砟軌道和軌道精調(diào)的關(guān)健。CPⅢ控制網(wǎng)測量必須以 CPI、CPⅡ作為基礎(chǔ),要保證 CPⅢ控制網(wǎng)測量精度,首先要保證 CPI、CPⅡ控制點的精度。線下施工時 CPI、CPⅡ點點間距過長,且 CPⅡ只需滿足線下施工精度要求。而 CPI一般在 4 k m左右一對,不能滿足 CPⅢ測量需要,這就需要加密 CPⅡ,同時,對設(shè)計院提供的 CPI、CPⅡ進(jìn)行復(fù)測。CPⅢ控制測量雖然是以 CPI、CPⅡ為基礎(chǔ),但 CPⅢ控制點間距離過短,用導(dǎo)線測量方法無法保證其高精度。我們采用自由設(shè)站邊角交會測量方法,解決了 CPⅢ控制網(wǎng)測量的精度問題,保證了無砟軌道施工精度和軌道的高平順度。

[1]李青岳.工程測量學(xué)[M].北京:測繪出版社,1984.