孫繼成

(中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽合肥 230011)

1 概述

滬寧城際鐵路位于長(zhǎng)三角地區(qū)，經(jīng)由上海、昆山、蘇州、無(wú)錫、常州、丹陽(yáng)、鎮(zhèn)江至南京，全長(zhǎng)301雙線公里，軌道設(shè)計(jì)為CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道。滬寧城際鐵路無(wú)砟軌道施組工期極為緊張，無(wú)砟軌道鋪設(shè)時(shí)間平均約為2個(gè)月左右，鋪軌完成后即開始聯(lián)調(diào)聯(lián)試。鋼軌精調(diào)工作只能利用鋪軌運(yùn)輸間隙與其他專業(yè)施工并行開展施工，時(shí)間僅有20d左右。在如此短的工期內(nèi)，按原引進(jìn)的施工技術(shù)方案將難以完成按期開通運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)要求。為了滿足滬寧線整體施工需要，借鑒CRTSⅡ型板精調(diào)控制方法，提出引入軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)作為軌道板精調(diào)控制和鋼軌精調(diào)控制基準(zhǔn)的測(cè)控體系。

2 現(xiàn)狀調(diào)查與研究目標(biāo)

傳統(tǒng)CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道施工測(cè)量中，首先利用既有的CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)和二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)建立CPⅢ控制網(wǎng)，然后在施工完成的凸形擋臺(tái)上沿線路中線方向設(shè)置加密基樁和基準(zhǔn)器。加密基樁和基準(zhǔn)器依據(jù)相鄰CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行加密，逐一測(cè)定其位置和高程后控制其垂直于線路中線方向的限差合格后并標(biāo)定點(diǎn)位。加密基樁和基準(zhǔn)器測(cè)設(shè)完成后，作為控制基準(zhǔn)進(jìn)行軌道板的鋪設(shè)及調(diào)整定位。

采用傳統(tǒng)CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道施工工藝，在軌道板精調(diào)時(shí)需使用專用三角規(guī)進(jìn)行測(cè)量，軌道板控制范圍較小且采用水準(zhǔn)氣泡控制，精度控制有限，鋪設(shè)完成的軌道板精度只能實(shí)現(xiàn)軌道板結(jié)構(gòu)的大致平順，無(wú)砟軌道精調(diào)工作集中到鋪軌完成后。在鋼軌精調(diào)階段，由于加密基樁和基準(zhǔn)器為一次性使用，鋪軌后的軌道精調(diào)只能以CPⅢ控制網(wǎng)為起算控制網(wǎng)通過(guò)全站儀任意架站定位，逐承軌點(diǎn)測(cè)量鋼軌絕對(duì)坐標(biāo)并固定鋼軌位置，即絕對(duì)定位階段。在此基礎(chǔ)上再對(duì)各承軌點(diǎn)進(jìn)行平順性調(diào)整，即相對(duì)調(diào)整階段。此過(guò)程全站儀設(shè)站繁瑣，承軌點(diǎn)測(cè)量工作量大，作業(yè)效率低，需要較長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間多次調(diào)整才能滿足聯(lián)調(diào)聯(lián)試的條件。

而滬寧城際鐵路無(wú)砟軌道施工工期極為緊張，鋼軌精調(diào)只能利用鋪軌時(shí)間與鋼軌鋪設(shè)交叉進(jìn)行。為了保證全線按期開通目標(biāo)要求，需要系統(tǒng)地優(yōu)化無(wú)砟軌道施工測(cè)量方案，減少軌道鋪設(shè)完成后鋼軌精調(diào)工作量和作業(yè)時(shí)間。為此，借鑒CRTSⅡ型板無(wú)砟軌道測(cè)量方法，提出了優(yōu)化滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道測(cè)控網(wǎng)體系的研究目標(biāo):

①在CPⅢ控制網(wǎng)下增設(shè)控制點(diǎn)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)，并提出測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方法。

②結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證引入軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)進(jìn)行CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道施工的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3 研究和應(yīng)用

3.1 資料收集

查閱了CRTSⅠ、Ⅱ型板式無(wú)砟軌道的設(shè)計(jì)和施工測(cè)量方案，收集了京津城際鐵路關(guān)于CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道GRP點(diǎn)測(cè)量作業(yè)方法等技術(shù)資料。

3.2 理論分析和測(cè)設(shè)方案

結(jié)合滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道特點(diǎn)，借鑒CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道中GRP點(diǎn)的測(cè)量方法，分析研究CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道中GRP點(diǎn)的點(diǎn)位埋設(shè)、外業(yè)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和平差方法以及精度控制指標(biāo)，提出滿足滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道施工要求的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)測(cè)量方案。

(1)GRP點(diǎn)定義

CRTSⅠ型板無(wú)砟軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)，布設(shè)于凸形擋臺(tái)中心處，一般每隔一塊軌道板設(shè)一處，通過(guò)CPⅢ網(wǎng)測(cè)定其三維坐標(biāo)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)將直接用于軌道板精調(diào)和后期的軌道精調(diào)，具有以下特點(diǎn):

①沿軌道軸線布設(shè)，近似直線導(dǎo)線。依據(jù)CPⅢ點(diǎn)，粗略放樣GRP點(diǎn)，然后精確測(cè)定。

②左、右線分開布設(shè)，以提高軌道的橫向精度。

③平面和高程分開測(cè)定，以提高高程的精度。

④相鄰點(diǎn)間平面精度0.2 mm，相鄰點(diǎn)高差精度0.1 mm。

(2)GRP點(diǎn)作業(yè)流程

GRP點(diǎn)以已測(cè)設(shè)完成的CPⅢ控制網(wǎng)為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，其主要作業(yè)流程如下:

①GRP點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算。

②GRP點(diǎn)初放樣。

③GRP點(diǎn)埋設(shè)。

④GRP點(diǎn)平面測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。

⑤GRP點(diǎn)高程測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。

⑥成果輸出。

(3)GRP點(diǎn)埋設(shè)

在GRP點(diǎn)初放樣后，按要求對(duì)GRP點(diǎn)進(jìn)行埋設(shè)，考慮到軌道板精調(diào)的需要，滬寧城際鐵路GRP點(diǎn)設(shè)于凸形擋臺(tái)中心，按每5 m(CRTSⅠ型軌道板的長(zhǎng)度)布設(shè)一個(gè)，左、右線分別布設(shè)，埋設(shè)位置偏離放樣點(diǎn)位置不大于5 mm。標(biāo)志的埋設(shè)分別為以下兩種情況:

①對(duì)于底座板施工完成后隨即進(jìn)行凸形擋臺(tái)的情況(如直線段)，可在GRP點(diǎn)放樣點(diǎn)的位置上鉆孔，預(yù)埋如圖1所示的GRP點(diǎn)基標(biāo)釘，并用黏合劑錨固。

②對(duì)于軌道板精調(diào)后施工凸形擋臺(tái)的情況(如曲線段)，在底座板施工時(shí)，在放樣點(diǎn)位置上預(yù)埋如圖2所示的鋼棒型GRP點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)，其鋼棒直徑為30 mm。

(4)GRP點(diǎn)的編號(hào)

GRP點(diǎn)的編號(hào)分左右線分別進(jìn)行，沿線路里程增加方向編號(hào)，統(tǒng)一為七位。具體規(guī)則為:L(左線)/R(右線)+×××(里程整公里數(shù))+×××(該公里段GRP點(diǎn)序號(hào))。

圖1 GRP點(diǎn)基標(biāo)釘

圖2 鋼棒型GRP點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)

3.3 GRP點(diǎn)的測(cè)量與數(shù)據(jù)處理

GRP點(diǎn)三維坐標(biāo)的測(cè)量，采用平面和高程分開施測(cè)的方法進(jìn)行。相鄰GRP點(diǎn)之間的平面和高程相對(duì)精度滿足表1要求。

表1 相鄰GRP點(diǎn)間相對(duì)精度要求

(1)GRP點(diǎn)的平面測(cè)量

GRP點(diǎn)平面測(cè)量外業(yè)觀測(cè)滿足下列要求:

①全站儀設(shè)站點(diǎn)盡量靠近GRP點(diǎn)的連線方向。

②左、右線GRP點(diǎn)的測(cè)量，分別設(shè)站觀測(cè)。

③同一測(cè)站觀測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)不少于4對(duì)，觀測(cè)的GRP點(diǎn)宜為10～14個(gè)(可視天氣情況作相應(yīng)調(diào)整)，其中包括與上一個(gè)測(cè)站搭接的5個(gè)GRP點(diǎn)。

④同一測(cè)站每個(gè)測(cè)回GRP點(diǎn)觀測(cè)都由遠(yuǎn)及近依次進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)完畢后沿GRP觀測(cè)順序進(jìn)行搬站，即后退式搬站。

⑤每一測(cè)站重復(fù)觀測(cè)上一測(cè)站的CPⅢ控制點(diǎn)不少于2對(duì)，重復(fù)觀測(cè)上一測(cè)站觀測(cè)的GRP點(diǎn)不少于5個(gè)。

以左線測(cè)量為例，GRP點(diǎn)平面測(cè)量的方法示意如圖3所示，右線測(cè)量與左線類似。

圖3 GRP點(diǎn)平面測(cè)量方法示意(左線)

(2)平面數(shù)據(jù)處理

GRP點(diǎn)平面測(cè)量的數(shù)據(jù)處理，采取約束聯(lián)測(cè)的CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)的方法進(jìn)行平差計(jì)算。以本站聯(lián)測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)和各GRP點(diǎn)坐標(biāo)的均值作為觀測(cè)值，利用本站聯(lián)測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)作為起始值，采用平差的方法求解CPⅢ控制點(diǎn)兩套坐標(biāo)(線路獨(dú)立坐標(biāo)系和測(cè)站站心坐標(biāo)系)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，再根據(jù)得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)對(duì)各GRP點(diǎn)的坐標(biāo)均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(3)GRP點(diǎn)的高程測(cè)量

為保證GRP點(diǎn)高程測(cè)量的精度，GRP點(diǎn)高程測(cè)量采用高精度電子水準(zhǔn)儀和一把配套條碼水準(zhǔn)尺施測(cè)，施測(cè)時(shí)采用附合水準(zhǔn)路線和中視法支水準(zhǔn)測(cè)量路線相結(jié)合的方法進(jìn)行。

水準(zhǔn)儀設(shè)站點(diǎn)盡量位于相鄰兩個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)之間，每一測(cè)站要求如表2所示。

表2 GRP點(diǎn)高程測(cè)量主要技術(shù)要求

左右線GRP點(diǎn)高程分別測(cè)量。

每300 m左右與線路同側(cè)穩(wěn)定的CPⅢ控制點(diǎn)閉合一次;同一測(cè)段進(jìn)行往返測(cè)。

同一測(cè)段內(nèi)左線(或右線)其余CPⅢ控制點(diǎn)均作為轉(zhuǎn)點(diǎn)，用于對(duì)高程測(cè)量成果進(jìn)行檢核，測(cè)段內(nèi)所有GRP點(diǎn)均作為中視點(diǎn)。

同一測(cè)段不需重復(fù)測(cè)量GRP點(diǎn)。

不同測(cè)段間重復(fù)觀測(cè)的GRP點(diǎn)不少于3個(gè)，在橋上作業(yè)時(shí)搭接點(diǎn)盡量預(yù)留在每孔梁的固定端。

以左線往測(cè)為例，GRP點(diǎn)高程測(cè)量的方法示意如圖4所示，左線返測(cè)與右線測(cè)量均與此類似。

(4)高程數(shù)據(jù)處理

往測(cè)水準(zhǔn)路線閉合差滿足要求后，先對(duì)作為轉(zhuǎn)點(diǎn)的CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，得到各轉(zhuǎn)點(diǎn)處CPⅢ控制點(diǎn)的高程，再據(jù)此計(jì)算各中視GRP點(diǎn)的往測(cè)高程。返測(cè)水準(zhǔn)路線閉合差滿足要求后，也是先對(duì)作為轉(zhuǎn)點(diǎn)的CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，得到各轉(zhuǎn)點(diǎn)處CPⅢ控制點(diǎn)的高程，再據(jù)此計(jì)算各中視GRP點(diǎn)的返測(cè)高程。最后取所有GRP點(diǎn)的往返測(cè)高程的均值作為本測(cè)站GRP點(diǎn)的采用高程。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

(1)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

依托滬寧城際先導(dǎo)段，以測(cè)設(shè)完成的GRP點(diǎn)為控制基準(zhǔn)進(jìn)行軌道板精調(diào)，安裝扣件并鋪設(shè)鋼軌，然后分別以GRP點(diǎn)和CPⅢ點(diǎn)為基礎(chǔ)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼軌靜態(tài)檢測(cè)，檢核鋼軌鋪設(shè)后的軌道幾何狀態(tài)以及GRP點(diǎn)在軌道靜態(tài)檢測(cè)中的測(cè)量效率和測(cè)量精度?，F(xiàn)場(chǎng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

表3 基于GRP點(diǎn)軌道靜態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)

由以上軌道靜態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)表可知:

①鋪設(shè)后的鋼軌平面和高程絕對(duì)精度合格率達(dá)到100%，每個(gè)扣件節(jié)點(diǎn)處的鋼軌幾何狀態(tài)基本精準(zhǔn)。

②鋪設(shè)后的鋼軌軌向長(zhǎng)波(150 m弦)以及高低長(zhǎng)波(150 m弦)合格率達(dá)到100%;軌向短波(10 m弦)合格率97.13%，最大偏差4.1 mm;高低短波(10 m弦)合格率在99%左右，最大偏差2.6 mm;鋼軌相對(duì)精度基本合格，只有少部分扣件需調(diào)整。

③采用GRP點(diǎn)進(jìn)行軌道靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果與采用CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行軌道檢測(cè)結(jié)果基本一致，但在絕對(duì)精度和相對(duì)精度上都較好。

表4 基于CPⅢ控制網(wǎng)軌道靜態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)

④采用GRP點(diǎn)進(jìn)行軌道靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果與采用CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行軌道檢測(cè)結(jié)果中平面較差差別較大，最大較差4.5 mm。

(2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可見，利用測(cè)設(shè)完成的高精度的GRP點(diǎn)進(jìn)行軌道板精調(diào)，能夠較好地控制鋪軌后的軌道精度，保證鋼軌扣件節(jié)點(diǎn)處的幾何狀態(tài)能夠滿足絕對(duì)定位要求，使鋼軌精調(diào)直接進(jìn)入相對(duì)調(diào)整階段。同時(shí)，鋼軌的相對(duì)平順性也基本合格，只需進(jìn)行少量的軌道調(diào)整，極大地減少了后期的鋼軌精調(diào)工作量。

采用GRP點(diǎn)進(jìn)行軌道檢測(cè)和精調(diào)時(shí)，儀器在測(cè)設(shè)完成的GRP點(diǎn)上強(qiáng)制對(duì)中設(shè)站后開始測(cè)量，一方面可以減少傳統(tǒng)方法中的CPⅢ網(wǎng)自由設(shè)站的設(shè)站誤差，提高測(cè)站間的相對(duì)精度，保證檢測(cè)成果能夠更準(zhǔn)確地反映軌道的真實(shí)狀態(tài);另一方面軌道調(diào)整與軌道板調(diào)整采用的控制數(shù)據(jù)都為GRP點(diǎn)，保證了控制數(shù)據(jù)的一致性，提高了鋼軌靜態(tài)檢測(cè)軌向、高低等平順性控制質(zhì)量。

4 結(jié)論

我國(guó)鐵路建設(shè)正逐步進(jìn)入高速鐵路建設(shè)時(shí)期，為了滿足高速鐵路建設(shè)“高速度、高平順性、高舒適度”的需要，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和國(guó)內(nèi)成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，必須要堅(jiān)持走“消化，吸收，再創(chuàng)新”的道路，針對(duì)不同的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行無(wú)砟軌道施工工藝優(yōu)化和創(chuàng)新。在滬寧城際鐵路建設(shè)中，通過(guò)引入 GRP測(cè)量點(diǎn)，在保留CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道的施工方便簡(jiǎn)捷、成本低的前提下，又進(jìn)一步提高了軌道板的施工控制精度以及后期軌道靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。一方面保證了鋪軌后鋼軌扣件節(jié)點(diǎn)處的幾何狀態(tài)能夠滿足絕對(duì)定位要求，另一方面減少了后期鋼軌精調(diào)工作量，從而為在短時(shí)間內(nèi)完成軌道幾何狀態(tài)精調(diào)施工并提供聯(lián)調(diào)聯(lián)試條件打下了基礎(chǔ)。

[1]TB10601—2009 高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S］

[2]鐵建設(shè)函[2009］674號(hào) 高速鐵路無(wú)砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南[S］

[3]張正祿，等.工程測(cè)量學(xué)[M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

[4]朱 穎.客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路工程測(cè)量技術(shù)[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009