徐順明 陳雪豐

(1.廣州市地下鐵道總公司 廣州 510380;2.武漢大學(xué)測繪學(xué)院 武漢 430079)

城市軌道交通工程鋪軌施工測量技術(shù)與方法

徐順明1，2陳雪豐2

(1.廣州市地下鐵道總公司 廣州 510380;2.武漢大學(xué)測繪學(xué)院 武漢 430079)

以廣州地鐵3號線北延段為例，闡述鋪軌基標(biāo)施工測量內(nèi)、外業(yè)工作的重要步驟，介紹所采用的高精度測量儀器、有效的測量方法和保證測量精度的措施。結(jié)果表明，可以保證鋪軌工程測量精度滿足設(shè)計要求，得出鋪軌測量的有益結(jié)論與建議。

城市軌道交通;鋪軌基標(biāo);測量

軌道交通工程土建施工結(jié)束后往往會有調(diào)線調(diào)坡設(shè)計環(huán)節(jié)，主要用來調(diào)整土建施工引起的偏差，而軌道工程中測量偏差是無法通過后續(xù)工序來消化和彌補的，造成輕則工程返工、重則報廢的問題，即使細小偏差也會給軌道安全帶來永久性的影響;同時，城市軌道交通安全、平穩(wěn)、舒適性的要求和新工藝性技術(shù)在軌道建設(shè)工程中的運用，對鋪軌施工測量工作提出了較高要求。由于地下鐵道的軌道結(jié)構(gòu)采用混凝土整體道床，軌道工程一次定位，幾乎不能再調(diào)整，所以精確地測設(shè)鋪軌基標(biāo)是保證軌道工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 工程概況

廣州軌道交通3號線北延段是廣州北部地區(qū)第一條軌道交通線路，構(gòu)建了從新機場連接市區(qū)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速交通走廊，是2010年舉辦第16屆廣州亞運會承諾的軌道交通線路之一。從3號線的廣州東站向北延伸至機場北站全長30.9 km，共設(shè)12個車站，設(shè)計最高行車速度為120 km/h，全部為地下線。土建工程采用24臺盾構(gòu)機施工，軌道工程分A、B標(biāo)段，A標(biāo)段采用60 kg/m鋼軌，9號道岔4.6 m間距交叉渡線道岔組合1組，9號單開道岔6組，分別位于同和站、嘉禾站;B標(biāo)段有兩組9號單開道岔5.0 m間距交叉渡線，交叉渡線由4組單開道岔、2組銳角轍叉和2組鈍角轍叉組成的菱形交叉線組成，全部為地下整體道床。工程總投資108億元，已于2010年10月30日開通運營。

2 組織架構(gòu)與儀器設(shè)備

2.1 組織架構(gòu)

在項目工程部組織和指導(dǎo)下，測量工作由工程部管理。按1 km為一個測設(shè)單元，一個作業(yè)面需要12人組織作業(yè)。全過程分為平面組和高程組:平面組8人，主要擔(dān)任導(dǎo)線復(fù)測、平差，控制基標(biāo)的布設(shè)、放樣、平差;高程組4人，主要負(fù)責(zé)水準(zhǔn)復(fù)測、基標(biāo)高程的調(diào)校、基標(biāo)最終使用時的技術(shù)交底。

2.2 測量儀器設(shè)備

主要測量儀器設(shè)備見表1。

表1 主要測量儀器設(shè)備

3 測量作業(yè)內(nèi)容

3.1 測量作業(yè)流程

測量作業(yè)流程見圖1。

圖1 測量作業(yè)流程

3.2 控制點的交接和復(fù)測

地下鐵道隧道結(jié)構(gòu)的中線方向、里程、高程等均是由地面引入，為保證隧道內(nèi)的鋪軌精度，要求鋪軌前應(yīng)全面對其檢測，通過貫通測量后，對施工控制點進行統(tǒng)一的調(diào)整和平差后再設(shè)置基標(biāo)，以保證基標(biāo)的精度。

鋪軌基標(biāo)的測設(shè)依據(jù)為業(yè)主提供的聯(lián)測施工導(dǎo)線點，測量人員持交樁表逐樁核對、交接確認(rèn)。使用經(jīng)過有關(guān)部門檢測合格的全站儀和精密水準(zhǔn)儀，對交接的導(dǎo)線點進行復(fù)核聯(lián)測。

復(fù)測前根據(jù)已有點位資料計算轉(zhuǎn)折角、邊長、高差，在現(xiàn)場與實測結(jié)果相比較，以業(yè)主所提供點位資料的前兩個施工控制點和最后兩個施工控制點作為已知點進行嚴(yán)密平差。如若平差結(jié)果滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》規(guī)定的精度，即可利用該導(dǎo)線點測設(shè)鋪軌控制基標(biāo)。復(fù)核聯(lián)測應(yīng)滿足以下要求:

1)平面測量精度要求。①控制點導(dǎo)線測量應(yīng)采用Ⅱ級或以上全站儀左右角各測兩測回，左右角平均值之和與360°較差小于6″，導(dǎo)線邊長測量往返各測兩測回，測回間較差應(yīng)小于5 mm，往返測平均值較差應(yīng)小于4 mm;②數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用嚴(yán)密平差計算，各相鄰點間縱、橫向中誤差限值:直線段，縱向為±10 mm，橫向為±5 mm;曲線段，縱向為±5 mm，曲線段小于60 m時橫向為±3 mm，大于60 m時橫向為±5 mm;③在直線上其與180°較差不應(yīng)大于8″，曲線折角與相應(yīng)的設(shè)計較差，中線小于60 m時不應(yīng)大于20″，點間距大于60 m時應(yīng)不大于15″。

表2 水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求 m

3.3 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的內(nèi)業(yè)工作

3.3.1 鋪軌基標(biāo)測設(shè)位置的確定

根據(jù)鋪軌綜合設(shè)計圖，利用調(diào)整好的施工控制導(dǎo)線點和水準(zhǔn)點測設(shè)鋪軌基標(biāo)。鋪軌基標(biāo)測設(shè)時，應(yīng)首先測設(shè)控制基標(biāo)，而后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)和道岔基標(biāo)?？刂苹鶚?biāo)在直線線路每120 m設(shè)置1個，曲線線路除曲線元素點設(shè)置控制基標(biāo)外，還應(yīng)每60 m設(shè)置1個。直線線路設(shè)置在線路中線的右側(cè)，曲線線路設(shè)置在線路外股一側(cè)，道岔鋪軌基標(biāo)一般設(shè)置在直股和曲股的兩側(cè)。加密基標(biāo)在直線線路每6 m設(shè)置1個、曲線線路每5 m設(shè)置1個，加密基標(biāo)在直線、曲線、道岔均設(shè)置在線路外側(cè)。

3.3.2 鋪軌基標(biāo)坐標(biāo)及高程的計算

為滿足實際需要，采用統(tǒng)一坐標(biāo)系下不受線性限制的復(fù)合辛普森公式作為計算鋪軌基標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，在設(shè)有豎曲線地段采用不受坡度和半徑大小影響的嚴(yán)密公式作為計算豎曲線高程的數(shù)學(xué)模型，并以此編寫程序計算鋪軌基標(biāo)的坐標(biāo)和高程。

3.4 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的外業(yè)工作

3.4.1 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的基本原則

由于地鐵施工時車站控制點一般從地面直接投測，精度比較高，加之車站線路一般為直線，線路與站臺間距限差要求較高，不宜在車站進行線路調(diào)整。因此在基標(biāo)測設(shè)中，堅持“車站不動，調(diào)整區(qū)間”的原則，以“兩站一區(qū)間”為鋪軌單位，進行鋪軌基標(biāo)測設(shè)。

3.4.2 鋪軌基標(biāo)的布置

根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)類型和施工需要，控制基標(biāo)與加密基標(biāo)具體布置主要按坐標(biāo)實測法進行測設(shè)。鋪軌控制基標(biāo)(銅制基標(biāo))和加密基標(biāo)(普通基標(biāo))設(shè)置在結(jié)構(gòu)底板上，首先在結(jié)構(gòu)底板進行鉆孔植筋，包封混凝土，埋設(shè)控制基標(biāo)，然后采用實測法進行測量，并計算數(shù)據(jù)。用紅油漆在地面標(biāo)明其點位且在側(cè)墻上標(biāo)識出相應(yīng)的里程，同時采用全站儀三角高程法測定點位高程，以此對軌道設(shè)計高程、方向相比較計算出基標(biāo)樁與軌頂?shù)母卟詈偷戒撥墐?nèi)側(cè)的距離，達到調(diào)整軌道的目的，基標(biāo)結(jié)構(gòu)和布置見圖2、圖3。

3.4.3 控制基標(biāo)的測設(shè)

圖3 整體道床控制基標(biāo)設(shè)置

由于3號線北延段隧道是以車站和區(qū)間分段施工，所以測量控制基標(biāo)也要分段分批測放。鋪軌控制基標(biāo)的測設(shè)是以“兩站一區(qū)間”為測設(shè)單位，主要采用全站儀坐標(biāo)實測法(見圖4)?？刂苹鶚?biāo)的測設(shè)精度直接影響加密基標(biāo)的測設(shè)精度，故放樣控制基標(biāo)應(yīng)注意:每放樣一個控制基標(biāo)，必須進行儀器歸零檢核，歸零誤差應(yīng)在限差之內(nèi)，否則重新放樣。計)，角度與邊長不能滿足限差要求時，則應(yīng)重新進行調(diào)線測量，直至滿足要求為止。

圖4 控制基標(biāo)布置

控制基標(biāo)埋設(shè)完成后，應(yīng)對其進行檢測，檢測內(nèi)容、方法與各項限差需滿足:檢測控制基標(biāo)間夾角時，其左、右角各測兩測回，左右角平均值之和與360°較差應(yīng)小于6″，距離往返觀測各兩測回，測回較差及往返較差應(yīng)小于5 mm;直線段控制基標(biāo)間的夾角與180°較差應(yīng)小于8″，實測距離與設(shè)計距離較差應(yīng)小于10 mm，曲線段控制基標(biāo)間夾角與設(shè)計值較差計算出的線路橫向偏差應(yīng)小于2 mm;在地下施工控制水準(zhǔn)點間，應(yīng)布設(shè)附和水準(zhǔn)路線測定每個控制基標(biāo)的高程，其實測值與設(shè)計值較差應(yīng)小于2 mm。

3.4.4 加密基標(biāo)的測設(shè)

由于一條線路將埋設(shè)大量的鋪軌基標(biāo)，因此測設(shè)鋪軌基標(biāo)時必須采用分段控制、中間加密的方法，即先測設(shè)控制基標(biāo)，然后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)。加密基標(biāo)測設(shè)時等距不等高，只是其測設(shè)依據(jù)為已經(jīng)精確測設(shè)的控制基標(biāo)。以控制基標(biāo)間的方向，按加密基標(biāo)的里程，在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)。加密基標(biāo)的高程依據(jù)控制基標(biāo)高程用精密水準(zhǔn)儀測定。

直線每6 m一個加密基標(biāo)平面位置和高程測定的限差符合下列要求:

縱向，相鄰基標(biāo)間縱向距離誤差為5 mm;橫向，加密基標(biāo)偏離兩控制基標(biāo)間方向線距離為±2 mm;高程，相鄰加密基標(biāo)實測高差與設(shè)計高差較差不應(yīng)大于1 mm，每個加密基標(biāo)的實測高程與設(shè)計高程不應(yīng)大于2 mm。

曲線每5 m一個加密基標(biāo)平面位置和高程測定的限差應(yīng)符合下列要求:

縱向，曲線加密基標(biāo)間縱向距離允許誤差為±5 mm;橫向:加密基標(biāo)相對于控制基標(biāo)的橫向偏距不應(yīng)大于2 mm;高程，相鄰加密基標(biāo)實測高差與設(shè)計高差較差不應(yīng)大于1 mm，每個加密基標(biāo)的實測高程與設(shè)計高程不應(yīng)大于2 mm。

3.4.5 道岔基標(biāo)的測設(shè)

地鐵線路道岔有單開道岔、交叉渡線道岔組合，對這些道岔的鋪軌基標(biāo)測設(shè)應(yīng)根據(jù)道岔鋪軌基標(biāo)圖進行。測設(shè)時可先對道岔的岔心、交點、主線和側(cè)線進行測設(shè)，然后根據(jù)鋪軌基標(biāo)與上述各線路中線和交點的關(guān)系，利用控制基標(biāo)直接測設(shè)，同樣以精密水準(zhǔn)測量方法確定其高程。

岔區(qū)基標(biāo)一般測設(shè)在線路一側(cè)(見圖5)，但各種類型道岔的控制和加密基標(biāo)位置各異，而且它的位置

鋪軌控制基標(biāo)的測設(shè)包括3個步驟:①根據(jù)現(xiàn)場方便施工需要，采用全站儀坐標(biāo)實測法測設(shè)控制基標(biāo)，精度滿足施工要求;②控制基標(biāo)埋設(shè)完成后，應(yīng)對測設(shè)單位的控制基標(biāo)進行串線測量，主要檢測控制基標(biāo)間角度、邊長、高差等幾何關(guān)系是否滿足施工要求;③鋪軌控制基標(biāo)的高程則利用施工控制水準(zhǔn)點測定，其觀測方法和限差同精密水準(zhǔn)測量。

控制基標(biāo)測設(shè)往往進行多次，控制基標(biāo)高程及其之間的水準(zhǔn)測量技術(shù)要求按二等水準(zhǔn)測量進行施測，水準(zhǔn)網(wǎng)閉合差小于8(L為水準(zhǔn)路線長度，以km隨設(shè)計圖、施工方法與機具而變化。另外，道岔岔心定位及道岔結(jié)構(gòu)各元素點相對精度要求高，而且自成一體。因此，在基標(biāo)測設(shè)前首先要研究基標(biāo)設(shè)計圖，然后確定測設(shè)步驟。

圖5 岔區(qū)基標(biāo)布置

加密基標(biāo)、道岔鋪軌基標(biāo)經(jīng)自檢滿足規(guī)范要求后，立即上報監(jiān)理工程師檢測。當(dāng)鋪軌基標(biāo)檢測合格后，方可根據(jù)鋪軌基標(biāo)鋪設(shè)軌道、灌注混凝土整體道床。至此，鋪軌基標(biāo)的測設(shè)工作全部完成。

4 測量保證措施

1)測量工作必須堅持復(fù)核制，執(zhí)行有關(guān)測量技術(shù)規(guī)范，按照規(guī)范技術(shù)要求進行測量設(shè)計、作業(yè)和檢測，保證各項測量成果的精度和可靠性。

2)測量記錄資料應(yīng)真實、準(zhǔn)確、工整，測量原始記錄必須現(xiàn)場同步作出，嚴(yán)禁事后補記，原始資料不允許涂改，不合格的應(yīng)當(dāng)補測或重測。

3)測量的外業(yè)工作必須有多余觀測，并構(gòu)成檢核條件;內(nèi)業(yè)工作應(yīng)堅持兩人獨立平行計算和相互檢核。

4)利用已知點(包括控制點、方向點、高程點)進行引測、加密點位和工程放樣前，必須堅持先檢測后利用的原則。

5)控制基標(biāo)測設(shè)完成以后，需兩組測量人員交換獨立進行外業(yè)復(fù)測，復(fù)測時需通知駐地測量監(jiān)理旁站記錄。

6)測量儀器在施工前必須送到專業(yè)檢測機構(gòu)鑒定，保證鑒定合格證書齊全，由專人保管，測量儀器日常應(yīng)有專人保管，并做好日常養(yǎng)護。

7)為保證隧道內(nèi)的鋪軌精度，要求鋪軌前應(yīng)全面檢測，通過貫通測量后，對施工控制點進行統(tǒng)一的調(diào)整和平差后，再設(shè)置基標(biāo)，以保證基標(biāo)的精度。

5 結(jié)論與建議

1)軌道工程測量的主要工作是鋪軌基標(biāo)測量，其實質(zhì)是按照設(shè)計線路和鋪軌綜合設(shè)計圖的要求，以一定的間隔，在線路中線或其一側(cè)測設(shè)具有精確平面坐標(biāo)和高程的標(biāo)志，作為鋪軌的平面和高程依據(jù)。通過采用上述方法和措施，本工程測量滿足了鋪軌設(shè)計的精度要求。

2)在軌道工程測量工作中精度高、難度大的工作是控制基標(biāo)的測設(shè)，而控制基標(biāo)的測設(shè)關(guān)鍵是歸化改正。

3)由于一條線路將埋設(shè)大量的鋪軌基標(biāo)，因此測設(shè)鋪軌基標(biāo)時必須采用分段控制、中間加密的方法，即先測設(shè)控制基標(biāo)，然后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)，這樣才能保證每一個鋪軌基標(biāo)的精度達到規(guī)范要求。

4)測設(shè)控制基標(biāo)時，從一個測設(shè)單位附合至下一測設(shè)單位時，全長閉合差必須滿足規(guī)范要求，并要注意與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，特別注意在車站內(nèi)完成基標(biāo)測設(shè)后應(yīng)檢查基標(biāo)與站臺之間的距離，避免軌道侵限。

［1］GB 50308—2008城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［3］廣州市軌道交通三號線北延段軌道工程總承包項目測量方案［R］.廣州，2009.

［4］袁寬瑤，薛育山.對加密基標(biāo)布設(shè)的一點建議［J］.都市快軌交通，2003(3):22-23.

［5］季明康，余興建.淺談城市軌道鋪軌工程的測量監(jiān)理［J］.廣東建材，2007(3):84-86.

［6］程政.上海軌道交通2號線西延伸段地下軌道施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2006(9):22-25.

Techniques and Methods of Track-laying Surveying for Urban Rail Transit Projects

Xu Shunming1，2Chen Xuefeng2
(1.Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510380;2.School of Surveying and Mapping，Wuhan University，Wuhan 430079)

Abstract:Taking the north extension section of Guangzhou metro Line 3 as an example，the article describes the important steps in the home and field work for establishing the base standard for track-laying and introduces the adopted precise measuring instruments，measurement methods and effective measures to ensure measurement accuracy.Results indicated that precision of a track-laying project was ensured to meet the design requirements. Conclusions and recommendations for track-laying were obtained.

Key words:urban rail transit;base standard for track-laying;measurement

U231

A

1672-6073(2012)02-0079-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2012.02.020

收稿日期:2011-07-18

2011-07-30

作者簡介:徐順明，男，在讀工程碩士，高級工程師，從事地鐵工程施工測量及測量技術(shù)管理，xushunming@gzmtr.com

(編輯:郝京紅)