周　昊

(南寧鐵路局建設(shè)管理處，廣西南寧　530029)

1　概述

廣西沿海鐵路是我國(guó)沿海鐵路的重要組成部分，是廣西乃至西南地區(qū)出海大通道的主要鐵路運(yùn)輸通道，北部灣城市最主要的交通大動(dòng)脈，中國(guó)—東盟國(guó)際鐵路通道的重要組成部分，包括三部分：南欽鐵路、欽防鐵路、欽北鐵路，速度目標(biāo)值250 km/h。南欽線正線全長(zhǎng)約98 km，欽北線99 km，欽防線僅有62 km。北部灣4市將進(jìn)入同城時(shí)代，融入1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈。

高速鐵路軌道控制網(wǎng)(簡(jiǎn)稱CPⅢ控制網(wǎng))是沿鐵路線路布設(shè)的三維控制網(wǎng)，其平面網(wǎng)起閉于基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)或線路控制網(wǎng)(CPⅡ)，其高程網(wǎng)起閉于線路水準(zhǔn)基點(diǎn)。CPⅢ控制網(wǎng)一般在線下工程施工完成和沉降評(píng)估通過(guò)后進(jìn)行施測(cè)，是高速鐵路施工期間無(wú)砟軌道板精調(diào)、軌道精調(diào)和高速鐵路運(yùn)營(yíng)期間軌道維護(hù)的測(cè)量控制基準(zhǔn)，高鐵通車運(yùn)營(yíng)后變形監(jiān)控的基準(zhǔn)網(wǎng)，稱之為精密測(cè)量網(wǎng)的重中之重。CPⅢ控制網(wǎng)的控制點(diǎn)布設(shè)密度為：沿鐵路線兩側(cè)路肩上，縱向約60 m布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)橫向間距為10～20 m。CPⅢ控制網(wǎng)具有網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量眾多、外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)量大、相對(duì)精度要求高和觀測(cè)方法及控制點(diǎn)標(biāo)志特殊等特點(diǎn)。

靜態(tài)驗(yàn)收是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目按設(shè)計(jì)完成且質(zhì)量合格、設(shè)備安裝調(diào)試完畢且質(zhì)量合格而進(jìn)行檢查確認(rèn)的過(guò)程。靜態(tài)驗(yàn)收涉及工務(wù)、通信、信號(hào)、房建、軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)、環(huán)保等相關(guān)專業(yè)。南寧鐵路局組織的靜態(tài)驗(yàn)收工作組將采用內(nèi)業(yè)檢查、外業(yè)檢查和重點(diǎn)抽查相結(jié)合的方式，根據(jù)驗(yàn)收及開通計(jì)劃安排，組織建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和設(shè)備管理單位相關(guān)人員，徒步對(duì)全線各項(xiàng)工程逐個(gè)進(jìn)行檢查評(píng)定，對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行梳理，形成問題庫(kù)并制定整改措施，明確責(zé)任單位、責(zé)任人和整改時(shí)間，確保驗(yàn)收和問題整改后的復(fù)驗(yàn)效果。本文重點(diǎn)對(duì)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)的靜態(tài)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)方案的設(shè)計(jì)。

2　軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1　CPⅢ坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及起算數(shù)據(jù)

CPⅢ分為平面坐標(biāo)系和高程坐標(biāo)系。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用中鐵二院提供的精測(cè)網(wǎng)CPI和CPⅡ成果坐標(biāo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為工程獨(dú)立坐標(biāo)系，參考橢球?yàn)楸本?4橢球體參數(shù)，分為若干個(gè)投影帶，高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。CPⅢ的起算數(shù)據(jù)一般采用CPⅡ加密成果和二等水準(zhǔn)加密成果作為起算數(shù)據(jù)。CPⅡ加密和二等水準(zhǔn)加密按照相關(guān)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布點(diǎn)、埋標(biāo)、觀測(cè)和平差計(jì)算。

2.2　CPⅢ點(diǎn)布設(shè)

路基段CPⅢ網(wǎng)點(diǎn)成對(duì)布設(shè)在路基上設(shè)置的專用控制點(diǎn)樁上，專用控制點(diǎn)樁必須具有穩(wěn)定的基礎(chǔ)。專用控制點(diǎn)樁基礎(chǔ)可利用接觸網(wǎng)桿的擴(kuò)大基礎(chǔ)，即沿線路縱向靠近線路中線位置將接觸網(wǎng)桿基礎(chǔ)擴(kuò)大30 cm，擴(kuò)大基礎(chǔ)寬度30 cm，埋深不小于50 cm。為保證CPⅢ點(diǎn)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大基礎(chǔ)應(yīng)與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)同時(shí)澆筑，實(shí)施方案如圖1所示。

圖1　路基段CPⅢ控制點(diǎn)樁在接觸網(wǎng)桿擴(kuò)大基礎(chǔ)上埋設(shè)示意(單位：mm)

專用控制點(diǎn)樁基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，選擇便于觀察的位置進(jìn)行澆筑，基礎(chǔ)規(guī)格30 cm×30 cm，埋深至筏板基礎(chǔ)上。專用控制點(diǎn)樁高0.6 m，直徑20 cm，在施工時(shí)應(yīng)加4根直徑為6 mm的鋼筋。CPⅢ預(yù)埋件應(yīng)埋設(shè)至圓柱頂部盡量靠線路方向的位置(避免后期側(cè)面立上電氣化桿后被遮擋)，加蓋防水皮套，澆筑接觸網(wǎng)桿基礎(chǔ)時(shí)連同CPⅢ點(diǎn)基礎(chǔ)一起澆筑，以保證CPⅢ點(diǎn)的穩(wěn)定性(如圖2所示)。橋梁段CPⅢ點(diǎn)成對(duì)布設(shè)在墩臺(tái)頂部橋梁固定支座端正上方的防撞墻頂中部，偏差不應(yīng)大于0.1 m，如圖3所示。

圖2　路基段專用控制點(diǎn)樁上的CPⅢ點(diǎn)示意

圖3　橋梁段CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)

(1)簡(jiǎn)支梁部分

對(duì)于24 m或32 m簡(jiǎn)支梁，每2孔布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)，相鄰兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)間距約為64 m(32+32) m、56 m(32+24) m或48 m(24+24) m。對(duì)于連續(xù)24 m簡(jiǎn)支梁，根據(jù)實(shí)際情況也可每三孔布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)。

(2)普通連續(xù)梁

對(duì)于連續(xù)梁，CPⅢ應(yīng)優(yōu)先布設(shè)于固定端上方。對(duì)于跨度超過(guò)80 m的連續(xù)梁，應(yīng)在跨中50～80 m間距盡量均勻布設(shè)一對(duì)或幾對(duì)CPⅢ點(diǎn)，對(duì)跨中的CPⅢ點(diǎn)使用或復(fù)測(cè)時(shí)，盡可能保證與施測(cè)的外部環(huán)境相同，使用前應(yīng)對(duì)整個(gè)連續(xù)梁段進(jìn)行復(fù)核。

(3)大跨連續(xù)梁和特殊結(jié)構(gòu)

結(jié)合梁跨結(jié)構(gòu)形式、跨度、材料的不同，按CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)要求和間距進(jìn)行布點(diǎn)，可適當(dāng)增大相鄰點(diǎn)對(duì)間距，但最長(zhǎng)不超過(guò)90 m。整個(gè)段落要在較短的同一段時(shí)間、同一溫度、環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量CPⅢ的時(shí)間和鋪板的時(shí)間盡量相隔時(shí)間要短，且荷載沒有大的變化。如果相隔時(shí)間較長(zhǎng)或溫度、環(huán)境、荷載有較大的變化，要進(jìn)行重新復(fù)測(cè)后使用。鋪板的時(shí)間段要和測(cè)量CPⅢ的時(shí)間、溫度、環(huán)境一致，應(yīng)盡量在夜間或陰天溫度變化較小的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

隧道段CPⅢ點(diǎn)成對(duì)布設(shè)在電纜槽頂面以上30 cm的邊墻內(nèi)襯上，隧道段相鄰兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)縱向距離約60 m。隧道段CPⅢ點(diǎn)布設(shè)具體位置如圖4所示。既有車站內(nèi)貫通線一般埋設(shè)在站臺(tái)廊檐上，測(cè)量標(biāo)志橫向埋設(shè)。

圖4　隧道段CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)(單位：m)

2.3　CPⅢ平面外業(yè)觀測(cè)及精度要求

CPⅢ控制網(wǎng)采用自由測(cè)站邊角交會(huì)的方法測(cè)量，每個(gè)自由測(cè)站觀測(cè)12個(gè)CPⅢ點(diǎn)。自由測(cè)站間距一般約為120 m，觀測(cè)CPⅢ點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離不應(yīng)大于180 m，每個(gè)CPⅢ點(diǎn)至少應(yīng)保證有三個(gè)自由測(cè)站的方向和距離觀測(cè)量，具體測(cè)量方法如圖5所示。

圖5　CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量網(wǎng)形示意

CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量水平方向應(yīng)采用全圓方向觀測(cè)法進(jìn)行觀測(cè)。水平方向觀測(cè)應(yīng)滿足表1的規(guī)定。CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量距離觀測(cè)采用多測(cè)回距離觀測(cè)法，應(yīng)滿足表2的規(guī)定。邊長(zhǎng)觀測(cè)應(yīng)實(shí)時(shí)在全站儀中輸入溫度和氣壓進(jìn)行氣象元素改正，溫度讀數(shù)精確至0.2℃，氣壓讀數(shù)精確至0.5 hPa。CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量應(yīng)在氣象條件相對(duì)比較穩(wěn)定的天氣(溫差變化較小，濕度較小)下進(jìn)行，盡量選擇無(wú)風(fēng)的陰天或夜晚無(wú)風(fēng)的時(shí)段施測(cè)。應(yīng)完全避開日出、日落、日中天前后1 h的時(shí)段觀測(cè)，夜間觀測(cè)應(yīng)注意避開強(qiáng)光源對(duì)觀測(cè)的影響。CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量可根據(jù)施工需要分段測(cè)量，分段測(cè)量的區(qū)段長(zhǎng)度不宜小于4 km，區(qū)段間觀測(cè)不應(yīng)少于6對(duì)重疊的CPⅢ點(diǎn)。區(qū)段接頭不應(yīng)位于車站、道岔或連續(xù)梁范圍內(nèi)。

表1　CPⅢ網(wǎng)平面測(cè)量水平方向觀測(cè)技術(shù)要求

表2　CPⅢ平面網(wǎng)距離觀測(cè)技術(shù)要求

2.4　CPⅢ高程外業(yè)觀測(cè)及精度要求

CPⅢ高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)路線采用如圖6所示的矩形法水準(zhǔn)路線形式，每相鄰的兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)之間都構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)。CPⅢ高程控制點(diǎn)與平面控制點(diǎn)共樁，在進(jìn)行棱鏡中心高程的水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，只需直接將水準(zhǔn)測(cè)量桿件插入套筒內(nèi)即可測(cè)量。通過(guò)減去水準(zhǔn)桿件球形的半徑值即可方便地獲得棱鏡中心的精確高程。CPⅢ控制點(diǎn)高程限差要求如表3所示。精密水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)路線的精度要求如表4所示。精密水準(zhǔn)觀測(cè)測(cè)站的主要技術(shù)要求如表5所示

表3　CPⅢ控制點(diǎn)高程限差要求

表4　精密水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)路線的精度要求　mm

表5　精密水準(zhǔn)觀測(cè)測(cè)站的技術(shù)要求

圖6　矩形法CPⅢ高程網(wǎng)測(cè)量原理示意

3　CPⅢ的平差及精度要求

CPⅢ平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算和平差處理，應(yīng)采用鐵道部主管部門評(píng)審合格的軟件，而且全線CPⅢ平面網(wǎng)平差計(jì)算的軟件應(yīng)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)與全站儀數(shù)據(jù)采集接口兼容。廣西沿海鐵路采用鐵四院CPⅢ DAS軟件進(jìn)行CPⅢ網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和平差計(jì)算。CPⅢ控制網(wǎng)平面測(cè)量完成后，先采用獨(dú)立自由網(wǎng)平差，再采用復(fù)測(cè)合格的CPⅠ、CPⅡ點(diǎn)或CPⅡ加密點(diǎn)成果進(jìn)行固定約束平差。為保證每次設(shè)站測(cè)量過(guò)程中，所有棱鏡都安插到同樣的位置，可根據(jù)相鄰測(cè)站與任意一對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)組成的閉合環(huán)的閉合差進(jìn)行檢核，檢核精度應(yīng)滿足表6的要求。CPⅢ控制網(wǎng)平面測(cè)量自由網(wǎng)平差時(shí)，按表7的規(guī)定對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢核控制網(wǎng)自由網(wǎng)平差的精度。CPⅢ平面控制網(wǎng)自由平差滿足表8的要求后，才能進(jìn)行平面網(wǎng)約束平差。按規(guī)定對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢核控制網(wǎng)約束平差的精度。

表6　CPⅢ平面網(wǎng)橫向閉合差檢核限差

表7　CPⅢ平面網(wǎng)自由網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求

表8　CPⅢ平面網(wǎng)約束網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求

4　靜態(tài)驗(yàn)收數(shù)據(jù)抽樣檢查分析

本次采樣數(shù)據(jù)里程范圍為：DK037+000～DK048+495段(施工里程)，全長(zhǎng)約11.5 km。本測(cè)段中央子午線為108°30′00″，投影面大地高為150 m，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。對(duì)該測(cè)段數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，得出如下結(jié)果：CPⅢ平面控制網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足各項(xiàng)精度指標(biāo)，通過(guò)平差計(jì)算各改正數(shù)均在規(guī)定值范圍內(nèi)，獨(dú)立平差后與前一區(qū)段重疊點(diǎn)坐標(biāo)較差最大值為2.3 mm，約束前一區(qū)段部分重疊CPⅢ點(diǎn)平差后，未約束的公共點(diǎn)在該區(qū)段與后一區(qū)段的坐標(biāo)差值最大為0.8 mm。點(diǎn)間相對(duì)點(diǎn)位精度最大為0.50 mm，最小為0.23 mm，平均為0.34 mm(見圖7)。高程控制網(wǎng)中相鄰CPⅢ點(diǎn)高差中誤差均小于0.5 mm(見圖8)。高程控制網(wǎng)中環(huán)閉合差及附和線路閉合差滿足規(guī)范要求。以上指標(biāo)均小于《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB10601—2009)要求。

圖7　CPⅢ平面網(wǎng)點(diǎn)位精度分析

圖8　CPⅢ高程網(wǎng)平差高差中誤差分析

5　結(jié)束語(yǔ)

廣西沿海鐵路軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)建設(shè)是高鐵精測(cè)網(wǎng)建設(shè)一項(xiàng)重要組成部分，在本次CPⅢ驗(yàn)收設(shè)計(jì)方案工作中，所設(shè)計(jì)的測(cè)量技術(shù)方案科學(xué)、合理、實(shí)用，從前面采用數(shù)據(jù)所有限差指標(biāo)來(lái)看，各項(xiàng)精度都達(dá)到了預(yù)期的精度要求，本次技術(shù)方案設(shè)計(jì)合理可行，可以作為靜態(tài)驗(yàn)收設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。

[1]TB10601—2009高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S]

[2]GB/T 12897—2006國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S]

[3]GB/T18314—2001全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S]

[4]鐵建設(shè)[2009]20號(hào)關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范鐵路工程測(cè)量控制網(wǎng)管理工作的通知[Z]