(同濟大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室，上海　201804)

高速鐵路精密工程測量技術(shù)是我國高速鐵路成功建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成熟技術(shù)。高速鐵路建設(shè)與運營實踐驗證了我國高速鐵路精密工程測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、先進性、適用性和可靠性[1]。

高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)形式與城市軌道交通類似，高速鐵路的先進技術(shù)對城市軌道交通有較多的可借鑒之處。若充分考慮城市軌道交通的復(fù)雜性以及與高速鐵路的差異性，將高鐵精密測量技術(shù)引入城市軌道交通建設(shè)與運營管理中，必將較大幅度提高城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)的幾何線性參數(shù)，使軌道在建設(shè)階段達(dá)到高平順性，帶動軌道建設(shè)質(zhì)量整體提升，從源頭上減緩振動和噪聲問題的發(fā)生和發(fā)展速率，提高列車行駛的平穩(wěn)性和舒適性。

寧波市軌道交通1號線進行了高鐵精密測量技術(shù)引入城市軌道交通建設(shè)的應(yīng)用試驗，將高速鐵路軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)(CPⅢ)測量與無砟軌道精調(diào)的相關(guān)技術(shù)引入至軌道工程施工中，在試驗段建立了一套高精度并長期保存使用的軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)，使用軌道幾何狀態(tài)測量儀(軌檢小車)指導(dǎo)澆筑混凝土前的軌道精調(diào)、道床混凝土澆筑后的軌道幾何狀態(tài)檢測及長軌精調(diào)，融合、改進了傳統(tǒng)的鋪軌測量方法與施工工藝。

1　試驗段概況

試驗段位于寧波市軌道交通1號線一期工程望春橋站至澤民站區(qū)間左、右線，區(qū)間長度約為1.2 km。

左、右線分別建立軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)(CPⅢ)，作為軌道精密檢測的測量基準(zhǔn)。

其中左線利用傳統(tǒng)鋪軌測量方法及施工工藝，即利用導(dǎo)線點放樣鋪軌基標(biāo)(控制基標(biāo)和加密基標(biāo))，丁字直尺、一級道尺與弦線等工具由人工進行測量，然后進行軌排調(diào)整。

右線采用軌道精密測量技術(shù)進行試鋪，即利用軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)，采用軌道幾何狀態(tài)測量儀(軌檢小車)指導(dǎo)軌排精調(diào)，實時測量每個鋼軌支撐架處的軌頂高程、軌道中線位置、軌道平順度等幾何形位，根據(jù)軌檢小車上計算機實時顯示的數(shù)據(jù)，調(diào)整鋼軌支撐架和斜向支撐，使軌道的幾何參數(shù)滿足鋪軌施工精調(diào)要求。

軌道鋪設(shè)施工完成后，利用傳統(tǒng)測量方法和軌檢小車檢測整體道床混凝土澆筑施工后的軌道幾何狀態(tài)，并綜合對比分析傳統(tǒng)鋪軌測量方法與軌道精密測量技術(shù)在實際應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點及可實施性。

2　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)建立

2.1　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)的布設(shè)

試驗段為地下圓形隧道，控制點成對布設(shè)在隧道側(cè)墻上，點對縱向間距為30～60 m，依據(jù)曲線半徑的大小而設(shè)置，滿足全站儀自由測站每站觀測4對軌道基礎(chǔ)控制點的要求。為避免點位被遮擋，根據(jù)設(shè)計限界圖中線路設(shè)備的設(shè)計位置及限界要求，左側(cè)控制點布設(shè)在側(cè)向平臺以上10 cm位置，距軌面約1.0 m；右側(cè)控制點布設(shè)在給水管與區(qū)間電話箱之間側(cè)墻上，距軌面約0.9 m。

軌道控制點的測量組件由預(yù)埋件、平面測量桿、專用平面測量棱鏡、高程桿四部分組成。均采用精加工元器件，控制點標(biāo)志重復(fù)安置精度和互換安裝精度X、Y、Z三方向分別小于0.4 mm，0.4 mm，0.2 mm。預(yù)埋件埋設(shè)在隧道側(cè)墻上，平面、高程測量桿在測量時均安裝在預(yù)埋件中，其中平面測量桿需連接專用測量棱鏡。

2.2　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)的測量

軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)采用自由測站邊角交會的方法測量，每個自由測站觀測4對控制點，測站間重復(fù)觀測3對控制點，每個控制點有四個自由測站的方向和距離觀測量，主要技術(shù)要求如表1所示，具體測量方法如圖1所示。

表1　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)平面測量的主要技術(shù)要求

圖1　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)平面測量示意

平面測量水平方向采用全圓方向觀測法進行觀測，水平方向觀測要求如表2所示。

表2　平面測量水平方向觀測技術(shù)要求

距離觀測采用多測回距離觀測法，距離觀測要求如表3所示。

軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)平面測量時，每隔300 m左右聯(lián)測一個既有的高等級線路控制點，同時聯(lián)測每個車站布設(shè)的經(jīng)過聯(lián)系測量的控制點。與控制點聯(lián)測時，至少通過兩個或兩個以上自由測站進行聯(lián)測。

表3　平面測量距離觀測技術(shù)要求

軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)高程測量采用全站儀自由測站三角高程測量方法，與平面測量合并進行，替代精密水準(zhǔn)測量[2]。采用全站儀不同自由測站所測得相鄰點的高差，按圖2所示構(gòu)網(wǎng)，技術(shù)要求如表4所示。

圖2　單個測站自由測站三角高程網(wǎng)示意

表4　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)自由測站三角高程外業(yè)觀測的主要技術(shù)要求

軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)高程測量時，附合于既有線路水準(zhǔn)控制點上，每1 km左右聯(lián)測一個線路水準(zhǔn)控制點，同時聯(lián)測每個車站布設(shè)的地下高程起算點。與既有線路水準(zhǔn)控制點或地下高程起算點的聯(lián)測采用獨立往返水準(zhǔn)測量的方法進行。

2.3　軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)測量成果解算及精度評估

軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)計算和平差處理采用中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司研發(fā)的高速鐵路軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與平差軟件。處理平面測量數(shù)據(jù)時，先采用獨立自由網(wǎng)平差，再采用合格的平面起算點進行固定約束平差。

以試驗段右線為例，在進行軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)測量時，平面控制網(wǎng)共聯(lián)測了4個控制點，通過自由網(wǎng)平差進行起算點精度檢核，檢核結(jié)果如表5所示，除yt6控制點外，其余各起算點的坐標(biāo)殘差均≤3 mm，精度可靠，可用于控制網(wǎng)平差起算數(shù)據(jù)計算。

表5　平面起算點精度檢核

選擇w2、yt5、yt1三個控制點作為平面控制網(wǎng)起算點，再經(jīng)過自由網(wǎng)和約束網(wǎng)平差處理，自由網(wǎng)精度指標(biāo)統(tǒng)計情況如表6所示，約束網(wǎng)精度指標(biāo)統(tǒng)計情況如表7所示。

處理高程測量的數(shù)據(jù)時，以區(qū)段頭尾的高程控制點為起算點進行約束平差(如表8)。

表6　平面測量自由網(wǎng)平差精度統(tǒng)計

通過以上成果解算并結(jié)合試驗過程，表明該試驗段建立的軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)，從控制點埋設(shè)、外業(yè)測量及數(shù)據(jù)處理方法方面均符合《高速鐵路工程測量規(guī)范》[3]相關(guān)技術(shù)要求，可以用于后續(xù)軌道施工。

表7　平面測量約束平差精度統(tǒng)計

表8　高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)測量平差后精度統(tǒng)計　mm

3　鋪軌新工藝試驗

3.1　試驗過程與方法

在試驗段右線，以軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)坐標(biāo)成果為基準(zhǔn)，利用軌道幾何狀態(tài)測量儀實時測量并控制軌排幾何狀態(tài)，并增加了道床混凝土澆筑后的軌道幾何狀態(tài)測量及長軌精調(diào)過程。長枕埋入式整體道床主要應(yīng)用于一般減振要求地段，也是寧波市軌道交通1號線一期工程中主要的道床結(jié)構(gòu)類型。以長枕埋入式整體道床為例，改進后的工藝流程圖如圖3所示。

圖3　軌道幾何狀態(tài)測量儀精調(diào)工藝流程

試驗過程中，軌排精調(diào)的幾何參數(shù)控制指標(biāo)參照《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50299—1999)中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2　試驗結(jié)果

對采用傳統(tǒng)鋪軌工藝的左線，采用軌道幾何狀態(tài)測量儀對澆筑混凝土后的軌道進行幾何狀態(tài)檢測。檢測結(jié)果表明：絕對精度方面，平面位置超過[-3，3]mm為46.41%，最大偏差13.1 mm；軌面高程超過[-2，2]mm為51.1%，最大偏差21.3 mm；相對精度方面，左、右軌軌向超過10 m弦/2 mm分別為38.84%、37.15%；左、右軌高低超過10 m弦/2 mm分別為49.01%、53.11%。

右線采用精密精密測量技術(shù)進行鋪軌，采用軌道幾何狀態(tài)測量儀對澆筑混凝土后的軌道進行幾何狀態(tài)檢測，檢測結(jié)果表明：絕對精度方面，平面位置超過[-3，3]mm為15.47%，最大偏差為4.7 mm；軌面高程超過[-2，2]mm為15.18%，最大偏差為5.7 mm；相對精度方面，左、右軌軌向超過10 m弦/2 mm分別為10.13%、15.89%；左、右軌高低超過10 m弦/2 mm分別為8.91%、15.77%。

從檢測及統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到，用軌道精密測量技術(shù)鋪設(shè)完成的軌道，各項平順性指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法，且整體平順性大幅提高。

4　結(jié)束語

通過本次高速鐵路軌道精密測量技術(shù)在寧波市軌道交通1號線一期工程中的應(yīng)用試驗，可以得出如下結(jié)論：

①軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)建網(wǎng)測量方法及其主要技術(shù)指標(biāo)，符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，能夠指導(dǎo)城市軌道交通的精調(diào)施工。

②基于軌道精密測量技術(shù)的整體道床軌道鋪設(shè)與精調(diào)施工工藝，合理可行，提高了軌道的鋪設(shè)精度和平順性。

③軌道精密測量技術(shù)與傳統(tǒng)的鋪軌測量技術(shù)相比，自動化與程序化程度高，提高了軌道工程的精度與質(zhì)量。

為滿足軌道精密測量的精調(diào)要求，應(yīng)對調(diào)軌的施工工藝和工裝設(shè)備進行配套研究，以提高建網(wǎng)測量與軌道精調(diào)施工的效率。同時結(jié)合城市軌道交通工程的特點，進一步研究相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，使之滿足于城市軌道交通的建設(shè)需求。

[1]安國棟.高速鐵路精密工程測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用[J].鐵道學(xué)報，2010(2):99-104

[2]劉成龍，楊雪峰，盧建康，等.高速鐵路CPⅢ三角高程網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)與平差計算方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2011(3):434-439

[3]中鐵二院.TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2009．

[4]GB 50299—1999地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S]