徐小左

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安710043)

1 概述

CRTSⅡ型板式無砟軌道是將預制軌道板通過板下充填層，鋪設在支承層或連續(xù)的鋼筋混凝土底座板上，并適應ZPW－2000軌道電路的連續(xù)軌道板無砟軌道結(jié)構(gòu)形式［1］。在施工現(xiàn)場，通過對具有高精度線路幾何參數(shù)的預制軌道板進行精調(diào)，實現(xiàn)軌道板的精確安裝定位，確保線路的高平順性。而CRTSⅡ型軌道板精調(diào)的基準是加密基標，亦即軌道基準點，沿線路縱向設置在板縫中央。橫向具體設置位置如圖1所示。

圖1 軌道基準點埋設位置示意

軌道基準網(wǎng)作為CRTSⅡ型軌道板精調(diào)的基準，分為平面、高程兩部分，其建網(wǎng)精度要求非常嚴格，特別是豎向精度，要求相鄰基準點相對誤差達到 ±0.1mm［1］。

對軌道基準網(wǎng)高程測量外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程進行了詳細說明，并從中誤差的定義出發(fā)，推導了相鄰軌道基準點相對中誤差的計算公式，可用于評定軌道基準網(wǎng)高程測量的精度。

2 軌道基準網(wǎng)高程外業(yè)測量

軌道基準網(wǎng)高程測量時機:橋梁地段必須安排在軌道板粗鋪之后，以避免軌道板自重對軌道基準點的高程造成影響［2］，隧道、路基地段如遇施工工期非常緊張的特殊情況，可安排在軌道板粗鋪之前采集數(shù)據(jù)。軌道基準網(wǎng)高程測量人員設備配備、外業(yè)觀測流程可按如下所述進行。

(1)設備配備

①軌道基準點高程測量使用的水準儀標稱精度不低于0.5mm/km，如徠卡DNA03、天寶Dini03等;

②腳架:最好是與水準儀相配套的原裝腳架;

③與項目配套的CPⅢ高程連接桿;

④與基標釘配套的水準尺強磁適配器;

⑤使用與水準儀相配套的水準尺且只采用1把水準尺，以消除零點誤差的影響;

⑥游標卡尺1把(用于定期或不定期量取或檢核水準尺強磁適配器高度)。

除了上述主要的儀器設備外，測站上還需準備CPⅢ成果表一份，用于輸入水準儀，以檢核單程附合路線閉合差。

(2)外業(yè)觀測

①觀測前30min，將水準儀置于露天陰影下，使水準儀與外界氣溫趨于一致。

②配置參數(shù):主要是對配置菜單中的各項內(nèi)容進行設置，以及對快捷鍵中的多次測量進行設置。

③檢驗水準儀視準軸與水準管軸的夾角i，在作業(yè)開始的第一周內(nèi)每天測定1次，i角穩(wěn)定后每隔15d左右測定一次，其值不應超過15″。

④如圖2所示，在兩個CPⅢ點中間位置安置水準儀，首先后視觀測一個CPⅢ點(CPⅢ1)，然后采用中視法測量該CPⅢ區(qū)間所有的軌道基準點，最后前視觀測另一個CPⅢ點(CPⅢ2)，即完成一個測站的觀測;將水準儀搬至CPⅢ2和CPⅢ3之間，重復上一個測站過程，300m左右與線路同側(cè)穩(wěn)定的CPⅢ點附合一次，若單程高差閉合差能夠滿足為CPⅢ點高程控制點的允許偏差，其值為0.5mm;b為每公里水準測量的偶然中誤差，其值為2mm;S為單程附合水準路線的長度)［2］的限差要求，附合到該CPⅢ點上。而后變換水準儀位置，斷開線路并新建一條新線路進行返測，完成一個測段測量。如還需進行下一測段的測量，測量過程與上述類似，只是需要新建一個新的項目，并重疊觀測上一測段5個連續(xù)的軌道基準點。

圖2 軌道基準點高程測量(左線往測)

⑤當一個測段的軌道基準網(wǎng)高程數(shù)據(jù)采集完成之后，將原始觀測數(shù)據(jù)導出到筆記本電腦上，并在原始數(shù)據(jù)文件名中備注水準尺適配器高度，方便后續(xù)內(nèi)業(yè)計算。通過軟件計算檢查外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，若有超限的情況，應現(xiàn)場分析超限原因，并確定重測站，直至數(shù)據(jù)合格為止。

3 軌道基準網(wǎng)高程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.1 獨立測段軌道基準網(wǎng)

軌道基準網(wǎng)高程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理:先往、返測附合水準路線分別進行，得到各軌道基準點往返測高程值，再往、返測水準路線合并進行數(shù)據(jù)處理。

(1)往測水準路線平差

往測附合水準路線數(shù)據(jù)處理時，首先對采用“后－前”模式觀測的CPⅢ數(shù)據(jù)進行平差計算。往測水準路線只是簡單的單程附合路線，相對簡單。首先計算出單程水準路線閉合差，然后將該附合路線閉合差按距離，反號分配到各段高差上，繼而可求得兩約束點之間的CPⅢ高程。假設其中某段高差的高差改正數(shù)為Δ，則本測站內(nèi)各軌道基準點的高程計算，均應考慮站內(nèi)改正數(shù)為Δ/2的改正，其他測站內(nèi)各軌道基準點的高程計算類似，得到所有軌道基準點的往測高程。

(2)返測水準路線平差

返測水準路線數(shù)據(jù)處理，可按上述往測相同的方法計算各中視軌道基準點的返測高程。

(3)往、返測水準路線合并處理

對軌道基準點往返測高程值與其平均值間的較差進行檢查，當滿足小于0.3mm［1］要求后，取所有軌道基準點往返測高程的均值，作為本段附合水準路線內(nèi)各軌道基準點的采用高程。

3.2 相鄰基準點相對誤差計算公式的推導

軌道基準網(wǎng)高程相鄰基準點相對誤差計算公式的推導，實際上就是推導相鄰軌道基準點間的高差中誤差計算公式，具體推導過程如下。

由于軌道基準網(wǎng)高程測量中對相鄰軌道基準點的高差進行往返觀測，分別記為，這種成對的觀測，稱為雙觀測，對同一個量所進行的兩次觀測稱為一個觀測對。由于觀測值帶有誤差，每個量的兩個觀測值的差數(shù)一般不等于零，亦即相鄰軌道基準點往返測高差較差Δhij不等于零，有

式中:i=1，2，…，n －1，j=i+1。其中，n 為軌道基準點個數(shù)。

對于軌道基準網(wǎng)往返測來說，不同觀測對的精度不同，而同一觀測對兩個觀測值的精度相同，即按權(quán)倒數(shù)傳播律可得Δhij的權(quán)倒數(shù)為

通過式(1)、式(2)，就得到了n－1個差數(shù)的真誤差Δhij和它們的權(quán)pΔhij，可得由雙觀測值之差求單位權(quán)中誤差 σ0的公式為［3］

則相鄰軌道基準點間單程高差測量的中誤差為

而相鄰軌道基準點間高差的平均值hij為［4］

對式(5)運用協(xié)方差傳播律，可得hij的中誤差為

以上各式即為軌道基準網(wǎng)高程相鄰基準點相對誤差計算公式的推導過程，亦即mhij應小于±0.1mm。

3.3 相鄰測段重疊段軌道基準點的搭接處理

獨立測段軌道基準網(wǎng)高程數(shù)據(jù)處理完成后，如果該段高程數(shù)據(jù)與相鄰段存在搭接，還必須采用余弦函數(shù)對測段間重疊觀測的5個軌道基準點進行搭接處理，確保相鄰測段之間高程數(shù)據(jù)的平順過渡。

圖3 軌道基準網(wǎng)高程測量余弦函數(shù)平滑示意

如圖3所示，對前一測段測量的軌道基準點高程數(shù)據(jù)賦權(quán)P，后一測段測量的軌道基準點高程數(shù)據(jù)賦權(quán)1－P。其中，P的計算公式為［5］

其中，L為重疊區(qū)長度，I為該軌道基準點距離起點的距離，均以m為單位。

則經(jīng)過平滑處理后的軌道基準點高程H可按下式計算

其中，H前、H后分別為前一測段、后一測段獨立軌道基準網(wǎng)高程計算成果。

按式(8)計算，得到搭接區(qū)段內(nèi)平滑后的軌道基準點高程后，將該高程分別與前一測段和后一測段的軌道基準點高程進行比較，其差值分別應≤0.3×n(mm)［1］，其中n為搭接觀測的軌道基準點個數(shù)，一般為5個連續(xù)的軌道基準點。

4 建議

(1)外業(yè)觀測之前，必須對數(shù)字水準儀i角誤差進行檢校，主要是關注i角誤差的穩(wěn)定性，如數(shù)字水準儀實際的i角誤差與水準儀內(nèi)存儲的數(shù)值相差較大，會造成軌道基準點高程成果失真，也會造成相鄰測段重疊段軌道基準點搭接超限。

(2)外業(yè)觀測過程中，要確保起始和結(jié)束觀測的CPⅢ和軌道基準點點號輸入正確，因為點號輸入有誤在后續(xù)的內(nèi)業(yè)計算過程中很難發(fā)現(xiàn)。另外，在CPⅢ點上立尺時，CPⅢ高程連接桿必須安裝到位，且不使用強磁適配器;在軌道基準點基標釘上立尺時，基標釘錐窩內(nèi)的雜物必須清理干凈，并確保強磁適配器的尖端置于錐窩內(nèi)。

(3)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理之前，準備的起算數(shù)據(jù)CPⅢ成果中的高程必須是球頂高程。

(4)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，當出現(xiàn)連續(xù)的軌道基準點往返測高程值與其平均值間的較差大于0.3mm的要求時，應當對相鄰CPⅢ點的往返測高差進行比較，首先對往返測高差較差比較大的相鄰CPⅢ點進行重測，但究竟是重測該相鄰CPⅢ點的往測還是返測部分，還應根據(jù)往返測高差與CPⅢ理論高差的較差確定。

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