馬天馳

（黑龍江工程學(xué)院 測(cè)繪工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150050）

哈齊鐵路客運(yùn)專線是黑龍江省第一條開建的省內(nèi)客運(yùn)專線，是黑龍江省省會(huì)哈爾濱到黑龍江省第二大城市齊齊哈爾之間的高速鐵路，是國(guó)家“十二五”規(guī)劃的重點(diǎn)工程。該高速鐵路自哈爾濱站引出，經(jīng)哈爾濱北、肇東、安達(dá)、大慶東、大慶西、泰康、紅旗營(yíng)東，止于齊齊哈爾南站，線路全長(zhǎng)286km，正線為雙線，速度目標(biāo)值250km／h，預(yù)留300km／h的行車條件。

沿線大部屬于中溫帶亞濕潤(rùn)～亞干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。沿線最冷月平均氣溫均低于－15℃，按對(duì)鐵路工程影響的氣候分區(qū)，均屬嚴(yán)寒地區(qū)。

根據(jù)建設(shè)方要求，對(duì)選取段落進(jìn)行路基面變形監(jiān)測(cè)，包括2012年度未進(jìn)行監(jiān)測(cè)但目前已施工至表層或表層已完成的段落約17.2km，上年度監(jiān)測(cè)凍脹變形大于8mm段落約3.6km，凍脹補(bǔ)強(qiáng)增設(shè)滲水盲溝段落約10.3km，濕地范圍和地下水位較高的低路堤段落約4.6km，代表性過(guò)渡段約59處（路涵過(guò)渡段53處，路橋過(guò)渡段6處），道岔區(qū)段落約2.0km，監(jiān)測(cè)段落共計(jì)約33.1km。

1 路基凍脹監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)工作

1.1 線下高程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

以建設(shè)期間建立的線下精密水準(zhǔn)網(wǎng)為基準(zhǔn)，經(jīng)復(fù)測(cè)后采用水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)或三角高程的方式將水準(zhǔn)基點(diǎn)引測(cè)至線上，作為路基凍脹變形監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)網(wǎng)。

由于自然條件的變化、人為破壞等原因，不可避免地有個(gè)別監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)位會(huì)發(fā)生變化。每次監(jiān)測(cè)前需對(duì)線下基準(zhǔn)網(wǎng)按照二等水準(zhǔn)精度進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，并對(duì)變化的點(diǎn)進(jìn)行合理修正。

1.2 線上高程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

根據(jù)建設(shè)期間在線上埋設(shè)的路基變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)路基凍脹變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，建立變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)維護(hù)。進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析時(shí)與地質(zhì)、路基及軌道等各專業(yè)對(duì)接，并結(jié)合運(yùn)營(yíng)單位動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)檢查結(jié)果進(jìn)行綜合分析，提出綜合性建議及解決方案。

2 線上水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)及聯(lián)測(cè)

2.1 線上水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)

為了滿足路基變形監(jiān)測(cè)精度要求，減少線上下高程聯(lián)測(cè)的頻次，需在線下原精密水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，布設(shè)線上路基變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。新布設(shè)的線上水準(zhǔn)基點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足沿線路方向小于1km。新設(shè)線上水準(zhǔn)基點(diǎn)直接利用路基兩端橋上的CPⅢ點(diǎn)，當(dāng)路基長(zhǎng)度超過(guò)1km時(shí)，需在路基中部的涵洞帽石上埋設(shè)線上水準(zhǔn)基點(diǎn)。

2.2 水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

為了把線下高程基準(zhǔn)傳遞到線上，首先需要進(jìn)行線上與線下的高程聯(lián)測(cè)。進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)時(shí)，盡可能采用水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量方式把線下基準(zhǔn)引測(cè)至路基兩端的橋上CPⅢ點(diǎn)。然后以路基頭尾的兩個(gè)CPⅢ基點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行聯(lián)測(cè)路基中部涵洞帽石上的基準(zhǔn)點(diǎn)，并進(jìn)行平差計(jì)算。

如果引測(cè)至線上路基兩端橋上CPⅢ點(diǎn)間不滿足二等水準(zhǔn)的要求，需對(duì)線下水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行檢核并重新平差計(jì)算。

當(dāng)線上線下水準(zhǔn)基點(diǎn)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)存在困難時(shí)，則采用不測(cè)量?jī)x器高和棱鏡高的中間設(shè)站三角高程測(cè)量法傳遞，每次觀測(cè)兩遍，且要求儀器變換儀器高，觀測(cè)4個(gè)測(cè)回。

中間設(shè)站三角高程測(cè)量方法就是在沒有儀器高和棱鏡高量取誤差的情況下，求出點(diǎn)A和點(diǎn)B的高差。其測(cè)量原理如圖1所示。

中間設(shè)站三角高程測(cè)量的主要技術(shù)要求應(yīng)滿足表1、表2的要求。測(cè)量中，前后視必須是同一個(gè)棱鏡。觀測(cè)時(shí)，棱鏡高不變；儀器與棱鏡的距離不宜大于100m，最大不應(yīng)超過(guò)150m。前后視距應(yīng)盡量相等，一般距離差值不宜超過(guò)5m。觀測(cè)時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)量溫度、氣壓值，以便進(jìn)行邊長(zhǎng)改正。

圖1 三角高程聯(lián)測(cè)

表1 中間設(shè)站三角高程測(cè)量的垂直角測(cè)量技術(shù)要求

表2 中間設(shè)站三角高程測(cè)量的距離測(cè)量技術(shù)要求

2.3 線上水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

線上水準(zhǔn)測(cè)量按照《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB12897－2006）二等標(biāo)準(zhǔn)施測(cè)，水準(zhǔn)路線起閉于線下水準(zhǔn)基點(diǎn)。

1）數(shù)據(jù)傳輸和預(yù)處理。外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，利用隨機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和預(yù)處理，得到各測(cè)段高差距離文件。

2）精度分析。根據(jù)各測(cè)段觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析各段往返測(cè)高差不符值情況，均應(yīng)滿足的要求。按測(cè)段往返測(cè)高差不符值計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差：

式中：MΔ應(yīng)小于1mm。

根據(jù)（復(fù)測(cè)）觀測(cè)高差及既有水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，統(tǒng)計(jì)得到既有成果資料與（復(fù)測(cè)）觀測(cè)高差的附合情況，綜合分析各線路水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3）線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)平差。以路基兩端的CPⅢ基準(zhǔn)點(diǎn)作為約束點(diǎn)進(jìn)行整體平差計(jì)算，得到整網(wǎng)平差成果。平差時(shí)采用清華山維Nasew或武漢大學(xué)科傻控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Cosawin等軟件進(jìn)行。當(dāng)閉合差超限時(shí)，需檢核線下基準(zhǔn)網(wǎng)并重新進(jìn)行平差。

3 路基凍脹變形監(jiān)測(cè)

3.1 凍脹變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

沿線路方向每50m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，路涵路橋等過(guò)渡段增設(shè)6個(gè)斷面，橋臺(tái)后5.0m、10.0m、15.0m，涵洞過(guò)渡段設(shè)置在涵洞邊墻外5.0m、10.0m、15.0m。

根據(jù)哈齊鐵路客運(yùn)專線當(dāng)時(shí)的工況，人工觀測(cè)斷面有以下兩種情況：

1）填料基床每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，即線路中心和底座板外邊緣；

2）混凝土基床每個(gè)斷面在兩側(cè)距混凝土基床外邊緣0.5m左右布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

3.2 凍脹變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)要求

監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見圖2）規(guī)格要求：直徑為30cm，厚10cm的監(jiān)測(cè)樁，監(jiān)測(cè)樁采用C15素混凝土現(xiàn)澆，添加防凍劑，做好保溫防護(hù)工作。觀測(cè)墩中心埋設(shè)長(zhǎng)10cm，直徑14mm的鋼筋作為觀測(cè)標(biāo)志，保證觀測(cè)標(biāo)志露出監(jiān)測(cè)樁面5mm，且標(biāo)頭平滑；混凝土基床上觀測(cè)點(diǎn)采用鉆孔植入鋼筋作為觀測(cè)標(biāo)志，保證觀測(cè)標(biāo)志露出監(jiān)測(cè)樁面5mm，且標(biāo)頭平滑。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)

3.3 監(jiān)測(cè)樁的保護(hù)

由于路基正在施工，運(yùn)梁車和預(yù)壓土卸載運(yùn)輸車輛可能對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)造成損壞，影響觀測(cè)連續(xù)性和凍脹變形數(shù)據(jù)分析。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)要充分考慮這些期對(duì)全線的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡視，對(duì)損壞的監(jiān)測(cè)點(diǎn)及時(shí)修補(bǔ)。

3.4 凍脹變形監(jiān)測(cè)方式

綜合考慮監(jiān)測(cè)頻次、監(jiān)測(cè)成本等情況，路基監(jiān)測(cè)觀測(cè)方式如下：

1）每次觀測(cè)都要聯(lián)測(cè)線上水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)觀測(cè)，建立線上監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。每次路基凍脹變形監(jiān)測(cè)前，采用二等水準(zhǔn)測(cè)量方式對(duì)線上基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢核。如果各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)間滿足二等水準(zhǔn)的限差要求，則采用原值；如果不滿足可采用內(nèi)插法進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)內(nèi)插法無(wú)法調(diào)整時(shí)，需重新聯(lián)測(cè)線下基準(zhǔn)點(diǎn)并對(duì)線上基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢核并調(diào)整。

2）路基凍脹監(jiān)測(cè)時(shí)，以面向大里程最右側(cè)的路基凍脹變形監(jiān)測(cè)為主水準(zhǔn)路線的轉(zhuǎn)點(diǎn)，采用二等水準(zhǔn)往返測(cè)的形式測(cè)量，以中視方式觀測(cè)另外2個(gè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并保證每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)往返測(cè)時(shí)是以相同的CPⅢ點(diǎn)測(cè)量?jī)纱巍Ｋ疁?zhǔn)路線附合到路基兩端橋梁的線上水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)上，并聯(lián)測(cè)路基中部涵洞或框構(gòu)橋上的水準(zhǔn)基點(diǎn)。

3）首次觀測(cè)應(yīng)編制好水準(zhǔn)線路圖，以后每次觀測(cè)均固定水準(zhǔn)路線，并且規(guī)定儀器的擺放位置。按路線固定觀測(cè)人員、儀器、標(biāo)尺，以增加觀測(cè)數(shù)據(jù)的可比性。

4）每次監(jiān)測(cè)完成之后，需對(duì)各期數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，形成單點(diǎn)、橫向及縱向變形圖，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)凍脹變形

4 結(jié)束語(yǔ)

哈齊鐵路客運(yùn)專線路基凍脹變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)環(huán)境惡劣，質(zhì)量要求高，監(jiān)測(cè)成果直接關(guān)系到高速鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，責(zé)任重大。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，精心設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案，使用先進(jìn)的高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀，嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)成果可靠；與地質(zhì)、路基及軌道等各專業(yè)對(duì)接，數(shù)據(jù)分析過(guò)程合理，結(jié)論可靠，與期望值吻合。經(jīng)專家驗(yàn)收，質(zhì)量達(dá)到優(yōu)秀，獲得黑龍江測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2014年優(yōu)秀測(cè)繪地理信息工程金獎(jiǎng)，對(duì)高寒地區(qū)鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)有指導(dǎo)和借鑒意義。

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