梁寅 王俊東 王紅詠

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司 北京 100055）

軌道控制網(wǎng)在城市軌道交通工程中的應用

梁寅 王俊東 王紅詠

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司 北京 100055）

本文利用高鐵精密工程測量技術結合城市軌道交通施工及運營階段的技術特點，研究了基于城市軌道控制網(wǎng)的工程測量及軌道平順性調(diào)整的方法。通過實驗數(shù)據(jù)對比和分析可以看到：利用軌道控制網(wǎng)測量并進行軌道調(diào)整后，軌道的幾何狀態(tài)無論絕對精度還是相對精度均有顯著提高，反映平順性指標的“軌向”和“高低”提升尤為明顯。

城市軌道交通；軌道控制網(wǎng)；平順性

1 前言

軌道的不平順是引發(fā)振動與噪聲的主要因素之一。同時，它也將直接影響到列車的安全運行、乘客乘坐的舒適度、設備的使用壽命和養(yǎng)護費用。因此，軌道的穩(wěn)定性和平順性是城市軌道交通安全行車的基礎。

傳統(tǒng)的軌道施工及幾何狀態(tài)調(diào)整方法是基于精密導線的工作模式，由于導線測量單一的邊角測量方法，隨著線路的延伸容易導致角度及對中誤差的積累，造成成果精度的下降，影響軌道鋪設的平順性。

隨著高速鐵路及相關技術的快速發(fā)展和日漸成熟，將高鐵精密測量技術引入城市軌道交通建設與運營管理中已成為可能。本文結合城市軌道交通的特性，在原有高鐵精密測量技術（CPⅢ）的基礎上形成了一套針對城市軌道交通的軌道精密工程測量技術方法，即基于軌道控制網(wǎng)的軌道測量和幾何參數(shù)調(diào)整。新方法為提高軌道平順性質(zhì)量，實現(xiàn)減震、降噪、減少輪軌磨耗、確保安全運行、提高乘客乘坐的舒適度、延長設備使用壽命等經(jīng)濟和社會效益提供了可行的依據(jù)。

2 軌道控制點布設

城市軌道交通結構形式的多樣化，包括圓形隧道、矩形隧道、暗埋及敞開段、一體化高架、一般高架等眾多結構形式。軌道控制點應沿線路成對布設，布設時應考慮城市軌道交通結構型式、疏散平臺、電纜支架、電源箱、消防水管等設備安裝因素影響。

軌道控制點的埋設方式應根據(jù)結構形式制定，地下段一般埋設在隧道側墻或管片結構上?？刂泣c布設時應根據(jù)限界圖中線路設備的設計位置進行綜合比選，選擇結構穩(wěn)定、高度合適、便于控制網(wǎng)測量的位置進行布點?？刂泣c間距應根據(jù)線路線形進行，直線段或大半徑曲線約60m布設一對，小半徑曲線約40m布設一對，確保每站至少可觀測4對控制點（如圖1～4）。

圖1 地下單圓隧道區(qū)間段軌道控制點布設

圖2 地下矩形隧道段軌道控制點布設

圖3 高架區(qū)間段軌道控制點布設示意圖

圖4 車站軌道控制點布設示意圖

3 軌道控制網(wǎng)測量

軌道控制網(wǎng)與高鐵CPⅢ測量方法基本一致，但盾構隧道內(nèi)點位布設后無法放置水準尺，隧道內(nèi)控制網(wǎng)高程測量一般采用三角高程測量的方法進行。

3.1 軌道控制網(wǎng)平面測量

（1）軌道控制網(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。

（2）軌道控制網(wǎng)平面測量時，地下段應在每個車站或豎井、地面段及高架段每隔600～800m聯(lián)測一個高等級控制點，高等級控制點由地面控制點通過聯(lián)系測量方法引入。與平面起算點聯(lián)測時，應至少通過兩個或兩個以上自由測站進行聯(lián)測。

（3）平面測量數(shù)據(jù)計算與平差時，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。為保證控制網(wǎng)成果質(zhì)量，約束平差前應對采用的平面起算點進行精度檢核，采用檢核合格的起算點進行約束平差計算。

（4）區(qū)段之間銜接時，前后區(qū)段獨立平差重疊點坐標差值應≤±3mm。滿足該條件后，采用余弦平滑方法進行區(qū)段接邊處理。

圖5 軌道控制網(wǎng)平面測量示意圖

3.2 軌道控制網(wǎng)高程測量

（1）軌道控制網(wǎng)高程測量采用往返的水準測量方法進行，并附合于既有水準路線控制點上。測量過程中每1km左右應聯(lián)測一個水準控制點，水準路線閉合長度不宜大于2km。

（2）在高架段和直線敞開段，軌道控制網(wǎng)高程測量采用幾何水準測量的觀測方法，相鄰的兩對控制點之間應構成一個閉合環(huán)。

（3）在地下隧道段，軌道控制網(wǎng)高程測量可以利用平面測量的邊角觀測值，采用自由測站三角高程測量方法與平面測量合并進行。

三角高程測量的誤差方程可先假定兩相鄰控制點i和j的高程平差值分別為，近似高程分別為Xi0和Xj0，高程改正數(shù)分別為通過自由測站到控制點i和j的直接高差，計算i與j兩控制點之間的間接三角高差為hij，其改正數(shù)為vhij，則觀測值誤差方程為：

高程平差值等于近似高程加上其改正數(shù)，式（1）可改寫為：

整理式（1）可得相鄰控制點之間的間接三角高差誤差方程式：

式（3）中，hij的計算未考慮三角高程測量時球氣差的影響，若考慮球氣差的影響，則其誤差方程式為：

（4）高程測量可根據(jù)需要分段測量，分段測量的區(qū)段長度不宜小于2km，區(qū)段間重復觀測不應少于2對控制點。

（5）區(qū)段之間銜接時，前后區(qū)段獨立平差重疊點高程差值應≤±3mm。滿足該條件后，采用余弦平滑方法進行區(qū)段接邊處理。

4 基于軌道控制網(wǎng)的軌道施工精調(diào)

采用軌道控制網(wǎng)的坐標成果，利用軌道幾何狀態(tài)測量儀對軌排幾何形位調(diào)整，代替了既有軌道施工工藝中軌排調(diào)整時利用人工、機械道尺、直角道尺及弦線等精度控制方法，并增加了道床混凝土澆注后的軌道幾何狀態(tài)測量及長軌精調(diào)過程。

4.1 軌排的鋪設與粗調(diào)

按照既有施工工藝，在完成軌排組裝等一系列工作后，完成軌排的架設，即可利用軌道基礎網(wǎng)和軌道幾何狀態(tài)測量儀進行軌道粗調(diào)定位工作。

軌道幾何狀態(tài)測量儀采用“走—?！睖y量方法，即將軌道幾何狀態(tài)測量儀推動到待檢測部位，由計算機專業(yè)軟件計算當前軌道位置與設計位置的偏差，并將偏差量進行實時顯示，人工進行軌排平面、高程、超高的調(diào)整。

圖6 全站儀、軌檢小車基于軌道控制網(wǎng)進行鋪軌及粗調(diào)工作原理示意圖

4.2 軌道精調(diào)

軌道精調(diào)是在粗調(diào)的基礎上，進一步精確控制軌道的實際位置與理論位置的絕對偏移量，并在水平、軌距等軌道相對平順性的指標上進行優(yōu)化，使軌道鋪設質(zhì)量達到規(guī)范要求。

5 基于軌道控制網(wǎng)的長軌精調(diào)

5.1 軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

鋼軌鋪設焊接打磨完成后，即可基于軌道控制網(wǎng)，應用軌道幾何狀態(tài)測量儀進行軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。

5.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

此外，當前高職院校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)多以二級學院專業(yè)畢業(yè)學生為主，主要是以家庭支持或者校友合作進行。創(chuàng)新團隊主要還是基于親朋好友組建，沒有良好的互補專業(yè)背景的成員共同創(chuàng)建。因而，這樣的團隊在進行創(chuàng)業(yè)進行中，難以開展以專業(yè)為核心優(yōu)勢的創(chuàng)業(yè)方向。

對外業(yè)采集的鋼軌幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，得出基于左右軌逐個扣件位置的軌道調(diào)整量表，從而指導外業(yè)進行軌道精調(diào)。

平順性分析是軌道精調(diào)過程中的數(shù)據(jù)處理核心步驟，本著“先軌向，后軌距”，“先高低，后水平”的原則制定方案。“先軌向后軌距”，軌向的優(yōu)化通過調(diào)整高軌的平面位置來實現(xiàn)，低軌的平面位置利用軌距及軌距變化率來控制；單獨軌距超限只橫向調(diào)整低軌即可；“先高低后超高（水平）”，高低的優(yōu)化通過調(diào)整低軌的高程來實現(xiàn)，高軌的高程利用超高和超高變化率（三角坑）來控制；單獨水平超限只豎向調(diào)整高軌即可。

5.3 現(xiàn)場軌道調(diào)整

現(xiàn)場軌道調(diào)整是對外業(yè)采集的鋼軌幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，得出基于左右軌逐個扣件位置的軌道調(diào)整量表，外業(yè)再以此調(diào)整方案為基準，進行現(xiàn)場軌道扣件更換和調(diào)整，以達到軌道精調(diào)目的。

5.4 長軌精調(diào)作用

通過長軌精調(diào)，能夠?qū)壍肋M行更加精細化的調(diào)整，彌補前期工序的累計誤差等各種因素對軌道平順性造成的影響，因此可以說長軌精調(diào)是實現(xiàn)高平順性軌道建設的關鍵一環(huán)，具有不可替代的重要性，高速鐵路高平順性軌道的成功建設經(jīng)驗也證明了這一點。

6 軌道平順性比較實驗與數(shù)據(jù)分析

為比較既有施工方法與采用軌道控制網(wǎng)的鋪軌方法對軌道平順性作用，特對某市城市軌道交通采用不同技術的軌道交通線路通過軌道幾何狀態(tài)測量儀進行軌道幾何狀態(tài)檢測，以下為兩種測量方式控制鋪設的軌道進行平順性分析：

對既有軌道施工工藝鋪設的軌道進行檢測，其綜合評價表如表1所示。

表1 既有軌道施工工藝鋪設軌道檢測綜合評價表

對采用軌道控制網(wǎng)技術鋪設的軌道進行檢測，其綜合評價表如表2。

表2 采用軌道控制網(wǎng)技術鋪設的軌道檢測綜合評價表

兩種方法不合格率比較如圖7。

圖7 兩種方法不合格率數(shù)據(jù)對比

由表1～2和圖7可知，與既有鋪軌技術相比，采用軌道控制網(wǎng)技術后軌道幾何狀態(tài)的絕對精度和相對精度均有顯著提高。反映軌道平順性指標的“軌向”和“高低”提升尤為明顯，合格率由80%左右提高到95%以上。

7 結語

通過實驗對比和數(shù)據(jù)分析可以看到利用軌道控制網(wǎng)進行工程測量對軌道平順性的提高起到重要作用，良好的軌道幾何狀態(tài)對城市軌道交通列車的安全性和舒適性改善明顯，為運營后減少維修工作量打下了堅實的基礎。

[1]秦政國，陶利，王豐林.高鐵CPⅢ技術在地鐵鋪軌工程中的應用分析[J].現(xiàn)代測繪，2013（01）.

[2]張克林.淺談高鐵CPⅢ網(wǎng)控制測量技術在城市軌道工程施工中的應用[J].科學之友，2013（05）.

[3]王知章，潘正風，劉冠蘭.三角高程測量在高鐵特大橋無砟軌道施工測量中的應用[J].工程勘察，2009（6）.

[4]劉成龍，楊雪峰，盧建康，何波.高速鐵路CPⅢ三角高程網(wǎng)構網(wǎng)與平差計算方法[J].西南交通大學學報，2011，46（3）：434～450.

[5]王鵬，潘正風.高速鐵路軌道平順性與軌道控制網(wǎng)精度關系的探討[J].測繪信息與工程，2011（04）.

[6]葛忠土.軌道平順性與測量精度[J].地理空間信息，2009（04）.

[7]盧義.高速鐵路隧道洞內(nèi)無砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)測設[J].鐵道勘察，2011（02）.

TP273

A

1004-7344（2016）09-0139-03

2016-3-11