王曉凱

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102699)

2018年太青高鐵即將竣工通車，這也意味著中國鐵路框架網(wǎng)的建設(shè)即將全部完成，已進(jìn)入收官階段。自2005年京津城際開工建設(shè)到今天，我國的高速鐵路技術(shù)發(fā)展已經(jīng)穩(wěn)健地邁入了成熟期，在“引進(jìn)-消化吸收-再創(chuàng)新”戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，高鐵技術(shù)的國產(chǎn)化取得了累累碩果，形成了一系列自主的知識產(chǎn)權(quán)，創(chuàng)造了獨一無二的中國高鐵品牌。2017年3月20日，國家發(fā)改委正式發(fā)布了“八縱八橫”的路網(wǎng)規(guī)劃：計劃到2020年，隨著一批重大標(biāo)志性項目的建成投產(chǎn)，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到15萬km，其中高速鐵路3萬km，覆蓋80%以上的大城市。在我國高鐵持續(xù)穩(wěn)定高速發(fā)展的情形下，進(jìn)一步消化吸收前期建設(shè)經(jīng)驗，對完善各階段技術(shù)、生產(chǎn)、運營的標(biāo)準(zhǔn)化管理十分有意義。

2009年，鐵道部發(fā)布了《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009)。通過京滬、哈大、京石武等多條高鐵的實踐證明：所采用的標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)受住了勘察、設(shè)計、施工、運營全階段的考驗，驗證了其科學(xué)性、先進(jìn)性、適用性和可靠性。但在一些細(xì)節(jié)方面，仍然存在著一些需要改進(jìn)的地方。比如控制網(wǎng)建網(wǎng)時機與前期設(shè)計脫節(jié)，控制網(wǎng)設(shè)計單純考慮自身網(wǎng)形未顧及施工實際情況等。

1 建網(wǎng)時機

傳統(tǒng)鐵路工程控制網(wǎng)是在初測階段建立低等級控制網(wǎng)，方案穩(wěn)定后另行開展精密工程測量，存在著初測控制基準(zhǔn)產(chǎn)生的設(shè)計文件與施工基準(zhǔn)文件不一致的情況，常會出現(xiàn)土石方量偏差大、上跨下穿凈空不足等隱患。新建鐵路的比選方案較多，在方案不穩(wěn)定時直接建立全套精密測量控制體系不經(jīng)濟。因此，在參考傳統(tǒng)測量控制工序的基礎(chǔ)上，對各個階段的建網(wǎng)時機進(jìn)行了如下的規(guī)定：

(1)CP0控制網(wǎng)應(yīng)在初測前采用GNSS測量方法建立，全線一次性布網(wǎng)，統(tǒng)一測量，整體平差[1]。

(2)CPⅠ控制網(wǎng)宜在初測階段建立，困難時應(yīng)在定測前完成，全線應(yīng)一次布網(wǎng)，統(tǒng)一測量，整體平差[1]。

(3)CPⅡ控制網(wǎng)宜在定測階段完成，采用GNSS測量或?qū)Ь€測量方法實測[1]。

CP0建網(wǎng)時間的選擇：我國高鐵建設(shè)初期，國家控制網(wǎng)不完善且精度不足，因此規(guī)范要求在初測階段建立CP0。2008年7月1日我國正式啟用2000國家大地坐標(biāo)系后，國家網(wǎng)精度差的情況在絕大多數(shù)地區(qū)已經(jīng)不復(fù)存在，因此該條規(guī)定在今天也就不一定完全適宜?，F(xiàn)階段我國高速鐵路及干線鐵路網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模，采用兩端既有鐵路的控制基準(zhǔn)，直接實現(xiàn)路網(wǎng)控制平順搭接的方式可能更加有效合理。

“CPⅠ控制網(wǎng)宜在初測階段建立”是為了防止初測勘察設(shè)計資料與施工階段控制網(wǎng)資料不一致而規(guī)定的。初測階段比選方案眾多，此時實施精密測量會造成較大的成本浪費；另外，從初測到開工會經(jīng)歷較長時間，在這個階段建立起的控制網(wǎng)，往往會出現(xiàn)大區(qū)段的控制樁毀壞，甚至?xí)霈F(xiàn)控制網(wǎng)功能局部喪失的情況。隨著國家CORS基準(zhǔn)站建設(shè)的逐步完善，這方面的矛盾也有了根本性的解決方案。目前，我國有27個省市建成了平均站間距40～70 km的省級CORS網(wǎng)，其余省份也已列入規(guī)劃。各鐵路設(shè)計院在多條鐵路勘察設(shè)計過程中開展的CORS技術(shù)應(yīng)用證明：在鐵路初測階段，CORS技術(shù)的精度足以保證勘察設(shè)計應(yīng)用，且生產(chǎn)效率也會大大提高。

因此，合理的推薦方案應(yīng)當(dāng)為：在初測前對線路資料進(jìn)行分析，明確本線采用的框架控制網(wǎng)基準(zhǔn)；在2000國家控制不足或CORS基站無法覆蓋的區(qū)域，采用GNSS測量方法建立CP0控制網(wǎng)，并與國家A、B級GNSS控制點聯(lián)測；初測可以采用CORS完成，待方案基本穩(wěn)定后，全線建立CPⅠ并進(jìn)行定測(如表1)。

表1 精密測量控制網(wǎng)不同工序優(yōu)缺點比較

隨著全國測繪地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度越來越高，密度越來越大，尤其是連續(xù)運行參考站系統(tǒng)CORS的建設(shè)越來越成熟完善，為測量工作帶來了巨大的便捷和精度保障，在高速鐵路精密測量控制方面，傳統(tǒng)的流程體系已經(jīng)出現(xiàn)了一定的缺陷，應(yīng)當(dāng)在實施過程中做一些調(diào)整。

2 控制網(wǎng)布網(wǎng)

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定CPⅠ控制網(wǎng)為每隔4 km布設(shè)1個GNSS控制點。經(jīng)歷過施工期及運營期，可能會出現(xiàn)控制樁丟失的情況，直接影響到線路控制網(wǎng)CPⅡ和軌道基準(zhǔn)網(wǎng)CPⅢ的復(fù)測穩(wěn)定性判斷，也會進(jìn)一步影響到軌道結(jié)構(gòu)的長波不平順維護(hù)。因此，建議CPⅠ按對點埋設(shè)在受施工干擾較小的區(qū)域。

隨著GNSS-RTK技術(shù)的引進(jìn)，使得精度要求不高的線下施工不再依賴于全站儀施工放樣，作業(yè)模式的改變使得鐵路控制網(wǎng)點間的通視要求在局部地段已經(jīng)不再是硬性條件(山區(qū)隧道段除外)；同樣，控制點距線路中線的要求也應(yīng)該有所變化，應(yīng)當(dāng)側(cè)重于點位的維護(hù)及GNSS的作業(yè)方便。因此，GNSS控制網(wǎng)的布網(wǎng)要求在規(guī)范限定中應(yīng)該有所優(yōu)化調(diào)整：CPⅠ基礎(chǔ)控制網(wǎng)建議為每隔4 km布設(shè)1對(對點盡量垂直線路方向布設(shè))，間距由當(dāng)前的50～1 000 m調(diào)整為400～1 000 m；CPⅡ線路控制網(wǎng)建議由當(dāng)前的50～200 m調(diào)整為200～400 m；CPⅡ線上加密控制點應(yīng)布設(shè)于鐵路建設(shè)限界內(nèi)?？刂凭W(wǎng)布設(shè)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮周邊控制點的位置情況，使整條鐵路控制網(wǎng)的分布及控制更加合理。

3 水準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性控制

控制網(wǎng)平面觀測采用人工干預(yù)少、穩(wěn)定性強的GNSS作業(yè)，成果較為可靠。而高程測量過程中，受到國家控制基準(zhǔn)、地域沉降、穿越隧道、跨越江河等諸多影響，存在的問題較多。在高速鐵路精密測量控制工作中，水準(zhǔn)測量的質(zhì)量保證以及數(shù)據(jù)處理方式的合理與否至關(guān)重要。已經(jīng)建成高鐵的運營復(fù)測數(shù)據(jù)分析表明，許多地段存在著較為嚴(yán)重的沉降情況，甚至導(dǎo)致了鐵路限速。在這些地區(qū)，如果沒有穩(wěn)定的控制點，控制網(wǎng)復(fù)測往往會出現(xiàn)控制基準(zhǔn)穩(wěn)定性無法判定的情況。為了在這些區(qū)段進(jìn)行變形監(jiān)測，必須要從可靠的穩(wěn)定控制點(國家基巖點)引出，監(jiān)測工作往往費時、費力。

《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》中沒有對鐵路高程控制網(wǎng)中深埋及基巖點進(jìn)行要求。在京津城際、京滬高速鐵路實施過程中，由于沿線地質(zhì)條件非常復(fù)雜，存在多個不均勻沉降漏斗區(qū)，有些地方地表沉降非常嚴(yán)重，因此采用了深埋水準(zhǔn)基點的控制方式。多次復(fù)測證明，相對于地面控制標(biāo)石，深埋點具有顯著的抗沉降性，可為鐵路的運營、維護(hù)、監(jiān)測提供長效的高程基準(zhǔn)支持。因此，《高速鐵路工程測量規(guī)范》對深埋標(biāo)石做了如下的要求：在地表沉降不均與及地質(zhì)不良地區(qū)，宜按每10 km設(shè)置一個深埋水準(zhǔn)點，每50 km設(shè)置一個基巖水準(zhǔn)點。基巖水準(zhǔn)點和深埋水準(zhǔn)點應(yīng)盡量利用國家或其他測繪單位埋設(shè)的穩(wěn)定基巖水準(zhǔn)點和深埋水準(zhǔn)點[1]。

因此，在地表沉降不均勻與及地質(zhì)不良地區(qū)，基巖水準(zhǔn)點應(yīng)當(dāng)作為線路水準(zhǔn)基點的高一級控制點，每50 km設(shè)置一個。深埋水準(zhǔn)點是線路水準(zhǔn)基點的同級控制點，但其較之一般水準(zhǔn)點抗沉降性好，在控制網(wǎng)復(fù)測過程可作為區(qū)段穩(wěn)定性判斷的重要依據(jù)。深埋水準(zhǔn)點可以選擇穩(wěn)定的老舊建筑基礎(chǔ)、大型橋臺基礎(chǔ)等替代；也可以選擇國家或其他測繪單位埋設(shè)的基巖、水準(zhǔn)點作為深埋控制樁(不兼容的情況下可不采用原國家控制成果，僅作為本條線路的深埋控制)。

4 長大隧道貫通后水準(zhǔn)控制網(wǎng)的處理

高速鐵路精密測量控制網(wǎng)在勘察設(shè)計階段建立。在跨越大江大河及長大隧道時，水準(zhǔn)采用繞行觀測或者跨河觀測的方式。橋梁鋪架施工完成或隧道貫通后，對水準(zhǔn)測量而言，新的貫通條件產(chǎn)生了，路線會大大縮短，在一定范圍內(nèi)的閉合精度也會大大提高。以某山區(qū)鐵路隧道高程控制為例：設(shè)計隧道長度約10 km，受地形及交通條件影響，水準(zhǔn)繞行路線達(dá)到100 km。按照二等水準(zhǔn)的觀測方法實施，隧道貫通前符合路線閉合差限差為40.0 mm；貫通后限差為12.6 mm，精測網(wǎng)高程在隧道貫通后可能會產(chǎn)生斷高。若前期未做任何附加考慮，甚至在隧道貫通測量之前進(jìn)行了隧道段的精密測量，將會給后期施工造成較大的影響。因此，在此類特殊的施工條件下，必須對工點的精密測量進(jìn)行專項設(shè)計。

(1)根據(jù)水準(zhǔn)繞行設(shè)計觀測成果計算隧道兩端高程控制點間閉合差。

(2)根據(jù)斜井閉合條件、貫通路線及水準(zhǔn)限差估算貫通后兩端高程控制點間閉合差；每公里水準(zhǔn)測量的全中誤差按下式計算

(1)

式中W——經(jīng)過各種改正后的水準(zhǔn)環(huán)閉合差/mm；

L——水準(zhǔn)環(huán)線周長/km；

N——水準(zhǔn)環(huán)數(shù)。

依據(jù)式(1)，取MW=2，N=1，L=10，則可計算出水準(zhǔn)閉合差W=6.3 mm；

(3)計算最不利情況下產(chǎn)生的最大斷高值：

H閉合=H繞行-H貫通

放樣施工及無砟軌道施工應(yīng)預(yù)留斷高調(diào)整段。

(4)完成貫通測量后，根據(jù)貫通測量水準(zhǔn)閉合情況設(shè)置施工斷高，并在局部范圍內(nèi)與兩端精測網(wǎng)相協(xié)調(diào)一致。在竣工測量中，全線精密測量控制網(wǎng)統(tǒng)一平差，消除斷高，并根據(jù)最新的精測網(wǎng)成果對線路情況進(jìn)行復(fù)測并評估，必要時進(jìn)行豎曲線的二次設(shè)計。

類似的情況還包括：大型江、河的跨河橋施工水準(zhǔn)貫通測量；無砟軌道過渡段施工(道岔板施工精調(diào)、道岔安裝后的前后順接)；地鐵區(qū)間高程貫通測量等。

5 結(jié)束語

《高速鐵路工程測量規(guī)范》頒布實施已近10年，隨著測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及干線工程由建設(shè)期向運營期的轉(zhuǎn)變，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，建立系統(tǒng)權(quán)威的完整測繪基準(zhǔn)。控制網(wǎng)復(fù)測更新后的成果如何更加有效安全地應(yīng)用于鐵路工務(wù)精調(diào)，提高線路的平順優(yōu)化水平等尚需進(jìn)一步研究。綜上所述，對我國高速鐵精密測量控制技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的系統(tǒng)研究非常必要，有助于保證高速鐵路的測量精度，提高施工、運營期間的測量效率和質(zhì)量，節(jié)約成本，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。