馬建新，蔣 政

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300031）

地鐵工程軌道鋪設(shè)工程中，通常采用控制基標(biāo)作為軌道鋪設(shè)基準(zhǔn)，因各控制基標(biāo)之間的相對(duì)位移關(guān)系難以形成整體，導(dǎo)致地鐵列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)顛簸、與軌道摩擦噪音大等問(wèn)題。CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量作為新興的測(cè)量技術(shù)，具有多測(cè)站重復(fù)測(cè)量、整網(wǎng)統(tǒng)一平差、CPⅢ控制點(diǎn)間相對(duì)精度高等優(yōu)點(diǎn)，被成功應(yīng)用于高鐵軌道施工中[1～3]。鄭州地鐵3號(hào)線(xiàn)為鄭州市第一條將CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于地鐵軌道鋪設(shè)的線(xiàn)路，本文介紹隧道區(qū)間、標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站CPⅢ控制網(wǎng)，單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)等網(wǎng)型優(yōu)化布設(shè)，就進(jìn)一步提高CPⅢ控制網(wǎng)的測(cè)量精度提出多種建議。

1 工程概況

鄭州地鐵3號(hào)線(xiàn)工程全線(xiàn)共有曲線(xiàn)段122個(gè)，最小曲線(xiàn)半徑300 m。CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)分2種：在隧道區(qū)間、標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站，CPⅢ控制點(diǎn)成對(duì)布設(shè)，點(diǎn)對(duì)縱向距離30~60 m，布設(shè)于隧道壁兩側(cè)或中隔墻與站臺(tái)廊檐上；在個(gè)別車(chē)站，因站臺(tái)板施工影響，站臺(tái)一側(cè)無(wú)法布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)，點(diǎn)位采用單邊形式布網(wǎng)。工程共布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)58.815 km，點(diǎn)位2 202個(gè)。

2 CPⅢ控制網(wǎng)特征分析

2.1 隧道區(qū)間及標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)及測(cè)量

選擇城東路站—未來(lái)大道站—鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)作為研究實(shí)例。見(jiàn)表1。

表1 城東路站—未來(lái)大道站—鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)特征 m

研究范圍內(nèi)共布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)64點(diǎn)，外業(yè)觀(guān)測(cè)時(shí)，每個(gè)任意設(shè)站觀(guān)測(cè)相鄰4對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)，每對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)在相鄰3個(gè)任意測(cè)站均能被觀(guān)測(cè)且設(shè)站距離最遠(yuǎn)CPⅢ控制點(diǎn)不超過(guò)120 m，間距600～800 m聯(lián)測(cè)一個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)。見(jiàn)圖1。

圖1 城東路站—未來(lái)大道站鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)布網(wǎng)及觀(guān)測(cè)

根據(jù)曲田等[4]及李建章[5]的研究分析，采用差分法三角高程原理可以極大提高CPⅢ控制點(diǎn)的高程測(cè)量精度，滿(mǎn)足城市地鐵軌道施工精度要求，CPⅢ控制點(diǎn)高程測(cè)量與平面測(cè)量同步進(jìn)行，在外業(yè)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)檢核合格后對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行平差。

城東路站—未來(lái)大道站—鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)任意設(shè)站控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)最大方向改正數(shù)2.64″，任意設(shè)站與起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)方向改正數(shù)最大值3.66″；距離改正數(shù)＜2 mm占總數(shù)的99.4%，任意設(shè)站控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)最大距離改正數(shù)1.87 mm，任意設(shè)站與起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)距離改正數(shù)2.89 mm；CPⅢ控制點(diǎn)最大點(diǎn)位中誤差2.57 mm，各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)均滿(mǎn)足地鐵軌道施工CPⅢ控制點(diǎn)的精度要求[6]。見(jiàn)表2。

表2 城東路站—未來(lái)大道站—鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)平面精度

研究區(qū)域內(nèi)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)共組成3個(gè)附合水準(zhǔn)線(xiàn)路，水準(zhǔn)線(xiàn)路閉合差均滿(mǎn)足二等水準(zhǔn)精度要求，平差后最弱點(diǎn)位中誤差0.94 mm，最大高差改正數(shù)0.95 mm，CPⅢ控制點(diǎn)高程精度滿(mǎn)足規(guī)范要求[6]。見(jiàn)表3。

表3 城東路站—未來(lái)大道站—鳳臺(tái)南路站區(qū)間左線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)高程精度

2.2 單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)及測(cè)量分析

唐恩奎等[7]對(duì)高速鐵路中單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量的可行性進(jìn)行研究，通過(guò)CAD仿真數(shù)據(jù)的計(jì)算及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算，驗(yàn)證單側(cè)CPⅢ網(wǎng)平面精度能滿(mǎn)足高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范的相關(guān)要求。在城市地鐵工程施工中，因地下結(jié)構(gòu)空間狹小，各工種施工沖突，導(dǎo)致常規(guī)CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)設(shè)難以開(kāi)展。鄭州地鐵3號(hào)線(xiàn)未來(lái)大道站右線(xiàn)，因站臺(tái)板施工影響，站臺(tái)板一側(cè)無(wú)法布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)，為不耽誤軌道安裝進(jìn)度，對(duì)車(chē)站內(nèi)CPⅢ控制點(diǎn)采用單側(cè)布網(wǎng)形式，在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，加密聯(lián)測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn)。見(jiàn)圖2。

圖2 未來(lái)大道站右線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)網(wǎng)型

未來(lái)大道站右線(xiàn)任意設(shè)站控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)最大方向改正數(shù)2.93″，任意設(shè)站與起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)方向改正數(shù)最大值3.42″；任意設(shè)站控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)最大距離改正數(shù)1.92 mm，任意設(shè)站與起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)最大距離改正數(shù)3.57 mm；最大點(diǎn)位中誤差2.77 mm，單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)平面點(diǎn)位精度滿(mǎn)足地鐵軌道施工精度要求[6]。見(jiàn)表4。

表4 未來(lái)大道站右線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)平面精度

研究區(qū)域內(nèi)高等級(jí)控制點(diǎn)共組成6個(gè)附合水準(zhǔn)線(xiàn)路，水準(zhǔn)線(xiàn)路閉合差均滿(mǎn)足二等水準(zhǔn)精度要求，平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差0.90 mm，最大高差改正數(shù)0.92 mm，單側(cè)形式CPⅢ控制點(diǎn)精度滿(mǎn)足規(guī)范要求[6]。見(jiàn)表5。

表5 未來(lái)大道站右線(xiàn)CPⅢ控制點(diǎn)高程精度

對(duì)比分析，單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量精度雖能滿(mǎn)足規(guī)范要求，但控制點(diǎn)精度略低于相同測(cè)量條件下點(diǎn)對(duì)布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)。

3 CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 測(cè)量標(biāo)志的統(tǒng)一

規(guī)范[6]要求CPⅢ強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志和標(biāo)志連接桿的加工誤差≯0.05 mm，控制點(diǎn)標(biāo)志重復(fù)性安裝誤差及互換性安裝誤差平面≯0.4 mm、高程≯0.2 mm。因地鐵工程線(xiàn)路較長(zhǎng)，為了節(jié)省軌道安裝工期，往往將線(xiàn)路分為多個(gè)標(biāo)段同時(shí)鋪軌，施工單位在選擇測(cè)量標(biāo)志預(yù)埋件及連接桿時(shí)，互不統(tǒng)一；同時(shí)由于不同測(cè)量標(biāo)志生產(chǎn)廠(chǎng)家因機(jī)床設(shè)備精度不同，導(dǎo)致不同標(biāo)段銜接處CPⅢ控制點(diǎn)測(cè)量精度差異。軌道施工完成后，車(chē)站內(nèi)部風(fēng)、水、電等工程施工及線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)后的軌道維修施工均需頻繁使用CPⅢ控制點(diǎn)，測(cè)量標(biāo)志預(yù)埋件及連接桿誤差為后續(xù)工程施工帶來(lái)極大不便。

為克服上述弊端，要求各工序施工過(guò)程中均采用同一家生產(chǎn)廠(chǎng)家、同一批機(jī)床生產(chǎn)的測(cè)量標(biāo)志，最大限度減少測(cè)量誤差。

3.2 測(cè)量粗差剔除

在CPⅢ控制網(wǎng)觀(guān)測(cè)值中往往會(huì)出現(xiàn)粗差，對(duì)平差結(jié)果影響非常大，在利用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)評(píng)估前，可以通過(guò)驗(yàn)算附合水準(zhǔn)閉合差的方式進(jìn)行粗差判斷、剔除，也可以通過(guò)對(duì)閉合圖形進(jìn)行探測(cè)找出粗差。

在地鐵工程CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量時(shí)，每對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)在相鄰3個(gè)任意設(shè)站均被觀(guān)測(cè)一次，因此可在公共邊上形成多個(gè)閉合圖形，通過(guò)閉合圖形閉合差可以直接判斷觀(guān)測(cè)值中是否含有粗差。閉合圖形包含橫向閉合差與縱向閉合差。在橫向點(diǎn)對(duì)m、n上可形成閉合圖形minj、mink、mjnk，如果在任意設(shè)站i測(cè)量過(guò)程中存在粗差，則閉合圖形mijn、mink閉合差超限而mjnk閉合差滿(mǎn)足限差要求，于是便可判定im、in兩觀(guān)測(cè)值中至少有一個(gè)存在粗差；同理，縱向點(diǎn)對(duì)也可構(gòu)成閉合圖形，點(diǎn)對(duì)m、p與任意設(shè)站i、j、k可構(gòu)成3個(gè)閉合圖形imjp、imkp、jmkp，通過(guò)驗(yàn)證3個(gè)閉合圖形的閉合差，判定任意設(shè)站觀(guān)測(cè)值中是否含有粗差。見(jiàn)圖3。

圖3 閉合差

通過(guò)相鄰任意設(shè)站與CPⅢ控制點(diǎn)判定粗差時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)測(cè)量?jī)x器的精度，設(shè)定每個(gè)閉合圖形的限差，每個(gè)三角高程觀(guān)測(cè)值經(jīng)過(guò)橫向加縱向3個(gè)以上的閉合圖形檢驗(yàn)，即可判斷觀(guān)測(cè)值是否存在粗差，進(jìn)而剔除粗差。

3.3 單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量

單側(cè)形式CPⅢ控制網(wǎng)相對(duì)于點(diǎn)對(duì)布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)平差后CPⅢ控制點(diǎn)精度有所降低，建議應(yīng)縮短CPⅢ控制點(diǎn)縱向距離，在每個(gè)任意設(shè)站能同時(shí)觀(guān)測(cè)到縱向6個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)最佳，當(dāng)任意設(shè)站附近有高等級(jí)測(cè)量控制點(diǎn)時(shí)，可逐站聯(lián)測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn)，以提高CPⅢ控制點(diǎn)精度。

4 結(jié)語(yǔ)

鄭州地鐵3號(hào)線(xiàn)布設(shè)的CPⅢ控制點(diǎn)測(cè)量精度較高，合格率100%。本文所提出的CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)網(wǎng)型優(yōu)化方法及CPⅢ控制網(wǎng)解算時(shí)粗差剔除方法，可廣泛應(yīng)用于地鐵工程軌道鋪設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量，為地鐵工程全生命周期健康監(jiān)測(cè)提供依據(jù)?！酢?/p>