蔡子民

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 項目概述

中衛(wèi)至蘭州鐵路位于寧夏回族自治區(qū)和甘肅省境內(nèi)，線路北起寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市，向南經(jīng)白銀市（平川區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、白銀區(qū)）及蘭州市（皋蘭縣、蘭州新區(qū)），引入中川城際樹屏線路所。線路全長219.707km，其中寧夏自治區(qū)境內(nèi)46.249km，甘肅省境內(nèi)173.458km。

中衛(wèi)至蘭州鐵路是京蘭高速客運通道的重要組成部分，可加快形成我國西北地區(qū)連接華北、東北地區(qū)的便捷快速客運通道，同時，也是“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展核心區(qū)域內(nèi)的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，是一條區(qū)際性客運專線。

依據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》要求，軌道鋪設(shè)前，需要進(jìn)行CPⅢ測量。據(jù)此，對中衛(wèi)至蘭州鐵路進(jìn)行CPⅢ測量工作。具體工作內(nèi)容如下：（1）CPⅡ控制網(wǎng)加密測量；（2）三等水準(zhǔn)點加密測量；（3）CPⅢ平面控制網(wǎng)測量；（4）CPⅢ高程控制網(wǎng)測量。

2 關(guān)于精密控制網(wǎng)測量技術(shù)的概述

“精密控制網(wǎng)測量技術(shù)”顧名思義，是指高速鐵路建設(shè)中針對線路上控制網(wǎng)的“精密測量”工藝?？刂凭W(wǎng)測量作為高速鐵路線上勘測工程的核心內(nèi)容，建設(shè)方需應(yīng)用“精密控制網(wǎng)測量技術(shù)”，構(gòu)建“線路控制網(wǎng)”，為項目的施工測量、工程勘察提供參考標(biāo)準(zhǔn)，確保高速鐵路項目內(nèi)各項測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。精密控制網(wǎng)測量過程中，建設(shè)方可通過提升路段內(nèi)“高程控制網(wǎng)”“平面控制網(wǎng)”的精度，區(qū)分控制網(wǎng)等級等方式，靈活地將精密控制網(wǎng)測量技術(shù)融入項目建設(shè)方案內(nèi)，滿足我國高速鐵路線上控制網(wǎng)精密測量的基本要求。

3 高速鐵路線上的精密控制網(wǎng)測量技術(shù)分析

3.1 準(zhǔn)備工作

3.1.1 評測鐵路線下工程質(zhì)量

高速鐵路項目中，軌道鋪設(shè)時對施工后各項子工程的質(zhì)量要求高，所以在實施CPⅢ控制網(wǎng)測量技術(shù)時，還應(yīng)針對性地評測鐵路線下的工程質(zhì)量，如“工后沉降”“工后變形”。確定各項測量技術(shù)符合鐵路軌道質(zhì)量要求后，方可正式進(jìn)入控制網(wǎng)精密測量環(huán)節(jié)。

3.1.2 CPⅡ控制網(wǎng)加密測量

為在高速鐵路項目施工建設(shè)中，有效地應(yīng)用“精密控制網(wǎng)測量技術(shù)”，建立符合項目預(yù)期要求的“CPⅢ基樁網(wǎng)”，建設(shè)方還應(yīng)積極推進(jìn)CPⅡ控制網(wǎng)加密測量工作，為后期觀察、測量CPⅢ基樁網(wǎng)創(chuàng)造有利條件。在本項目中，CPⅡ點均在鐵路線上的橋梁段、路基段、隧道段進(jìn)行加密埋設(shè)。

埋設(shè)CPⅡ加密點時，施工人員可運用“強(qiáng)制對中標(biāo)志”，保證加密點的精度。對于CPⅡ加密點的埋設(shè)而言，可用的對中標(biāo)志有“測量儀器連接盤”“預(yù)埋件”。其中，預(yù)埋件是指埋入鐵路線上施工現(xiàn)場的部分，主體材料為不銹鋼，預(yù)埋件在與測量儀器銜接后，施工方可將GPS天線，其他測量儀器裝設(shè)在預(yù)埋件上，使CPⅡ加密點的對中精度優(yōu)于0.1mm。

正式測量CPⅡ加密點時，應(yīng)借助GPS對加密點進(jìn)行測量。一方面，使用雙頻GPS接收機(jī)觀測CPⅡ控制網(wǎng)，儀器標(biāo)稱精度應(yīng)高于5mm+1ppm。另一方面，使用GPS測量方法對CPⅡ加密點進(jìn)行施測，實際測測量精度、測量等級要求，如表1所示。

表1 CPⅡ加密點GPS測量的技術(shù)要求

3.2 點位埋設(shè)

完成CPⅡ加密點測量、埋設(shè)工作后，應(yīng)通過三等水準(zhǔn)點加密測量的方式，在高速鐵路項目的“路基段”“橋梁段”“隧道段”設(shè)置“線路水準(zhǔn)基點”，同時，確保各路段水準(zhǔn)基點的間距不超過2km。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)方可根據(jù)高速鐵路線上精密測量技術(shù)，確定布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)的相關(guān)要求。

3.2.1 布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)

本項目中，CPⅢ的測量方法是自由測站邊角交會，縱向網(wǎng)點間距應(yīng)保持在50～70m一對，橫向點間距范圍為10～20m。鐵路線上路基地段的CPⅢ網(wǎng)點通常會布設(shè)在接觸網(wǎng)桿基座上。如圖1所示。

橋梁段CPⅢ點則需要成對地布設(shè)在墩臺頂部橋梁固定支座端正上方的防撞墻頂中部，偏差不應(yīng)大于0.1m。隧道路段中的CPⅢ點往往需要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，穩(wěn)定地布設(shè)在隧道襯砌上，為后續(xù)的無砟軌道施工創(chuàng)造有利條件。

3.2.2 埋設(shè)CPⅢ控制點

基于精密控制網(wǎng)測量技術(shù)，埋設(shè)高速鐵路線上的CPⅢ點時，其棱鏡組件屬于精加工元器件，主要材料為耐腐蝕、防生銹的不銹鋼材料制作。本項目中的CPⅢ控制點標(biāo)志主要有預(yù)埋件、棱鏡測量桿、水準(zhǔn)測量桿、測量棱鏡，施工人員應(yīng)重復(fù)安置控制點標(biāo)志，且X、Y、Z三方向安裝時的精度應(yīng)分別小于0.4mm、0.4mm、0.2mm。

正式埋設(shè)CPⅢ控制點時，應(yīng)將各組件安裝在便于測量、穩(wěn)固的地方。選定CPⅢ控制點埋設(shè)點時，可在該位置橫向、縱向的鉆孔，然后插入CPⅢ控制點的標(biāo)志預(yù)埋件，使用化學(xué)凝固劑將其固定在該區(qū)域，同時，用白色油漆、紅色油漆設(shè)置“點號標(biāo)識”。

3.2.3 CPⅢ控制點埋設(shè)方案

（1）路基段。確定CPⅢ控制點后，施工人員可將該點位的預(yù)埋件與路基接觸網(wǎng)桿共同澆筑，以此提升該點位預(yù)埋件的穩(wěn)定性，并從高速鐵路的路基原接觸網(wǎng)區(qū)域，縱向擴(kuò)展0.3m，基礎(chǔ)埋深應(yīng)增加0.5m?；A(chǔ)面擴(kuò)展完畢后，使用規(guī)格為φ200mm的PVC管鉆入承臺，澆筑出直徑為0.2m的圓墩柱，使其成為CPⅢ點永久性安裝平臺。圓墩柱內(nèi)部可增設(shè)鋼筋4根，鋼筋長度分別為12mm，放置到指定位置后利用鋼模進(jìn)行澆筑工作，讓CPⅢ的元器件能夠埋入圓墩柱內(nèi)。監(jiān)測柱體質(zhì)量時，若存在“下錨”“拉線”問題，施工人員在擴(kuò)大基礎(chǔ)面時，還應(yīng)錯開該點位的重錘位置。

（2）橋梁段。埋設(shè)高速鐵路線上橋梁段的CPⅢ控制點時，其埋入位置分別集中在橋梁路段的“簡支梁”“連續(xù)梁”“大跨連續(xù)梁”以及橋梁的特殊結(jié)構(gòu)上。首先，分別在橋梁段32m長簡支梁、24m長的簡支梁上布設(shè)CPⅢ控制點，梁上每2孔應(yīng)設(shè)置2個CPⅢ點，每個CPⅢ點之間的距離通常為64m、48m、56m。簡支梁長度為24m時，可結(jié)合實際情況，適當(dāng)?shù)臏p少CPⅢ控制點，如每3孔布設(shè)一對CPⅢ控制點。

其次，普通的連續(xù)梁上，CPⅢ控制點往往會設(shè)置在橋梁固定端的上面。但不同跨度的連續(xù)梁，其CPⅢ控制點的數(shù)量、間距會有著明顯差異性。通常情況下，連續(xù)量跨度保持在50～80m時，一定跨度內(nèi)應(yīng)均勻地設(shè)置一對及一對以上的CPⅢ點。應(yīng)用精密控制網(wǎng)測量技術(shù)，復(fù)測CPⅢ點時，施工人員應(yīng)全面地復(fù)核連續(xù)梁段，并確保復(fù)測環(huán)境與初次施測的環(huán)境相同。

最后，高速鐵路上橋梁跨度、結(jié)構(gòu)設(shè)計的差異性會改變CPⅢ點的布設(shè)要求，所以針對跨度非常大的連續(xù)梁，以及特殊橋梁結(jié)構(gòu)，施工方需適當(dāng)?shù)卦黾覥PⅢ點之間的距離，點位的實際距離應(yīng)小于90m。正是測量時，盡管點位間距過大，但還應(yīng)在相同的環(huán)境參數(shù)下測量，測量結(jié)束后，盡快鋪板，并注意控制點處橋梁荷載的變化。

（3）隧道段?；诟咚勹F路線上精密控制網(wǎng)測量技術(shù)，隧道段內(nèi)CPⅢ點的布設(shè)在強(qiáng)調(diào)元器件穩(wěn)定性的同時，布設(shè)方法應(yīng)參考現(xiàn)場情況。在本項目中，施工人員將埋設(shè)點集中在隧道兩側(cè)，埋設(shè)前提前鑿出安裝孔，孔徑、孔深分別為25mm、60mm。實際開孔位置通常處于鐵路軌道外軌的頂面30cm處，相鄰CPⅢ點的間距為60m。觀測時，施工人員可將元器件插入基座，擰緊螺母，觀測結(jié)束后，需要使用軸套保護(hù)蓋蓋上該點位。

3.3 控制網(wǎng)的測設(shè)

待CPⅡ、CPⅢ點埋設(shè)結(jié)束，且控制點的技術(shù)要求、強(qiáng)度符合預(yù)期要求后，施工人員應(yīng)及時進(jìn)行控制網(wǎng)測設(shè)工作，具體思路如下。

3.3.1 儀器軟件制備

使用角度測量精度、測距測量精度分別小于等于±1″、±1mm +2ppm的全站儀標(biāo)稱，以及Leica GPR121高精度金屬外殼棱鏡作為CPⅢ控制網(wǎng)的測量棱鏡，觀測CPⅡ、CPⅢ控制點。正是測量前，應(yīng)提前檢驗、校對全站儀及其棱鏡，確定其在有效檢定期后，開始測量控制網(wǎng)。

3.3.2 測量CPⅢ控制網(wǎng)

（1）平面測量CPⅢ控制網(wǎng)。評估高速鐵路線下工程質(zhì)量后，加密、復(fù)測全線路段內(nèi)的CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)，控制網(wǎng)內(nèi)各點位合格后，測設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)測設(shè)。具體的測量方法是通過“自由測站邊角交會”的方式，分別觀測CPⅢ點，測試間距為120m，點位之間的測量間距最大應(yīng)不超過180m，并且各個點位的測量三個自由測站的方向和距離觀測量。為使CPⅢ平面控制網(wǎng)觀測工作高效完成，可采用“網(wǎng)形測量”的方式，提升控制點的觀測效率，如圖2所示。在此過程中，CPⅢ點自由測站的距離為60m，每測站可滿足8個CPⅢ點的觀測要求。

（2）聯(lián)測CPⅠ、CPⅡ控制點。平面測量CPⅢ控制網(wǎng)時，施工人員每隔600m還應(yīng)同時測量一個CPⅠ、CPⅡ控制點，聯(lián)測CPⅠ、CPⅡ控制點時，平面內(nèi)各個控制點的觀測距離應(yīng)小于300m。

（3）測量CPⅢ高程控制網(wǎng)。使用棱鏡對CPⅢ控制點的高程進(jìn)行測量，具體測量方法是將棱鏡的水準(zhǔn)測量桿直接插入套筒內(nèi)，獲得測量數(shù)據(jù)后減去測量桿的半徑值?；诰芸刂凭W(wǎng)測量技術(shù)，CPⅢ高程控制網(wǎng)需要應(yīng)用“單程精密水準(zhǔn)”測量技術(shù)，采集測量區(qū)域內(nèi)的“水準(zhǔn)基點”后，聯(lián)測三個及以上的水準(zhǔn)基點，檢核測量精度。為節(jié)約測量技術(shù)，提升測量效率，本項目采用“矩形法”對CPⅢ高程控制網(wǎng)的水準(zhǔn)進(jìn)行測量。

測量完畢后，建設(shè)方可借助鐵道部主管部門評審合格的軟件，即《鐵路工程精密控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)》，分別計算高速鐵路路段內(nèi)CPⅢ控制網(wǎng)數(shù)據(jù)和平差。通常情況下，重疊測量后CPⅢ點的獨立平差應(yīng)小于等于±4.5mm，若測量CPⅢ控制網(wǎng)高程時，施工人員根據(jù)“三等水準(zhǔn)基點”作為平差起算數(shù)據(jù)時，嚴(yán)密固定數(shù)據(jù)的約束平差取位分別為各測站高差0.1mm、高程1mm、往（返）測高差總和0.1mm等。

4 結(jié)語

綜上所述，高速鐵路作為我國城市交通的重要組成部分，路線本身的舒適性、平順性尤為重要。因此，為將高速鐵路軌道線上的沉降、變形誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，還需利用“精密控制網(wǎng)測量技術(shù)”，規(guī)范地布設(shè)CPⅢ控制點，加強(qiáng)CPⅢ控制網(wǎng)的觀測，保證我國高速鐵路項目中無砟軌道的實際精度，建設(shè)符合社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的高質(zhì)量高速鐵路。