李春雷，楊占明，王思玥

(1.陜西國鐵工程咨詢管理有限公司,陜西 西安 710000; 2.中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司西安站,陜西 西安 710005)

0 引言

鐵路大中型建設(shè)項(xiàng)目需要經(jīng)過預(yù)可、可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)幾個階段,與其對應(yīng)鐵路工程測量分為初測、定測和補(bǔ)充定測階段,勘測設(shè)計(jì)周期少則幾個月、多則數(shù)年,各階段線路方案不穩(wěn)定,變化頻繁?？睖y設(shè)計(jì)階段主要用到鐵路精測網(wǎng)CPI,規(guī)范[1-4]要求“CPI控制網(wǎng)宜在初測階段建立,困難時可在定測前完成”。精測網(wǎng)要求沿線路中線兩側(cè)1 km以內(nèi)布設(shè),控制點(diǎn)標(biāo)石規(guī)格較大。若在初測階段建立,后期定測、補(bǔ)充定測過程,線路方案不斷優(yōu)化,會發(fā)生多次變化,精測網(wǎng)布設(shè)若隨線路方案動態(tài)實(shí)施,會造成大量標(biāo)石廢棄,造成勘測成本增加。為節(jié)省成本,本文探索采用二期建網(wǎng)方式,即先以小規(guī)格標(biāo)石、低精度、低密度方式建立初測控制網(wǎng)用于勘測設(shè)計(jì),線路方案在通過各級審查基本穩(wěn)定以后,再按正常精度等級建立精測網(wǎng)。這種模式兩期網(wǎng)成果不可避免地存在差異,精測網(wǎng)與既有工程匹配成為主要研究問題,另外,勘測設(shè)計(jì)過程中,參與單位多、各階段人員不一樣,職責(zé)分工不明確、工序交叉、設(shè)計(jì)接口環(huán)節(jié)多,測量專業(yè)人員的工程概念不強(qiáng)、設(shè)計(jì)專業(yè)人員認(rèn)識不到位,兩期網(wǎng)成果差異的處理成為“三不管”工程,很容易被忽視,也會給后期施工帶來影響。

文獻(xiàn)[5-9]中的精測網(wǎng)均是在定測前建立,設(shè)計(jì)文件所用測量資料是以定測前的CPI為基準(zhǔn),與精測網(wǎng)匹配一致,不存在定測資料差異,不會出現(xiàn)與既有工程不匹配現(xiàn)象。而兩期建網(wǎng)的成果差異會在起終點(diǎn)與既有鐵路接軌時,產(chǎn)生錯位、錯臺,不能平順銜接;在沿線上跨或下穿既有鐵路、公路等既有工程時,造成凈空高度不足,甚至橫向建筑限界不足;鐵路車站在與地鐵站、機(jī)場航站樓等并場時的地上地下一體工程協(xié)調(diào)匹配難實(shí)施,既有橋墩可利用性評估不可靠,新建鐵路偏心,行車安全難保障。

目前,勘測單位按規(guī)范要求,一般在定測前建立精測網(wǎng),沒有專門針對兩期建網(wǎng)的研究文獻(xiàn),文獻(xiàn)[10]的精測網(wǎng)重建服務(wù)對象為既有鐵路,文獻(xiàn)[11]的精測網(wǎng)改造是屬于既有精測網(wǎng)的升級改造,所有交叉工程已經(jīng)竣工,既有工程測量資料與精測網(wǎng)是匹配的。為解決兩期建網(wǎng)模式下的精測網(wǎng)與既有工程的匹配問題,本文首先對兩期控制網(wǎng)成果差異產(chǎn)生的原因,對平面放樣錯位、高程放樣錯臺影響進(jìn)行分析,總結(jié)出對工點(diǎn)的具體影響,得出精測網(wǎng)與工程匹配應(yīng)采取的對策措施。并對既有工程匹配測量方法進(jìn)行探討,為類似實(shí)際工程提供參考。

1 兩期成果差異原因及工程影響分析

1.1 兩期成果差異原因分析

精測網(wǎng)建立過程中,勘測單位常采用二期建網(wǎng)方式實(shí)施,總結(jié)分析多個項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),產(chǎn)生兩期網(wǎng)成果差異主要有以下幾方面因素:

1)測量精度等級不同:初測網(wǎng)精度低,精測網(wǎng)精度高。

2)起算點(diǎn)成果不同期:勘測周期間隔時間長,精測網(wǎng)建立時,初測網(wǎng)聯(lián)測的國家點(diǎn)成果發(fā)生變化,原成果國家點(diǎn)已更新。

3)起算點(diǎn)不一致:初測網(wǎng)利用四等點(diǎn)起算,精測網(wǎng)利用二等以上控制點(diǎn)起算。

4)測量誤差累計(jì)影響:國家點(diǎn)(起算點(diǎn))稀疏,兩起算點(diǎn)間路線越長,中部控制點(diǎn)兩期成果差異越大。

5)初測網(wǎng)無法甄別出起算點(diǎn)點(diǎn)位變化:初測采用四等網(wǎng),閉合差限差閥值大,閉合差檢查符合要求,起算點(diǎn)穩(wěn)定可用。而精測網(wǎng)采用二等,閉合差限差閥值小,相同的閉合差,在精測網(wǎng)下檢查時則不能滿足要求,初測起算點(diǎn)不能采用。

6)兩次測量誤差及點(diǎn)位變化的影響:初測網(wǎng)、精測網(wǎng)間隔時間長,點(diǎn)位可能發(fā)生變化,即使采用同精度復(fù)測,因測量誤差影響,兩期成果也存在差異。

7)高程成果計(jì)算方式不同:精測網(wǎng)二等水準(zhǔn)高差需要進(jìn)行正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正,而初測四等水準(zhǔn)采用直接高差計(jì)算。

1.2 放樣位置錯位、錯臺分析

初測階段,初測控制網(wǎng)、地形圖的坐標(biāo)系參數(shù)與國家標(biāo)準(zhǔn)一致,即:采用3度帶0 m投影面。定測前,按初測線路方案,進(jìn)行精測網(wǎng)坐標(biāo)系分帶設(shè)計(jì),將初測網(wǎng)成果、地形圖按分帶參數(shù)實(shí)施轉(zhuǎn)換,用于開展定測、補(bǔ)充定測工作,對既有工程進(jìn)行坐標(biāo)、高程測量并反映在分帶地形圖上。設(shè)計(jì)專業(yè)根據(jù)既有工程位置,定位中線。因此,各專業(yè)設(shè)計(jì)文件均是基于初測網(wǎng)及分帶地形圖。

在精測網(wǎng)建立時,精測網(wǎng)成果坐標(biāo)參數(shù)與坐標(biāo)系分帶設(shè)計(jì)保持一致,地形圖與設(shè)計(jì)中線不變,施工交樁時移交精測網(wǎng)成果及設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)成果。施工時,利用精測網(wǎng)將設(shè)計(jì)中線放樣到地面后,由于兩期網(wǎng)成果差異,與既有工程相對關(guān)系發(fā)生變化,直接表現(xiàn)為平面錯位、高程錯臺。若不對定測設(shè)計(jì)文件基于精測網(wǎng)進(jìn)行修正,則下穿或上跨既有工程時,會造成橫向建筑限界或凈空高度不足問題。

某鐵路定測時線路中線需從兩建筑物中間穿過,DK3+500的中線設(shè)計(jì)坐標(biāo)(X1,Y1),由初測網(wǎng)實(shí)測兩側(cè)既有建筑物坐標(biāo)后確定,在設(shè)計(jì)圖中確定與初測控制點(diǎn)1號(Xc1,Yc1)、2號(Xc2,Yc2)的相對關(guān)系為Sc,βc。施工時,DK3+500中線理論坐標(biāo)也為(X1,Y1),與定測一致,采用精測網(wǎng)坐標(biāo)成果放樣時,撥角值βj、放樣距離Sj,實(shí)地定出B點(diǎn),因Sj不等于Sc,βj不等于βc,造成實(shí)地錯位,施工線位與既有建筑相對關(guān)系不一致。平面放樣位置錯位表現(xiàn)方式,見圖1。

定測時,從水準(zhǔn)點(diǎn)BM5(初測高程Hc)測量既有鐵路K8+500的軌頂標(biāo)高為H0,其高差為h0=H0-Hc。設(shè)計(jì)時,此位置的抬落道量為0 m,其設(shè)計(jì)高程HS=H0。采用精測網(wǎng)成果施工放樣時,從水準(zhǔn)點(diǎn)BM5(精測網(wǎng)高程為Hj),放樣K8+500高程HS,相當(dāng)于放樣高差值為hf=H0-Hj,由于兩期網(wǎng)存在高程差異Hc不等于Hj,導(dǎo)致h0不等于hf,在實(shí)地造成高程錯臺,與既有鐵路不能平順銜接,當(dāng)線路下穿既有立交橋涵時出現(xiàn)凈空高度不足問題,見圖2。

1.3 兩期網(wǎng)差異對既有工程影響分析

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)多個實(shí)際工程項(xiàng)目,平面差異最大為0.15 m,高程差異最大為0.35 m,鐵路工程勘測設(shè)計(jì)中,兩期網(wǎng)成果差異對既有工程影響主要體現(xiàn)在以下幾方面:

1)接軌處不能平順銜接。起、終點(diǎn)或中間接入既有車站,軌對軌銜接時平面、高程不能順接,并行接入時,與既有軌道不平行,不能滿足線間距或等高要求。

2)既有車站站臺邊定位不準(zhǔn)、軌頂高程不準(zhǔn),造成站臺橫向限界、站臺高度不滿足要求,甚至侵限。

3)下穿、上跨鐵路、公路、管道、渡槽等既有工程處,凈空不足。

4)下穿立交橋涵處,橫向建筑限界不足。

5)車站與地鐵站、機(jī)場航站樓并場時,地上地下一體工程協(xié)調(diào)匹配難以實(shí)現(xiàn)。

6)需要利用既有橋墩時,橋墩位置、墩頂高程數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,可利用性評估不可靠,可能造成新建鐵路偏心。

7)新設(shè)計(jì)鐵路高程與既有并行鐵路或在建鐵路軌頂高程不匹配。

綜上分析,兩期網(wǎng)成果存在差異不可避免、差異大小無法預(yù)測,在實(shí)際工程實(shí)踐中,應(yīng)制定一些對策措施,避免產(chǎn)生較大差異。

2 精測網(wǎng)與既有工程匹配措施

2.1 作業(yè)過程控制

精測網(wǎng)與既有工程匹配措施主要體現(xiàn)為前期策劃、后期處理[12]。為保障兩期網(wǎng)成果差異最小,勘測設(shè)計(jì)時應(yīng)注重過程控制,主要包含資料收集、銜接基準(zhǔn)聯(lián)測、實(shí)施過程的精心策劃幾方面。精測網(wǎng)建立時,在重要工程處及每隔一段距離(8 km)聯(lián)測初測控制點(diǎn),獲取兩期網(wǎng)成果差異,并且設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)在施工圖設(shè)計(jì)前根據(jù)平面、高程差異大小,確定是否對定測成果實(shí)施修正。各過程的主要注意事項(xiàng)見圖3。

2.2 接軌成果與精測網(wǎng)相匹配

新建鐵路設(shè)計(jì)的起、終點(diǎn)與既有工程相連接,接軌鐵路種類比較復(fù)雜,有普速鐵路、高速鐵路、城際鐵路及城市地鐵等,接軌形式有軌對軌銜接、新增股道、或地上地下立體重疊交叉,接軌處設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量關(guān)鍵取決于勘測成果與精測網(wǎng)匹配程度[13]。

接軌處一般處于運(yùn)營鐵路上,由于上道測量手續(xù)煩瑣,受制于鐵路調(diào)度安排,作業(yè)時機(jī)、工作時間不能自主決定,工作效率非常低。接軌處上道測量應(yīng)做到一次到位,與精測網(wǎng)精度匹配。對既有車站內(nèi)或線上原有控制點(diǎn)應(yīng)實(shí)施移設(shè),引測到站外或線下供精測網(wǎng)時聯(lián)測,并作為精測網(wǎng)約束基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)接軌成果與精測網(wǎng)的匹配,匹配過程見圖4。

2.3 精測網(wǎng)與已/在建工程匹配

鐵路工程線路長,沿線交叉工程多,控制性地物、既有工程種類多,有沿線接入的既有車站工程、已建或預(yù)留橋墩的利用工程、并行在建工程、上下一體的公鐵兩用橋梁工程、接入機(jī)場或地鐵的地上地下共位一體工程等,均應(yīng)保證精測網(wǎng)與既有工程相對關(guān)系匹配一致,匹配措施見圖5。

3 既有工程匹配測量方法

精測網(wǎng)與既有工程相對關(guān)系匹配一致,應(yīng)結(jié)合既有工程的特點(diǎn)與精度要求確定,歸納起來主要有以下幾方面:

1)接軌處要求平順銜接。普速鐵路可以采用全站儀或RTK測量中線坐標(biāo),高程應(yīng)采用水準(zhǔn)測量方式而不能采用RTK方式。高速鐵路應(yīng)復(fù)測CPⅡ,CPⅢ后,采用基于CPⅢ控制網(wǎng)的軌檢小車方式測量中線坐標(biāo)、高程,不能采用RTK方式測量。

2)車站站臺邊、岔心定位要求精確,應(yīng)采用全站儀+棱鏡支架或三角架+光電三角高程測量的方式進(jìn)行,不能采用RTK方式測量。

3)下穿、上跨鐵路、公路、管道、渡槽等既有工程處或與既有隧道(先期段)。應(yīng)結(jié)合高程測量精度要求、設(shè)計(jì)凈空富裕程度選擇合理的方式,可采用RTK或水準(zhǔn)測量或全站儀光電三角高程方式;或基于洞控制網(wǎng)成果,采用地面三維激光掃描方式[14-15],獲取凈空斷面成果,全站儀無棱鏡[16-17]方式進(jìn)行檢測。

4)下穿立交橋涵處,橋下空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,測量位置、凈空高度要求準(zhǔn)確,涉及線路方案的可行性。應(yīng)基于精測網(wǎng),采用全站儀無棱鏡或地面三維激光掃描方式獲取橋下空間的三維數(shù)據(jù)[18-20]。不能采用RTK目估定向、皮尺量距、解析幾何法定位橋墩、利用結(jié)構(gòu)高度推算橋下凈空。

5)鐵路車站與地鐵站、機(jī)場航站樓并場時的地上地下一體工程,公鐵兩用橋梁地段、與既有鐵路或在建鐵路并行工程等,項(xiàng)目的協(xié)調(diào)匹配難度大,需要共用地形圖設(shè)計(jì),共用平面、高程控制網(wǎng)施工,接入、引出處的轉(zhuǎn)換關(guān)系可采用GNSS靜態(tài)聯(lián)測方式,不能采用RTK方式進(jìn)行。

6)需要利用既有橋墩時,橋墩位置、墩頂高程數(shù)據(jù)涉及線路定位、建筑限界符合性檢查,要求精度高。測量工作應(yīng)基于CPⅡ或CPⅢ成果進(jìn)行,平面位置采用全站儀測量坐標(biāo),高程采用水準(zhǔn)儀或光電三角高程方式測量,不能采用RTK方式進(jìn)行。

4 結(jié)論與建議

按現(xiàn)行規(guī)范要求時機(jī)建立精測網(wǎng),勘測成本高。經(jīng)過本文對精測網(wǎng)采用兩期建網(wǎng)方式討論,明確了精測網(wǎng)與既有工程的匹配方法,提出了可以在線路設(shè)計(jì)方案完全穩(wěn)定后再實(shí)施精測網(wǎng)建立工作,能夠降低造標(biāo)埋石費(fèi)用,節(jié)省勘測成本。經(jīng)過多年工程實(shí)踐驗(yàn)證表明,本文作業(yè)模式可行,效果良好,可為其他鐵路勘測單位優(yōu)化精測網(wǎng)生產(chǎn)組織模式提供借鑒經(jīng)驗(yàn),并作為修訂、完善鐵路工程測量規(guī)范精測網(wǎng)建立時機(jī)提供技術(shù)應(yīng)用條件依據(jù)。

采用二期建網(wǎng)模式時,建議在勘測設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)初測、精測起算點(diǎn)一致。出現(xiàn)不同期國家點(diǎn)時,接軌點(diǎn)附近宜采用不同期國家點(diǎn)的混合試算或進(jìn)行新成果歸化,避免出現(xiàn)斷高及線路中線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2)起、終點(diǎn)接軌測量時,應(yīng)進(jìn)行線上CPⅡ,CPⅢ、二等水準(zhǔn)復(fù)測,并先建立首、末段精測網(wǎng),移設(shè)線上并聯(lián)測線下控制點(diǎn)作為后期精測網(wǎng)建立的約束基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)線下、線上控制網(wǎng)為一體。

3)勘測時,重要工點(diǎn)位置附近平面、高程留點(diǎn),供精測網(wǎng)建立時聯(lián)測。在施工圖設(shè)計(jì)工作開展前將平面、高程留點(diǎn)差異提交設(shè)計(jì)專業(yè),協(xié)助設(shè)計(jì)專業(yè)確定是否對勘測設(shè)計(jì)文件進(jìn)行修正。