客運專線隧道內CPⅡ控制測量方法探討

金 鴻

0 引言

為滿足客運專線行車高速、高可靠性和旅客舒適度的要求對軌道的平順性要求很高,對采用無砟軌道鋪設,對各等級測量提出了非常高的要求。雖然《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定》對隧道外CPⅠ,CPⅡ精密控制網測量有嚴格技術規定,而隧道內CPⅡ控制測量作業方法和操作步驟沒有明確規定,隧道內CPⅡ控制測量方法探討結合秦東隧道內CPⅡ控制測量實例,介紹隧道內CPⅡ控制測量具體實施。

1 實例

秦東隧道全長7684 m,是鄭西客運專線隧道中3個重點控制工程之一,位于陜西省潼關縣境內。隧道所經區域主要為黃土臺塬區,黃土臺塬頂平坦,開闊,整體上南高北低,多有村莊道路分布,均為農田。隧道洞口坡面黃土沖溝較發育,無大規模不良地質,沖溝穩定,坡面整齊,自然坡約 50°,洞頂均為荒地、坡地,植被稀疏。秦東隧道進口位于陜豫兩省交界處的楊家村坡地下,出口位于潼洛溝內,進出口交通便利。

1.1 隧道內平面控制網設計與觀測

1.1.1 選點布網

CPⅡ導線布設及測量參考《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定》等相關規范,并根據本項目實際情況進行精度估算,秦東隧道采用二等導線網進行測量,考慮秦東隧道無砟軌道的整體鋪設,經過優化設計,秦東隧道CPⅡ導線點整體布設,按二等導線網的要求進行測量。二等導線網基本技術指標見表1。

CPⅡ按精密導線網布設:在洞外CPⅠ的基礎上自隧道進出口沿線路方向在隧道洞內布設,秦東隧道一般按照間隔800 m布設對點。

表1 二等導線網

秦東隧道CPⅡ控制點編號為 QDCPⅡ01～QDCPⅡ19,共計19個,控制點均遵循由小里程向大里程順序編號原則,構成了整個隧道的平面控制網,見圖1。

1.1.2 埋石

CPⅡ控制點布設充分考慮后續施工的影響及減少旁折光的影響,布設在距離洞壁1 m多干擾較少的電纜槽上,標志采用鉆孔錨固法埋設。CPⅡ控制點標志均采用直徑20mm長30mm的不銹鋼材料,下部采用普通鋼筋焊接而成。其頂部為圓球形并刻0.5mm深的十字分劃絲,便于平面點和高程點共用。

1.1.3 觀測

1)CPⅡ測量按二等導線技術要求進行,每個洞口聯測2個CPⅠ控制點,附合在洞外 CPⅠ控制點上。2)采用 LEICA TCA2003測量機器人全站儀施測,儀器測角標稱精度為0.5″,測距標稱精度為1mm+1 ppm,導線測量采用機載程序伺服馬達自動測量并記錄,測回數為6個測回。其水平方向觀測值與距離觀測值的各項限差如表2,表3所示。

表2 水平方向觀測限差 (″)

表3 邊長觀測限差

洞內CPⅡ施測前對儀器設備進行常規檢校,施測期間進行了經常性檢校,施測時加強對中整平和照明工作。用于氣象改正的溫度、氣壓數據,在每測站測定一次,氣象觀測時待氣壓計、溫度計與周圍環境一致后測記氣象數據,避免氣壓計、溫度計受日光曝曬和輻射。測距邊氣象改正通過全站儀設置自動進行。

1.1.4 數據處理

1)每天數據觀測完畢對數據進行整理,對各項限差進行計算檢核,合限的角度、平距等數據求取平均值,在控制閉合環邊數(4～6)的前提下,對個別超限的角度進行了剔除,對可構成環的數據進行閉合差的檢驗,對不滿足限差的數據進行分析,需要時進行了返工重測。2)數據處理時,外業平距進行了高程歸化和高斯投影改化,所有角度閉合差和邊長閉合差滿足要求后采用專業平差軟件進行計算,本次平差采用武漢大學的COSWIN軟件進行計算。

1.1.5 平面控制網平差及精度評定

在鄭西客運專線工程坐標系下平差后,秦東隧道洞內CPⅡ導線各項限差均滿足技術設計的二等導線要求。

從平差結果看測量成果精度指標均滿足相關規范及技術設計的要求。

1.2 隧道內高程控制網的設計與觀測

1.2.1 選點與布網

結合本工程實際,在隧道洞內布設二等水準點,建立無砟軌道施工范圍內的高程控制網。秦東隧道洞內二等水準點均按不大于 2km布設,與洞內CPⅡ導線點公用,秦東隧道共布設11個水準點。

1.2.2 水準觀測

二等水準采用兩臺Leica NDA03電子水準儀,3 m銦瓦條碼水準尺,自動觀測記錄,采用單路線往返觀測。儀器經過國家專業檢測部門檢定,并在開工前和作業期間進行常規檢驗和經常性檢查,保證儀器工作狀態良好。

按照國家二等水準測量精度要求進行施測,水準觀測時,采用大于5 kg的鑄鐵尺墊立尺轉點,使用尺撐扶尺。由于洞內光線較暗,觀測時將水準尺尺面一定范圍用光源均勻照亮,以便儀器能夠正常讀數。

1.2.3 數據處理

平差前進行了測段往返測高差不符值、附合路線閉合差檢核和每千米高差中偶然中誤差計算;往返測高差不符值限差滿足不大于秦東隧道洞內二等水準測量以全線貫通二等水準測量點CPⅠ001,CPⅠ003為約束起算點,在本段測量數據滿足不大于的前提下進行平差計算。

每千米水準測量偶然中誤差按下式計算:

其中,Δ為測段往返測高差不符值,mm;L為測段長度,km;n為測段數。

1.2.4 高程控制網平差及精度評定

高程控制網平差采用清華三維平差軟件計算,精度指標見表4。

表4 二等水準測量精度指標

從表4中可以看出,本隧道的高差閉合差均滿足規范要求,綜合每千米水準測量偶然中誤差0.37mm≤±1.0mm,滿足規范的要求。

1.3 平面及高程控制網分析

測量精度指標表明此次測量精度高,完全滿足有關技術規范和工程施工應用的要求。

2 結語

鄭西客運專線秦東隧道內CPⅡ控制網的觀測成果質量優良,測量精度高,完全滿足有關技術規范和工程施工應用的要求。

[1] TB 10101-99,新建鐵路工程測量規范[S].

[2] GB 12897-91,國家一、二等水準測量規范[S].

[3] GB/T 15314-94,精密工程測量規范[S].

[4] 鐵建設[2006]189號,客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定[S].

[5] 鐵建設[2007]47號,新建時速度300km～350km客運專線鐵路設計暫行規定(上、下)[S].

[6] 王國梁.高速公路隧道施工監控量測[J].山西建筑,2009,35(31):320-321.