160 km/h有砟鐵路軌道控制網(wǎng)建立新方法研究

2016-04-13 03:32:36顏廷祥

鐵道勘察 2016年1期

顏廷祥

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京　100055)

顏廷祥

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京100055)

160 km/h Ballasted Railway Track Control Network Establish Research New Methodologies

YAN Tingxiang

摘要在160 km/h標準鐵路建設(shè)中，規(guī)范要求將軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)布設(shè)在路肩，并采用導線方式建網(wǎng)，這種做法存在點位容易破壞、設(shè)站精度較低、使用不方便等弊端。提出基于抱箍方式進行“之”字形CPⅢ建網(wǎng)的方法。通過工程實踐驗證，該方法具有操作簡便、設(shè)站精度高、使用方便、易于推廣等特點，可以在160 km/h新建或既有運營鐵路的建網(wǎng)工作中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞抱箍軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)平面精度高程精度

1概述

在鐵路建設(shè)階段，軌道線形的平順性是依據(jù)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，通過軌道精調(diào)來實現(xiàn)；在運營期間，軌道線形的平順性也是依據(jù)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，通過相應(yīng)軌道精調(diào)來維持。因此，軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)建立與維護是保證軌道平順性重要因素。

2160 km/h軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)現(xiàn)狀

目前，我國鐵路建設(shè)按設(shè)計時速標準區(qū)分為三個層次：250km/h～350 km/h高速鐵路、200 km/h客貨共線有砟鐵路以及160 km/h及以下鐵路。對于200 km/h及以上鐵路，其軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)的建設(shè)已有明確的規(guī)范規(guī)定，整體已經(jīng)比較成熟；而160 km/h及以下鐵路，規(guī)范要求軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)采用導線方式布設(shè)，導線點間距為150～200 m。采用導線法有以下弊端：①測量作業(yè)時需進行對中，相比自由設(shè)站，對中會占用較多的時間，且會引起對中誤差。在運營期，各種測量作業(yè)都需在天窗時間內(nèi)完成，且每次天窗時間又較短，若因?qū)χ卸黾用空镜臏y量時間，會造成時間上不必要的浪費并影響作業(yè)效率。②導線點直接埋設(shè)在路肩，點位極易被破壞和遮擋，任何點的破壞都會造成該點處無法進行全站儀設(shè)站，從而影響軌道測量作業(yè)。

現(xiàn)階段，我國鐵路工務(wù)部門也正因為“天窗較短，效率較低”而無法快速進行鐵路養(yǎng)護，亟需盡快通過技術(shù)創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新提升線路養(yǎng)護的效率和質(zhì)量。不久的將來，我國鐵路工務(wù)系統(tǒng)也會逐步實現(xiàn)“邊測量邊搗固”的模式，而導線點埋設(shè)在路肩，無法為這種模式提供有效的控制基準。160 km/h的軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)若按照點對建立，則會造成在接觸網(wǎng)桿上設(shè)置CPⅢ點多、測量精度要求高、費用也較高等問題。

鑒于以上諸多弊端，引入自由設(shè)站的理念，并為后期自動化養(yǎng)護作業(yè)奠定基礎(chǔ)，從精度、效率、經(jīng)濟性及使用便利性等角度綜合考慮，提出160 km/h鐵路采用基于抱箍方式的“之”字形軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)建網(wǎng)方式。

3“之”字形軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)點位的埋設(shè)

在橋梁及隧道地段，采用常規(guī)的鉆孔預埋件方式；在路基地段，為兼顧點位穩(wěn)定性及埋設(shè)便利性、經(jīng)濟性，提出采用抱箍電氣化桿預埋件的方式；點位構(gòu)成“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)，相比點對形式的CPⅢ控制網(wǎng)，埋點數(shù)量減少一半。

3.1“之”字形CPⅢ點位的布設(shè)要求

CPⅢ布網(wǎng)的技術(shù)要求如表1。

表1　CPⅢ控制網(wǎng)基本要求

3.2基于抱箍方式的點位埋設(shè)

根據(jù)電氣化桿的類型，選用不同的抱箍埋設(shè)方式。抱箍件設(shè)計尺寸、埋設(shè)情況及所用的棱鏡如圖1、圖2及圖3所示。

圖1　方形及圓形電氣化桿抱箍設(shè)計尺寸(單位：mm)

圖2　方形及圓形電氣化桿抱箍現(xiàn)場

圖3　抱箍件配套使用的棱鏡

3.3編號與標示

CPⅢ點號按照公里數(shù)遞增進行編號，其點號反映里程數(shù)，處于線路里程增大方向軌道左側(cè)的CPⅢ編號為奇數(shù)，處于線路里程增大方向軌道右側(cè)的CPⅢ編號為偶數(shù)，具體如表2所示。特殊地段的CPⅢ埋設(shè)應(yīng)根據(jù)實際情況做必要的說明。

表2　CPⅢ編號

4“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)測量及數(shù)據(jù)處理

4.1“之”字形CPⅢ平面測量

(1)“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)測量采用自由測站邊角交會的方法，每個自由測站至少觀測6個CPⅢ控制點。其間距約為110 m，最遠距離不大于180 m。每個CPⅢ控制點至少保證有2個自由測站的方向和距離觀測量(見圖4)。

圖4　CPⅢ平面測量

(2)采用全圓方向觀測法進行觀測，距離觀測采用多測回距離觀測法。在每站觀測時，需進行溫度和氣壓改正。

(3)CPⅢ平面控制網(wǎng)每隔1 km左右聯(lián)測一個CPⅠ點、CPⅡ點或加密CPⅡ點。與上級控制點聯(lián)測時，至少通過兩個或兩個以上自由測站進行聯(lián)測，如圖5所示，聯(lián)測時觀測視距小于300 m。

圖5　與CPⅡ加密點聯(lián)測示意

(4)CPⅢ需要分段測量時，相鄰區(qū)段間需重疊6個CPⅢ點，區(qū)段之間搭接處需進行約束平差。

4.2“之”字形CPⅢ高程測量

采用與平面測量同時進行的自由測站三角高程測量方法。外業(yè)觀測完成后，將三角高程觀測值組合成如圖6所示的高差閉合環(huán)，并進行環(huán)閉合差檢查。使用水準儀將水準加密點高程聯(lián)測到附近的CPⅢ點上，以形成附合于高程控制點的路線，附合路線長度不大于3 km。

圖6　自由測站三角高程網(wǎng)示意

4.3“之”字形CPⅢ觀測技術(shù)要求

(1)平面測量

采用全圓方向觀測法進時，水平方向觀測應(yīng)滿足表3的規(guī)定。

表3　水平方向觀測的技術(shù)規(guī)定　(″)

距離觀測應(yīng)滿足表4的規(guī)定。

表4　距離觀測的技術(shù)規(guī)定　mm

(2)高程測量

除滿足平面測量的要求外，還應(yīng)滿足表5的規(guī)定。

表5　自由設(shè)站三角高程外業(yè)觀測主要技術(shù)規(guī)定

4.4“之”字形CPⅢ數(shù)據(jù)處理

(1)平面數(shù)據(jù)處理

外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核合格后，以聯(lián)測的CPⅡ加密點為起算數(shù)據(jù)，進行自由網(wǎng)和約束網(wǎng)平差計算，自由網(wǎng)平差及約束網(wǎng)平差主要技術(shù)要求如表6及表7所示。

表6　自由網(wǎng)平差主要技術(shù)規(guī)定

表7　約束網(wǎng)平差主要技術(shù)規(guī)定

區(qū)段銜接時，需比較相鄰區(qū)段獨立平差重疊點的坐標差值，坐標較差滿足≤±6 mm時，后一區(qū)段采用本區(qū)段聯(lián)測的CPⅠ點、CPII點或加密CPⅡ點及重疊段前一區(qū)段連續(xù)的1～3個CPⅢ網(wǎng)點作為約束點進行平差計算。平差后，其余未約束的重疊CPⅢ點在前后區(qū)段坐標差值滿足≤±1.5 mm時，坐標成果采用上一區(qū)段成果。

(2)高程數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計環(huán)閉合差和附合路線閉合差，計算每km高差偶然中誤差和每km高差全中誤差。參照四等水準測量要求，高程指標應(yīng)符合表8的技術(shù)要求。

表8　CPⅢ高程測量數(shù)據(jù)處理的精度規(guī)定　mm

注：表中L為往返測段、附合或環(huán)線的水準路線長度/km。

三角高程網(wǎng)采用聯(lián)測的加密高程控制點進行約束平差，平差后各項精度指標要求見表9。

表9　高程測量平差后的精度要求

區(qū)段銜接時，前后區(qū)段獨立平差后重疊點高程差值應(yīng)≤±6 mm。滿足要求以后，后一區(qū)段應(yīng)采用本區(qū)段的起算點及重疊段前一區(qū)段連續(xù)的1～2個高程成果進行約束平差計算。

5工程實例

按照上述方法，在某160 km/h的新建鐵路上進行建網(wǎng)作業(yè)，并選用其中一段5 km長的CPⅢ原始觀測數(shù)據(jù)進行計算及數(shù)據(jù)分析。建網(wǎng)作業(yè)時，采用標稱精度±1″及±(1+1×10-6D)mm的全站儀，CPⅡ網(wǎng)點縱向間距1 000 m左右。

5.1平面精度統(tǒng)計

經(jīng)過平差計算，平面精度統(tǒng)計如表10及表11所示。