V形天窗既有鐵路CPⅢ技術方案探討

張金魁

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

?

V形天窗既有鐵路CPⅢ技術方案探討

張金魁

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

由于既有鐵路運營V形天窗的特殊性，在天窗時間無法跨線測設點對式自由測站邊角交會軌道控制網(CPⅢ)。提出單側布點自由測站邊角交會測設CPⅢ的解決方案，并在工程項目中與點對式CPⅢ進行測量對比實驗。數據對比分析表明，其成果的各項精度指標可以滿足既有200 km/h運營鐵路軌道控制網的精度要求。

鐵路工程測量V形天窗軌道控制網(CPⅢ)單側CPⅢ網

為滿足鐵路高速度、高密度、高可靠性、高效率運輸組織目標的實現，許多既有200 km/h運營鐵路干線的軌道、接觸網、特殊構筑物檢修均由垂直天窗改為V形天窗。V形天窗是指當一條正線停電維修時，另一條正線仍可以通過正方向運行列車，或由列車調度員根據調整列車運行的需要，組織反方向或者改按單線行車，增加列車在中間站停留等天窗的列車數和時間，提高列車旅速和區間通過能力。為保證作業人員的人身安全，V形天窗期間既有運營鐵路上嚴禁跨線作業。在天窗時間無法跨線測設點對式自由測站邊角交會軌道控制網(CPⅢ)的情況下，提出單側布點自由測站邊角交會測設CPⅢ(單側CPⅢ網)的解決方案。

1　網形設計

1.1標石埋設

根據既有運營鐵路特點，路基段CPⅢ點可直接安裝在線路兩側接觸網立柱上。為了避免破壞立柱結構，CPⅢ標識采用抱箍的方式安裝，按照接觸網立柱形式選取抱箍件(圓形/方形)，采用專用工具將預埋件擰緊固定，然后涂抹植筋膠固定(如圖1所示)。橋梁、隧道、既有車站段落CPⅢ點埋設與高鐵規范中CPⅢ埋設方式一致。

圖1　CPⅢ抱箍件安裝

1.2平面網形

受鐵路運營無法跨線作業所限，平面網形設計為單側布點的單側CPⅢ網，平面測量仍采用自由測站邊角交會的方法，每個自由測站觀測6個CPⅢ點，全站儀在CPⅢ點同側線路中心置鏡，自由測站間距一般為120 m，觀測CPⅢ點的最遠距離不應大于180 m，每個CPⅢ點至少可保證有3個自由測站的方向和距離觀測量，其基本網形見圖2。通視條件困難時，自由測站間距可縮減到60 m，每個測站觀測4個CPⅢ點，每個CPⅢ點至少保證4個方向和4個距離的交會(圖3)。每隔600 m左右聯測一個CPⅡ點，至少通過兩個或兩個以上自由測站聯測，觀測視距不宜大于300 m。

圖2　單側CPⅢ網平面測量網形示意

圖3　測站間距為60 m的單側CPⅢ網平面測量網形示意

1.3高程網形

單側CPⅢ網高程測量采用自由測站三角高程測量方法，與單側CPⅢ網平面測量合并進行，采用不同測站所測得相鄰點的高差，按相鄰3個CPⅢ點構建三邊高程閉合環的方法進行構網并附合于加密水準點(如圖4)，每3 km與加密水準點按精密水準測量要求進行聯測。

圖4　單側CPⅢ網自由測站三角高程網構網

2　單側CPⅢ網測量

圖4　左線單側CPⅢ網測量與點對式CPⅢ網測量坐標差

單側CPⅢ網平面測量水平方向采用全圓方向觀測法進行觀測，水平方向觀測技術要求應滿足表1的規定。由于V形天窗既有運營鐵路嚴禁跨線作業，CPⅢ平面采取單側網測量，其主要技術要求見表2。CPⅢ高程采用自由測站三角高程測量方法與平面測量一并進行，用于構建單側CPⅢ網自由測站三角高程的觀測值，除滿足平面測量的外業觀測要求外，還應滿足表2的要求。

表1　單側CPⅢ網平面測量水平方向觀測技術要求

V形天窗單側CPⅢ網數據處理與點對式CPⅢ相同。在外業測量實施過程中還需注意以下幾個問題：

表2　單側CPⅢ網自由測站三角高程外業觀測主要技術要求

(1)接觸網桿上的抱箍CPⅢ點要避開墜砣、負載錘、高矮信號機等設備，滿足相鄰點間通視，涂抹植筋膠要均勻、全面，保證CPⅢ標志穩定并方便工務部門軌道檢修使用。

(2)CPⅢ控制點高差采用CPⅢ控制網自由測站三角高程測量獲取，對全站儀性能要求較高，建議采用0.5″及以上儀器，并定期檢校i角、豎直角等精度指標。

(3)V形天窗鐵路對向股道時常有列車通過，全站儀CPⅢ設站腳架應架設在道碴上(架設于軌枕上，列車駛過時氣泡會跑偏)，認真輸入CPⅢ點號和棱鏡常數，減少內業數據檢查工作。

(4)根據觀測條件可在外業適當增加1個測回，可提高V形天窗CPⅢ數據精度，降低返工率。

3　實驗對比

現場測量試驗選取某客專有砟段K272～K278作為試驗區段，V形天窗時間為：上行線22：00～2：00，下行線2：20～5：50，中間間隔20 min，上下行天窗均為3 h。在試驗區段接觸網桿上設置抱箍CPⅢ控制點，進行單側CPⅢ網測量和點對式CPⅢ測量，比對分析CPⅢ坐標和高程，驗證單側CⅢ網外業觀測和數據處理精度能否滿足相關技術要求。

3.1坐標成果對比分析

該段CPⅢ平面網分別按單側網和點對式CPⅢ網進行外業觀測和內業數據處理，在內外業精度指標均滿足要求的條件下進行坐標對比。左、右線兩側CPⅢ網測量與點對式CPⅢ網測量坐標差對比分別見圖4、圖5。該段左線CPⅢ點采用單側網和點對式CPⅢ網坐標較差最大值ΔXmax為3.8 mm、ΔYmax為3.6 mm，右線坐標較差最大值ΔXmax為3.7 mm、ΔYmax為3.6 mm，滿足200 km/h有砟軌道鐵路軌道控制網CPⅢ點復測與原測成果的坐標差ΔX、ΔY不大于4.5 mm且相鄰點坐標差增量不大于3 mm的要求。

圖5　右線單側CPⅢ網測量與點對式CPⅢ網測量坐標差

3.2高程成果對比分析

該段CPⅢ高程網分別按單側自由測站三角高程測量和點對式CPⅢ網環形三等水準進行外業觀測和內業數據處理，在內外業精度指標均滿足要求的條件下進行高程對比。左、右線單側CPⅢ自由測站三角高程測量與精密水準測量高程差見圖6、圖7。該段左線CPⅢ采用單側自由測站三角高程測量和點對式CPⅢ網環形三等水準測量高程較差最大值ΔHmax為2.8 mm，右線高程較差最大值ΔHmax為2.8 mm，均滿足200 km/h有砟軌道鐵路軌道控制網CPⅢ點復測與原測成果的高程差ΔH不應大于5.0 mm，且相鄰點復測成果高差與原測成果高差較差不大于3 mm的要求。

圖6　左線單側CPⅢ自由測站三角高程測量與精密水準測量高程差

圖7　右線單側CPⅢ自由測站三角高程測量與精密水準測量高程差

4　結束語

通過實驗數據對比可知，V形天窗布設單側CPⅢ網技術方案，測量成果精度能夠滿足200 km/h運營鐵路相關測量規范的要求及工務部門養護維修的需要。但單側CPⅢ網測量由于網形差異，其成果左、右線間分別測量，兩側點對間與點對式整體網平差相比內符合精度較差。為保證CPⅢ點對的內符合精度，應加密聯測CPⅠ、CPⅡ并進行整網平差，以增加CPⅢ點對間的相關性。在使用過程中應加強對軌道測量自由設站精度、相鄰測站軌道測量點搭接精度的檢核。同時建議將適合V形天窗運營鐵路特點的單側軌道控制網CPⅢ的測量技術標準納入規范，以方便軌道平順性檢測和軌道精調、養護的需要，提高鐵路軌道平順性及養護效率。

[1]盛存銀.一種新型鐵路天窗分析與探討[J].自動化與儀器儀表，2009(2)：47-49

[2]張海濤.高速鐵路CPⅢ控制網單邊測量精度分析及應用研究[J].鐵道勘察，2016(1)：15-18

[3]顏廷祥.160km/h有砟鐵路軌道控制網建立新方法研究[J].鐵道勘察，2016(1)：4-7

[4]鐵總建設[2013]88號新建時速200公里客貨共線有砟軌道鐵路軌道控制網測設補充規定[S]

[5]TB10601—2009高速鐵路工程測量規范[S]

[6]TB10101—2009鐵路工程測量規范[S]

[7]鄒浜，劉成龍，馬洪磊，等.自由測站邊角交會網在工程中的應用[J]. 測繪工程，2014(10)：58-62

[8]鐵運[2013]29號高速鐵路有砟軌道線路維修規則(試行)[S]

[9]鐵總運[2015]126號運營高速鐵路精密測量控制網管理辦法[S]

Discussion on Technology of CPⅢ of Existing Operating Railway for the V-Type Maintenance Gap

ZHANG Jinkui

2016-04-20

張金魁(1973—)，男，2007年畢業于石家莊鐵道學院土木工程專業，工程師。

1672-7479(2016)04-0001-03

U212.2

A