CPⅢ技術在常州地鐵鋪軌中的應用與探討

謝友鵬，張洋

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

傳統的地鐵鋪軌需要布測控制基標以進行加密基標的測設，再依據加密基標來調整軌道。CPⅢ測量控制網是采用自由設站邊角交會測量，控制網精度要求高，測量成果精確可靠，能夠很好地為軌道鋪設和運營維護提供測量控制基準，目前在高速鐵路上運用比較普遍，但在地鐵鋪軌上還是一種較新的測量方式[1，2]。

常州市軌道交通1號線工程規劃全線線路總長約 42 km，設站33座，由新港站至滆湖站，呈南北走向，線路經過新北區、天寧區、武進區，線路走向為：新港站-長江路-規劃樂山路-遼河路-通江路-黃河路-晉陵北路-飛龍路-新堂路-新豐街-和平路-花園街-大學城-鳳棲路-鏡湖路-滆湖站。本次1號線一期工程全長 33.837 km，其中：地下線 31.486 km，高架線 2.161 km，過渡段 0.19 km，地下線全部采用無砟軌道，目前正在進行鋪軌工作，從常州地鐵建設鋪軌階段的創新性、前沿性、高精度平順性及后期運營維護的便捷性方面考慮，采用CPⅢ測量是一項必不可少的工作。

2 CPⅢ測量控制網的布設

2.1 CPⅢ測量控制網測量前準備工作

隧道貫通后，沿線路方向通視良好，洞內精密導線點及水準點埋設測量均已完成，并且成果合格，作為CPⅢ測量控制網的起算基準點。

2.2 CPⅢ控制點布設

由于CPⅢ控制網網點間的相對精度高達±1 mm，而且CPⅢ控制網的服務期限從施工到竣工以及竣工后線路運營期間的軌道維護，因此CPⅢ控制網的測量標志必須達到以下要求：具有強制對中、能夠長期保存、不變形、體積小、結構簡單、安裝方便、價格適中，重復安置精度滿足同一套測量標志在同一點重復安裝的空間位置偏差應滿足表1的要求[3～5]。

CPⅢ標志棱鏡組件安裝精度要求 表1

常州地鐵采用的CPⅢ測量標志的預埋件的相關型號具體要求如下：

(1)標志預埋件

標志預埋件在CPⅢ網測量前埋設，為連接桿套筒，用于連接棱鏡桿或高程桿進行后續平面和高程測量工作，如圖1所示：

圖1預埋件及保護蓋

(2)棱鏡測量桿

棱鏡測量桿用于連接CPⅢ點測量棱鏡，與Leica GRP121精密棱鏡配套使用的棱鏡測量桿如圖2所示：

圖2棱鏡測量桿

(3)水準測量桿

水準測量桿用于CPⅢ點高程測量，如圖3所示：

圖3水準測量桿

(4)精密棱鏡

為滿足CPⅢ測量精度的要求，全線統一采用反射面大、精度高的Leica GRP121精密原裝進口棱鏡，如圖4所示：

圖4 精密棱鏡

CPⅢ測量控制網布設的技術要求如表2所示。

CPⅢ測量控制網布網要求 表2

CPⅢ控制點埋設在側墻、管壁或防撞墻上，每隔 30 m～60 m埋設一對網點，隧道段距離管片底部約 2.1 m～2.5 m，埋設樣式如圖5所示。

圖5 CPⅢ點位埋設位置圖

3 CPⅢ測量控制網的技術指標

3.1 CPⅢ平面控制網測量方法

CPⅢ平面控制網在觀測中其觀測環境需要達到以下一些要求：氣象穩定、避免其他工序的施工干擾，以保證CPⅢ建網的觀測精度，建網時間應列入施工組織計劃中。

CPⅢ平面控制網采用自由設站交會網方法測量，自由測站的測量，從每個自由測站，將以2×4個CPⅢ點為測量目標，每次測量應保證每個點測量4次，測量方法如圖6所示。

圖6 測站間距為60 m的CPⅢ平面網觀測網形示意圖

CPⅢ平面控制點對間距離為 30 m～60 m，CPⅢ施測時自由設站點距CPⅢ平面控制點距離一般應小于 90 m左右，最大不超過 120 m，距洞內精密導線已知點最大不超過 150 m。

3.2 CPⅢ平面控制網精度指標

CPⅢ平面控制網觀測主要技術指標及精度要求如表3～表6所示[6，7]。

CPⅢ平面水平方向觀測技術要求 表3

CPⅢ平面網距離測量觀測技術要求 表4

CPⅢ平面控制網自由網平差后方向和距離改正數限差 表5

CPⅢ平面網平差后的主要技術要求 表6

3.3 CPⅢ高程控制網測量方法

CPⅢ控制點高程測量起閉于洞內高程控制點。每一測段應至少與3個洞內水準點進行聯測，形成檢核。常州地鐵測量方式采取以下方式：

由于受通視條件無法進行幾何水準測量，采用自由測站三角高程測量方法進行高程測量，與平面測量同時進行，網形如圖7、圖8所示。測量完成后應采用不同測站所測得的相鄰點的高差，單個測站8個測點可計算10段相鄰點間的高差，如圖7所示。

圖7 單個測站自由測站三角高程網示意圖

多個測站所形成的三角高程網如圖8所示。

圖8 多個測站自由測站三角高程網示意圖

CPⅢ網相鄰點至少需在三個不同的自由測站點進行同時觀測，相鄰點高差值互差小于 3 mm時，取距離加權平均值作為最后的高差值。

3.4 CPⅢ高程控制網精度指標

CPⅢ高程控制網三角高程觀測主要技術指標如表7所示。

CPⅢ控制網自由測站三角高程外業觀測的主要技術要求 表7

CPⅢ高程控制網平差后的主要精度指標如表8所示。

CPⅢ三等水準測量精度要求 表8

4 案例分析

4.1 CPⅢ平面控制網精度分析

以常州地鐵兩站一區間(聚湖路站-茶山站上行線)為例，平面約束平差用該段洞內導線點為起算數據，平差模式選擇Helmert嚴密平差，平差計算出所有CPⅢ點平面坐標，并統計方向改正數、距離改正數、平差坐標最弱點點位中誤差、相鄰點間相對點位中誤差[8]。平面精度各項指標均滿足相關規范要求，具體統計如圖9所示：

圖9 CPⅢ平面控制網精度分析圖

4.2 CPⅢ高程控制網精度分析

本區間段CPⅢ高程控制網采用三角高程的方法野外進行觀測，采用工程測量嚴密平差數據處理軟件進行內業平差計算，平差結果滿足相關規范要求，高程精度指標統計如圖10所示：

圖10 CPⅢ高程網精度分析圖

4.3 采用CPⅢ測量控制網精調軌排

以聚湖路站-茶山站上行線區間為例，直接利用CPⅢ點進行軌排，再利用軌檢小車對長軌精調前進行幾何狀態(平面、高程)的檢測，在軌檢小車的限差參數中，絕對精度中平面位置限差為 3 mm，高程限差為 2 mm，相對精度中軌距偏差 -3 mm-+2 mm，水平和扭矩限差 2 mm，平順性上高程限差為 2 mm，具體精密檢測綜合評價如表9所示：

軌道靜態精密檢測綜合評價表 表9

從上面的統計表中我們可以看出，利用CPⅢ點進行軌排，一次性合格率比較高，后期等長軌焊接后，再利用軌檢小車進行軌道平順性的調整，使地鐵軌道線性的平順性、穩定性和舒適性均能達到很好的狀態。

5 建議與結論

(1)CPⅢ測量工作應設立專門的現場施工協調人，統一安排、相互配合來完成后面的CPⅢ測量工作。

(2)CPⅢ外業數據采集前應加強對儀器、棱鏡及連接桿的檢查，并做好檢查記錄，滿足測量精度要求后方可開展外業工作。

(3)加強對CPⅢ控制點的保護工作，CPⅢ控制點可用于后期機電設備安裝和裝飾裝修甚至后期運維監測。