客運專線特長隧道CPⅡ控制網布設及測量

李善軍

【摘要】? ? CPⅡ控制網在高速鐵路精密工程測量體系中處于十分重要的位置，而在隧道內建立CPⅡ控制網又具有十分突出的特點，它只能在隧道貫通后才開始進行。特長隧道進出口往往由于地形較復雜，經常是陡坎、深溝或狹谷，橋隧相連，高等級的CPⅠ控制點布置不容易且數量較少，結合寶蘭客運專線吳家岔隧道，介紹特長隧道CPⅡ控制網的特點，提出針對不同性能的儀器，分別采用兩種布網形式及對應的觀測方法，以此為基礎才能建立施工中常用的CPⅢ軌道控制網。

【關鍵詞】? ? 客運專線? ? CPⅡ控制網? ? 現場測量? ? 特長隧道? ? 布設

一、引言

我國高速鐵路的快速發展與高速鐵路精密工程測量體系是分不開的，高速鐵路精密工程測量的控制網包括勘測控制網、施工控制網和運營維護控制網，除了三網合一[1]外，還有一個重要的特點是各級控制網分階段布設。如第一級框架平面控制網（CP0）和第二級基礎平面控制網（ CPⅠ）是在勘測設計階段布設的，第四級軌道控制網（ CPⅢ ）是在施工階段布設的，而第三級線路控制網 （CPⅡ）的布設卻是在上述兩個階段完成的，對于長大隧道的CPⅡ控制網來說，又只能在施工階段才能進行，它不僅起著承上啟下的作用，而且還有自己突出的特點。客運專線無砟軌道的高平順性是通過CPⅢ軌道控制網來實現的[2]，而建立CPⅢ軌道控制網的前提是作好CPⅡ控制網。

二、工程概況

在鐵路隧道的施工中，一般把長度超過10km的隧道稱為特長隧道。寶蘭客運專線設計時速250km/h，橋隧比占91%，其中12標段的吳家岔隧道全長10.453km，進口與全長650m的道溝河特大橋相連，出口與全長1628.34m的宛川河特大橋相連，洞外的控制點僅進出口各有兩個CPⅠ點。隧道于2013年1月開工，增設3個斜井施工，在每個斜井地表附近各加密3個施工控制點，2014年10月24日1#斜井與2#斜井段首先貫通，2015年5月14日最后一段即2#斜井與3#斜井實現貫通，率先在全線4座10公里以上的隧道中實現全部順利貫通。

三、施測難點

1、CPⅡ控制網點位選位布設難。為加快施工進度，長大隧道一般會在隧道中間的合適位置增加一個或幾個斜井，將隧道人為地分為2～3km左右長的幾個相向開挖的施工段來進行掘進，特長隧道施工更是如此。隧道貫通前布設的施工導線是為了保證這幾個相向開挖的施工段能正確貫通，它不能作為CPⅡ控制點來用，因為施工導線的間距一般為200m左右，能保存下來的點一般布置在仰拱填充混凝土上，在洞內的無砟軌道板鋪設后一般都埋在軌道板之下了。而CPⅡ控制點的邊長至少要求在300米以上（見表1），另外由于三網合一的需要，在隧道竣工后CPⅡ控制網要求和CPⅢ控制網一起移交給運營單位以利今后復測之用。所以CPⅡ控制點基本都是重新布設，點位標志基本都采用不銹鋼制作以利長期使用，一般布置在隧道內的附屬結構物上，如防撞墻頂、電纜槽隔墻頂等位置。

2、測量方法獨特。控制網測量方法不能用先進的衛星定位測量技術，用靜態測量模式觀測[3]，而只能采用常規的導線測量方法，而導線測量的最大弱點是多余觀測值少，圖形強度低，橫向擺動大，在觀測過程中為了提高觀測精度，需要考慮的因素較多[4]，尤其是在洞內施工影響的情況下。實測方案必須把隧道作為一個整體來考慮，洞內導線采用導線網的形式閉合檢查，洞外一般都附合至進出口的CPⅠ控制點上，在斜井地表加密的施工導線點一般不聯測。

3、控制網的精度要求較高。因CPⅢ控制網在洞外可以聯測到CPⅠ和CPⅡ控制點上[5]，在洞內卻只能聯測到CPⅡ控制點，必須保證CPⅡ控制網有較高的精度，才能保證CPⅢ控制網的精度。在路基、橋梁和隧道長度低于7km的地方布置CPⅡ控制網時，可按三等導線的精度要求進行測量，而當隧道長度大于7km時，應按隧道二等的精度要求進行觀測。特長隧道一般都長于10km，CPⅡ控制網應達到隧道二等的等級要求，如表1所示。

4、觀測時間緊。無砟軌道板的施工必須在CPⅢ控制網的指導下才能進行， CPⅢ控制網的完成又必須以CPⅡ控制網為基礎，CPⅢ控制網可以分4km一個區段來附合計算，而CPⅡ控制網必須把整個隧道作為一個整體來附合計算。因此特長隧道貫通后CPⅡ控制網的建立顯得尤為迫切。

四、施測原理

隧道全部貫通后，在進行洞內附屬結構施工的同時，將CPⅡ點位選好并預埋在防撞墻或電纜槽隔墻頂上，并做好標識，間距一般500米左右，在左右墻頂上各埋一點，洞內組成閉合導線或交叉導線網，洞口則與地表的CPⅠ點附合，如圖2、圖3所示。點位選好及埋設完成后，利用高精度的全站儀進行觀測，外業觀測合格后先對CPⅡ控制網整體精度是否合格進行評估，如角度閉合差、邊長往返測差值、導線全長相對閉合差等進行評判，如不符合要求則進行分析，重測相關的外業數據。當CPⅡ控制網本身精度合格后再進行約束平差計算，即用上一級的CPⅠ的坐標計算出CPⅡ點的坐標，以此作為下一步CPⅢ控制網的起算依據。

五、施測操作要點

1、儀器配置。因施測的CPⅡ控制網精度較高，測量所使用的全站儀要求精度較高，其中測角精度不低于1″，測距不低于2mm+2ppm，目前的徠卡系列的TCRA1201、TS15、TM30等都可以滿足要求，通過實踐，建議采用1″級全站儀觀測比較穩定，而0.5″級全站儀十分靈敏，受施工干擾和環境影響較大，角度閉合差不易測量合格。由于配置不同，儀器價格也有很大差別，目前市面上的儀器可以分為兩類，一類配置了馬達驅動，有目標識別跟蹤，能夠自動記錄、自動存儲數據，性能較先進;另一類需要人工觀測，手動記錄，測量效率較低。

2、導線網形式。在TB 10601-2009《高速鐵路工程測量規范》中，CPⅡ控制網的網形可分為單導線、導線環、導線網等形式;另在隧道的洞內施工導線中，導線的形式還有交叉雙導線，這種形式只有一條邊與上一個導線環聯系。為了保證特長隧道內CPⅡ控制網的精度，導線網形式建議布設成以下兩種，導線邊長均為500m左右。一種為閉合導線如圖1所示，閉合環的邊數一般6條左右，不超過8條，主要是為防止閉合差不合格時增加重測的工作量，這種導線測量方式在為控制隧道貫通而進行的施工導線中也常運用，只是其邊長不能達到現在這么長，這種形式的特點是觀測工作量相對要少些，可以采用手動記錄的全站儀來完成。另一種為交叉導線如圖2所示，這種形式的實質是把控制點全部分為交叉的兩個四邊形來閉合，即比交叉雙導線還多一條邊進行閉合，因此其觀測工作量成培增加，這種形式常用性能較先進的全站儀來觀測。

3、外業觀測。近年來，由于CPⅢ軌道控制網的需要，自由設站邊角交會觀測方法得到普及，這種方法也開始在CPⅡ控制網中進行運用，但測站間距離較短，才300m左右，埋設的CPⅡ控制點縱向間距才240～360m左右，因此為了提高觀測效率，仍然建議采用傳統方法，儀器直接架在CPⅡ控制點上進行觀測。外業觀測時嚴格按《高速鐵路工程測量規范》要求的各項指標進行控制。觀測時間一般避開洞內附屬施工高峰期，在夜晚施測比較好。觀測方法。

4、內業計算。內業計算時應先對原始觀測數據進行人工檢驗，去掉不合格的觀測值，再將觀測后的角度平均值和邊長平均值輸入平差軟件，輸入時由兩人進行復核，以保證輸入數據的正確。平差軟件會根據輸入的數據進行判斷，當評判合格后再輸入約束點CPⅠ的坐標，從而計算出所布置的CPⅡ點的坐標。

六、教訓與探討

1、從導線網的兩種測量形式可以看出，不能采用哪種測量方式，由于進出口地形限制，在對CPⅠ點進行搭接測量時，總有一個角度不能進行閉合檢查，如圖一中的角1和角2，而這個聯測角的精度卻對整個控制網的精度起著非常重要的作用，如果誤差過大，就會導致CPⅡ點的點位精度達不到要求，從而會導致根據CPⅡ點約束平差的CPⅢ控制點出現偏差，進而影響無砟軌道板的鋪設。所以對這兩個聯測角必須進行復核測量，以確保正確，否則將會造成重大失誤。為克服聯測角的偏差，一種方法可以換人重測，另一種方法可以讓測站、前視和后視都重新檢查儀器，對中整平后再觀測一道，直到兩次的角度差值在規范允許的誤差之內為此。

2、隧道的貫通是通過洞內施工導線來控制的，對特長隧道來說，為了提高測量精度，洞內的施工導線一般都采用如圖1的閉合導線，前已敘述由于種種原因，CPⅡ控制點需要重新布設，但為了使鋪設的線路（軌道）更加接近隧道貫通面的真實狀況，可以在隧道中部的貫通面附近聯測一個施工控制點（因無砟軌道板鋪設是從洞口向隧道中間進行的，隧道中部的施工控制點此時應該還保存在），聯測后，以施工控制點和隧道進出口的CPⅠ點作為約束條件進行平差計算CPⅡ控制點的坐標。

七、結語

CPⅡ控制網實際上是在 CPⅠ控制網基礎上的加密控制網，觀測方法與施工導線控制網基本一樣。對特長隧道來說，又有如下幾個鮮明的特點：①布網是以進出口為準成一個整體，而不考慮斜井影響;②導線邊長較長，遠大于施工導線邊長;③精度較施工導線高。導線網的形式主要為閉合導線和交叉導線兩種，可以根據儀器的精度和自動化程度來進行選擇。寶蘭客專吳家岔特長隧道采用交叉導線方式進行觀測，較好地保證了CPⅡ控制網精度。寶蘭客運專線已于2017年7月9日正式全線運行。

參? 考? 文? 獻

[1]蘇全利.論高速鐵路測量網布設技術[J].鐵道勘察，2010，36（6）：1-4.

[2]劉成龍，楊友濤，徐小左.高速鐵路 CPⅢ交會網必要測量精度的仿真計算[J].西南交通大學學報.2008，43（6）：718-723.

[3]TB 10054-2010 鐵路工程衛星定位測量規范[S].

[4]陳光金，徐濤，湯憲海，等.隧道洞內CPⅡ導線測量旁折光的影響與對策探討[J].鐵道勘察，2014，40（2）：4-8.

[5]周東衛.高速鐵路軌道控制網CPⅢ精密測量若干問題探討[J].鐵道勘察，2011，37（5）：5-8.

[6]TB 10601-2009? 高速鐵路工程測量規范[S].