現代有軌電車工程測量技術的研究與應用

黃正新，孫丕川，韓志晟

(1.武漢光谷交通建設有限公司，湖北 武漢 430000； 2.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

1 引 言

隨著全國各城市現代化建設不斷擴展，城市交通運營壓力越來越大，因此，發展速度快、容量大的新型交通技術成為必然選擇。現代有軌電車以其建設速度快、建設成本相對較低且運輸能力強的特點，逐漸被各城市交通運營部門所認可并得到快速發展。作為施工過程中的關鍵技術之一，精密工程測量將直接影響工程質量和操作安全性。它是建設項目各個階段的基礎性工作之一。電車的安全和平穩運營取決于軌道的平順性、穩定性和高精度的軌道結構。軌道精確調整是基于精確的測量控制。因此，對我國現階段有軌電車建設現狀，并結合武漢有軌電車施工實際案例，對有軌電車施工和運營過程中精密工程測量的主要工作內容和技術方法進行了研究和應用，對完善有軌電車精密工程測量控制體系，形成一整套成熟的應用流程具有重要意義。

2 城市有軌電車發展歷史及現狀

1879年，德國工程師Werner von Siemens首次提出使用電動軌道車輛。兩年后，西門子-哈爾斯克公司建造了第一條帶電牽引的電車線路，標志著有軌電車的正式誕生。2007年，天津濱海新區開通國內第一條膠輪導軌有軌電車線路，我國現代有軌電車正式步入開端。2013年8月，沈陽渾南新區有軌電車開通運營，采用100%和70%低地板鋼輪鋼軌有軌電車車輛，是我國首個開通成網運營的有軌電車項目。隨著國家新型城鎮化以及公交優先發展戰略的落實，有軌電車在國內興起了建設熱潮。截至2018年12月，全國共有16個城市，300條電車線路開始運營，總里程為 362.187 km，標志著中國現代有軌電車進入高速發展期[10]。中國大陸有軌電車運營線的統計數據如圖1所示。

圖1 中國大陸有軌電車運營線路統計

3 立法及標準

3.1 立法情況

由于有軌電車的特殊性，其建設運營要遵循《中華人民共和國道路交通安全法》和《城市軌道交通運營管理辦法》。

而地方層面已頒布實施的有軌電車相關法律法規存在兩種情況，一種是針對有軌電車建立專項管理辦法，另一種是將有軌電車納入當地相關公共交通或軌道交通管理辦法中。

南京、珠海、淮安、深圳、紅河州和武漢6個城市(或地區)已經開通或即將開通運營有軌電車，并且分別出臺了有軌電車專項管理辦法，如表1所示。

各地有軌電車專項管理辦法 表1

各地相關公共交通管理辦法 表2

北京、青島、廣州、長春、成都、大連和蘇州等城市將有軌電車作為城市公共交通的一部分納入當地的公共交通或軌道交通管理辦法進行統一規定，如表2所示。

3.2 標準情況

與地鐵相比，有軌電車尚未建立標準體系，標準數量嚴重不足。

國家標準層面，已發布的國家標準3項，其中2項產品標準發布時間較早，與目前有軌電車的發展不相適應。除了《有軌電車試運營基本條件》(JT/T 1091-2016)，還有6個產品標準，缺乏設計和施工等系統標準，對當前有軌電車的發展缺乏指導意義。

近年來，按照國家深化標準化工作改革的要求，相關協會和學會等團體立足于有軌電車系統的規劃、建設、設計及運營各個環節，開展了有軌電車標準體系及編制工作。多項標準將于近兩年陸續發布。

4 現代有軌電車精密工程測量的主要內容

為了保證有軌電車的順利建設，首先必須建設一套整體的高精度的測量體系。測量精度的好壞將直接決定整個建設過程及后期運營期工作的順利與否。在有軌電車的整個建設過程中，施工單位對測量工作負首要責任，由監理負責對施工單位的工作進行督檢。同時，對一些關鍵的測量工作，如線下工程結構變形監測和CPⅢ控制網測量工作，一般均由業主直接委托專業的第三方測量檢測單位進行咨詢評估及檢測，以確保各個關鍵環節和重點結構滿足要求[1，2]。精密工程測量的主要內容和流程示意圖如圖2所示。

圖2 施工過程精密測量工作主要內容和流程示意圖

上述精密測量工作內容，各參建單位分工如下：

(1)第三方測量檢測單位：負責全線平面控制網及高程控制網的首次建網測量和復測，并對施工單位進行成果交樁。根據合同要求對建設過程中各測量環節進行把控、咨詢評估和檢測。

(2)施工單位：第三方單位交樁后，對控制網進行定期復測和維護；對測量控制網進行加密；建設施工監測網；CPⅢ控制網建網與復測；軌道精調及平順性檢測；打灰后的長軌精調及其平順性檢測；竣工測量。

5 有軌電車工程測量的主要技術方法

5.1 精密控制網測量與維護

精密控制網(以下簡稱精測網)是工程后續所有測量工作的基礎，所以，需要對其進行定期和不定期復測，以確保結果的準確性和可靠性。筆者通過本人多年工作經驗及學習其他城市有軌電車工程管理經驗，對如何做好復測與加密測量管理工作得出以下總結：

(1)對全工程的測量工作統一組織、統一標準、統一方法，進行集中管理和控制，并安排專職人員全程負責。

(2)對于精測網的建立及維護等重要測量工作，由專業的第三方評估團隊負責。要求其編制相應的測量管理辦法、評估細則及技術方案。

(3)督促施工單位人員加強培訓，提高施工測量人員的技術水平，并監督其做好精密測量實施方案關鍵測量環節等工作。

5.2 對全線交叉路口標高進行復核

有軌電車大多為地面工程，軌道面高程與地面的高程要高度一致，這樣才能滿足市政道路的行車需要和軌道的高度平順。設計單位在設計時使用的地形圖資料一般采用從當地測繪部門收集或單獨委托測量單位測量的 1∶500的地形圖，高程精度不能滿足有軌電車在交叉路口的高程需要。因此第三方單位進場后，需要對全線的十字路口的標高按照四等水準的要求進行復測。

5.3 線下工程結構變形測量

有軌電車路面線較多，軌道和道床基礎受外界影響較大，因此對有軌電車的高程控制應更加嚴格，且目前尚未有專門的有軌電車測量規范支撐，因此軌道鋪設需要對鋪軌條件進行評估，不能貿然鋪軌。線下結構變形測量結果是能否順利鋪軌的依據，直接關系到后者的成敗。筆者根據自身多年管理經驗及與專業隊伍的溝通，總結出以下幾個方面來提高線下工程結構變形測量管理工作：

(1)完善組織結構，委托專業的第三方測量單位，制定結構變形監測方案及相應的管理辦法，做好對各施工單位的監督和審查工作。

(2)第三方單位應加強對施工單位人員專業技術的培訓和交底，加強關鍵節點的咨詢力度，確保全過程咨詢的質量。定期和不定期進行整個工作線的抽樣檢查，以檢查施工單位觀測數據的真實性和可靠性。

(3)第三方測量單位應在一些關鍵部位進行并行檢查，檢測的量應不低于30%軌道的在施總量。在施工過程中的測量問題應及時發現并處理，避免鋪設軌道的工作誤差。

(4)關鍵部件的結構變形監測委托給第三方，以確保監測數據是真實可靠的，為了獲得真實的結構變形和準確地把握軌道的施工時機。

施工沉降控制標準：整體道床路基普通路基工后沉降 ≤50 mm，差異沉降 ≤20 mm，路橋，路涵過渡段工后差異沉降 <10 mm，路基與橋梁或涵澗折角<1.6/1000。

工程驗收前，施工單位要持續對結構變形進行監測，并繼續保護監測點位，及時移交相關數據。

5.4 CPⅢ軌道控制網測量

CPⅢ作為在高速鐵路中已得到成熟應用的一種技術，將其引進有軌電車工程建設中來是一種必然的趨勢，CPⅢ軌道控制網成果質量好壞將直接影響到后續一系列軌道施工工作。筆者認為要做好CPⅢ測量管理工作應從以下幾方面入手：

(1)完善組織結構建設，委托專業的第三方評估團隊進行咨詢評估，并準備專業的技術解決方案，管理辦法，并咨詢評估規則；對全線的CPⅢ相關的一系列技術進行統一，并定期和不定期對測量人員進行技術交底和考核；對測量工作進行督查和指導，對出現的問題及時發現并解決，對測量成果進行評估，編制評估驗收報告。

(2)施工單位按照建設單位和第三方測量單位的安排，做好CPⅢ控制網測量前期準備工作是非常重要的。

(3)嚴格管理所有相關手續，并完善考核，審批和審查過程。

(4)相鄰地段控制網的銜接方法、交接手續及軌道施工嚴格控制，軌道先施工單位必須預留足夠場地以便后進場單位順接。

(5)第三方測量單位應對CPⅢ測量的全過程提供有力的技術支持，監理作為管理單位應對全線CPII和CPⅢ點的布設位置進行督查(特殊部位需設計單位配合)，為后續施工提供穩定可靠的基準，從而提高工程質量。

(6)正式工程驗收前，施工單位必須做好控制網點位的保護工作，若發現破壞應及時進行恢復，必要時進行復測[4～9]。

5.5 無砟軌道調整測量

無砟軌道幾何參數的控制是工程整體質量及后期正常運營、列車乘坐舒適性等的基礎。對該項工作的施工測量管理應做好以下幾個方面的工作：

(1)委托第三方測量單位進行平行檢測：平行檢測的地段主要為各銜接地段及容易產生問題的地段，平行檢測量不少于在施測量總量的30%，及時發現施工測量問題并處理，避免施工單位瞞報測量問題而造成不良后果。

(2)委托專業軌道施工測量公司：作為負責軌道施工測量工作主要責任單位，施工單位應具有資格和能力，以確保工期和質量，并確保軌道結構的質量符合標準。

(3)施工單位須嚴格完成打灰前軌道精調和打灰后的軌道復測工作，并將無砟軌道施工過程涉及的所有軌道幾何及測量成果等信息進行妥善保存并上交，有專業單位進行檢查，若發現軌道幾何參數不滿足設計要求及時通知相關單位進行處理，無法調整時應及時將無砟軌道拆除重做[3]。

軌排精調及平順性測量采用軌檢小車進行。使用軌道幾何狀態測量儀之前，對軌道施工圖紙進行審核，采用最新的軌道基礎控制網測量成果，并將線路平面、縱斷面設計參數和曲線超高值等錄入軌道幾何狀態測量儀，軌道基礎控制點坐標導入至智能型全站儀中，并復核無誤，同時檢校軌道幾何狀態測量儀。CPⅢ控制網、全站儀、軌檢小車進行鋪軌示意圖如圖3所示：

圖3CPⅢ控制網、全站儀、軌檢小車進行鋪軌示意圖

5.6 無砟軌道平面及高程控制

5.6.1 設計要求

軌道精調允許偏差 表3

5.6.2 施工控制

(1)軌排鋪設

架設鋼軌支承架應注意：

①鋼軌支承架立柱所在的基底應為平整堅硬面。

②為避免鋼軌低接頭，接頭處支承架間距應適當加密。

③鋼軌支承架如與預留管溝有矛盾時，必須調整支撐架位置。

(2)初步調整軌道位置

①使用特殊的直角尺和通用道尺，并通過目視調整補充以調整軌道的標高、軌距、水平及方向，精度不超過 ±20 mm。

②調整扣件位置。

a.當扣件位置與軌道橫穿設備發生矛盾時，調整相鄰扣件間距避讓。

b.扣件承軌槽邊緣距結構縫不小于 50 mm，如扣件不能按設計位置布置時，可在相鄰三組扣件間調整。

c.精確調整軌道位置

每一支承架都要逐一調整，支撐框架的調整往往會影響鄰近的支撐框架的調整，它需要反復多次，直到滿足施工精度要求。

用鋼軌支承架將軌排架起后，通過專業道尺(使用前應進行校正，精度為 0.5 mm)通過旋轉支架立柱螺旋來調整導軌的高度，并通過軌道螺栓來調整軌道的方向，直到達到標準要求。

d.軌道調整精度應符合規范要求。

(3)軌道精調

軌道的微調是能否實現設計軌道位置的關鍵過程。

使用軌檢小車對軌道幾何參數進行測量，并輔助人工進行軌道調整，不斷重復上述工作，直到滿足要求。

6 有軌電車工程測量的實踐應用

東湖國家自主創新示范區有軌電車T1、T2線建設前，建設單位進行了第三方測量單位的招標，引入了專業的測量單位。在施工過程中，進行全過程的測量管理和關鍵工序檢測，通過精確地測量控制，保證了T1、T2線線形平順及穩定。筆者全程參與了T1、T2線的建設，對有軌電車測量的重要控制環節進行了分析和總結。

通過上述各項重要測量環節的控制，保證了有軌電車施工的順利、高質量地完成，極大地提高了鋼軌的線形平順及高穩定、高精度的軌下結構施工。有軌電車T1線軌道鋪設質量分析節選如表4所示，從表中可以看出，軌距實測值與設計值差值最大為 1 mm，超高實測值與設計值差值最大為 1.2 mm，三角坑扭曲最大值為 1.4 mm，軌道高度平順，軌道調整分析表如表5所示。T1、T2線通車后通過多次乘車體驗和調查，驗證了軌道的平順度，舒適度受到了廣大市民的一致好評，體現了測量工作的重要價值。

軌道鋪設質量分析表 表4

軌道調整分析表 表5

線路沉降觀測結果：

基底沉降監測：每100 m左右設一個監測斷面。路基填筑前，于路基基底地面預埋沉降板進行監測，每個監測斷面設置一個沉降板，沉降板位于線路中心線位置，左右線交替設置。填方段每 50 m左右設置一個沉降板。

沉降板安裝前應先將地面整平(可鋪設 0.1 m厚中粗砂)，注意保持底板的水平及垂直度。地面沉降量用儀器測量，精度須滿足規范中沉降觀測相關的標準和要求。精度要求準確到 ±1 mm，讀取位數至 0.1 mm。每次的數據要及時整理并出具“填土高～時間～沉降量”關系曲線圖。道床板施工前廢除沉降板，采用砂漿或C15混凝土填充套管。

路基面監測：支承層施工時埋設觀測樁用于運營期觀測路基面變形，套筒內埋設螺紋鋼釘或 φ20 mm鋼筋頂磨圓并刻畫十字，綠化鋪裝段觀測標設套管，套筒內填充砂漿或C15混凝土。每 200 m左右設一個監測斷面，觀測樁左右交錯布置。T1、T2線路基及橋梁段沉降觀測累計最值，T1、T2線路路基沉降監測成果圖分別如表6、圖4所示。

T1、T2線路基及橋梁段沉降觀測累計最值 表6

圖4T1、T2線路路基沉降監測成果圖

7 結 語

目前，有軌電車建設過程中由測量導致的工程問題，大多因為測量技術能力欠缺、測量未報先建、發現問題存在僥幸心理等原因所導致的，因此要做好有軌電車測量技術及管理工作，筆者認為做好以下工作非常重要：

(1)理順測量管理程序，闡明參與單位的責任，并明確限定施工單位，施工單位和第三方測量單元之間的分工。

(2)建設單位一般缺少專業的測量團隊，因此應委托專業的第三方測量單位對重點工序的測量工作嚴格管控并協助建設單位進行測量管理，如加強測量培訓和交流，加強設備和人員管理，加強測量進度和精度管理，加強考核等，對于重點工序的測量進行指導和技術交底等。

(3)施工過程中的測量和結構變形監測比較復雜和麻煩，且工作量很大。除了具有足夠的技術能力，施工單位必須配備足夠的人員和設備，測量數據必須保證準確性和及時性，避免工程隱患和遺憾。。

因此，做好上述工作完全可以避免因為測量工作導致的工程問題，消除隱患，使有軌電車高質量、高要求地完工投入運營。