CPⅢ點位變化對軌道線形的影響

葛玉輝

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

1 概述

為確保高速鐵路安全、平穩、高速的運行，加強高速鐵路精密控制網復測及基礎變形監測方面的研究尤為重要。基于CPⅢ控制點的穩定性檢測方法[14]，可發現存在較大點位誤差的控制點，確保參與監測的CPⅢ控制點精度。分析軌道(橋梁段)CPⅢ橫向、垂向變化對軌道線形的影響，解決了只用沉降觀測數據來判斷沉降變化量的單一監測手段。通過安伯格軌道監測軟件來分析CPⅢ橫向、垂向變形對軌道線形的影響，并結合工務段提供的重點地段綜合變形情況，發現兩者具有較好的吻合性，為后期運營期重點監測段落的劃分和沉降分析提供了一種新方法。

2 精密工程控制網復測

2.1 平面及高程系統

(1)采用工程獨立坐標系，平面坐標系統(線下CPⅠ、線上CPⅡ)為國家2000大地坐標系。

(2)高程系統為1985國家高程系統。

2.2 精密控制測量技術要求

CPⅠ、CPⅡ基礎平面控制網布設：復測分為線下CPⅠ、線上CPⅡ兩級測量，線下CPⅠ網形與上一次的網形一致；使用邊連接方式構網；對于安裝聲屏及其它無GPS觀測條件的地段，應根據CPⅢ控制網的平差精度確定是否對相應的加密CPⅡ點進行改移，或選擇滿足條件的其他CPⅢ點進行測量。

CPⅠ、CPⅡ解算精度要求見表1[1]。

表1 CPⅠ、CPⅡ解算技術要求

高程控制網技術要求見表2[1]。

表2 二等水準測量技術要求

2.3 精測網數據處理和精度分析

(1)起算點穩定性分析

通過無約束平差得出的相鄰點之間距離來進行起算點的穩定性分析。共選取起算點8個，每個相鄰點坐標差之差的相對精度均滿足規范要求(見表3)[1]。

表3 線下CPⅠ控制網起算點穩定性分析

(2)基礎平面控制網測量

①CPⅠ、CPⅡ平面數據解算

線下CPⅠ：將上述相對穩定的8個控制點作為起算點，采用整體平差。線上CPⅡ：以聯測的線下CPⅠ點(本次復測更新后線下CPⅠ點成果)作為起算點，共分為7段進行平差計算，段之間接頭處取2個或2個以上的公共點進行搭接，各項指標均滿足測量規范的限差要求[1]。

②成果分析

依據技術方案，將本次線下CPⅠ、線上CPⅡ網的復測坐標與最近一次復測坐標進行比較，若滿足限差的要求，采用最近一次復測坐標成果；否則對超限點進行分析并給予更新。對于超限點和新補設的控制點，采用同精度內插法更新。

(3)高程控制測量

①外業測量及測段分析

本次高程復測采用二等水準測量，在原水準網的基礎上，每隔800 m應有一個線下水準基點。考慮本標段線下工程維護需求及區域地面沉降發展趨勢等情況，對原復測高差較差不滿足檢測限差≤要求的水準點及新設點，采用“內插法”更新[1-3]。

②水準測量平差及精度

采用武漢大學“科傻”測量平差處理軟件進行插網平差，由于原資料中國家水準點丟失嚴重，大里程處沒有附和條件，考慮與原高程的吻合性，起算點以復測成果為基準，各段選取均滿足各附(閉)合水準路線閉合差的限差，說明各起算點間相對穩定。

3 CPⅢ精密工程控制網復測

3.1 CPⅢ平面控制測量復測

(1)外業測量

CPⅢ外業測量作業前，首先應對儀器設備、棱鏡、連接桿進行逐項的檢查。每個CPⅢ測量點和線上CPⅡ點至少有三個自由測站的觀測值，再把正確的氣象元素(溫度、氣壓)輸入儀器設備中，方可進行作業。

CPⅢ平面測量觀測示意如圖1[1]所示。

圖1 CPⅢ平面測量觀測示意

測量作業基本技術要求[1]見表4及表5。

表4 方向測量法水平角測量精度

表5 距離觀測技術要求

(2)數據處理

CPⅢ平面計算采用TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理軟件系統，平差的起算數據使用本次復測的線上CPⅡ成果，各區段搭接、精度指標均滿足測量規范要求[1]。

CPⅢ平網計算應滿足表6～表8的要求[1]。

表6 CPⅢ平面網的主要技術要求

表7 CPⅢ平面自由網平差后的主要技術要求

表8 CPⅢ平面網約束平差后的主要技術要求

3.2 CPⅢ高程精密控制測量

(1)CPⅢ外業測量

CPⅢ高程測量采用矩形法進行單程觀測，其原理示意與單程觀測形成的閉合環示意如圖2和圖3。

圖2 矩形法CPⅢ水準測量原理示意

圖3 CPⅢ水準網單程觀測形成的閉合環示意

精密水準測量主要技術規定見表9。

表9 CPⅢ水準測量精度要求 mm

注：表中L為往返測段、附合或環線的水準路線長度，單位為km。

(2)數據處理

CPⅢ高程測量起算點采用線下水準基點和線上加密水準點的貫通平差，再解算出加密水準點高程，其閉合差均滿足二等水準限差要求。CPⅢ高程測量數據處理采用TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理軟件，分網進行平差計算，搭接處應進行整體平差，實現CPⅢ網的平順過渡搭接，各段搭接精度滿足規范要求[1]，測量成果合格。

4 CPⅢ變化對軌道線形的影響

對特殊結構、位于特殊地質條件下的地段，除加強工程結構下部基礎沉降監測、加密監測周期外，還需進行軌道平順性檢測，重點段范圍如表10所示。

表10 工務段提供重點段范圍

依據上述材料，結合現場踏勘及既有測量成果，確定初期重點段范圍并對其實施重點監測。

結合工務段提供的重點地段綜合變形情況，重點對K61+300～K102+000段、K102+000～K142+100段、K230+000～K270+000段CPⅢ的橫向變化量對軌道線形的影響進行分析(如表11)。

表11 CPⅢ橫向變化量對軌道線形的影響分析

通過對CPⅢ的垂向變化量對軌道線形的影響進行分析，同時結合工務段提供的重點地段綜合變形情況，現對幾處沉降情況分析(如表12)。

由表12可以看出，K110+000～K112+000、K267+800～K269+50段CPⅢ點垂向變形量較大，與工務段提供的重點段落較為吻合。由表11可以看出，K96+800-K98+700、K106+453～K107+650、K114+000～K114+900段CPⅢ點橫向變形量較大，與工務段提供的重點段落較為吻合。

表12 CPⅢ垂向變化量對軌道線形的影響分析

CPⅢ的橫向、垂向變化量對軌道線形的影響分析見圖4～圖9。

圖4 K61+300-K102+000CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖5 K61+300-K102+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

圖6 K102+000-K142+100CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖7 K102+000-K142+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

圖8 K230+000-K270+000CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖9 K230+000-K270+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

從圖4～圖9可以明顯看出沉降變化的趨勢，K96+800～K98+700、K106+000～K108+000、K110+000～K112+000、K114+000～K114+900、K236+000～K240+500、K255+000～K256+400、K257+500～K258+300、K261+700～K265+700、K267+800～K269+500段應加強軌道控制網復測及重點沉降監測。

5 結束語

基于某城際鐵路精測網復測和基礎變形項目，分析CPⅢ點位橫向、垂向變化對軌道線形的影響。通過現場勘查數據的對比，其吻合度較高，可為后期運營期精測和基礎變形監測項目提供參考。