CPⅢ控制測量技術(shù)在地鐵鋪軌中的應(yīng)用研究

□文/張 猛

1 工程概況

南京地鐵寧高二期工程線路全長52.42 km，是南京首條采用120 km/h 設(shè)計時速的軌道交通線路。為保證工程的鋪軌精度，提高軌道平順性和乘車舒適性并利于后期運營養(yǎng)護維修，全線采用CPⅢ控制測量技術(shù)進行鋪軌。

2 CPⅢ控制測量技術(shù)

2.1 簡介

CPⅢ控制網(wǎng)是高速鐵路無砟軌道鋪軌測量技術(shù)，是沿線路布設(shè)的三維控制網(wǎng)，一般在隧道貫通或橋梁線下工程施工完工后進行測設(shè)，為軌道鋪設(shè)、精調(diào)和運營維護提供統(tǒng)一的控制基準(zhǔn)[1～2]。CPⅢ控制網(wǎng)在鋪軌前建立，在CPI、CPII 控制網(wǎng)上布設(shè)，控制點成對布設(shè)于線路兩側(cè)，點間距60 m 左右，采用高精度自動測量全站儀按任意設(shè)站、后方交會的原理進行施測。

2.2 精度影響因素

本工程鋪軌階段與高速鐵路雖然工序相近、施工方式相通、施工的主體基本相同；但是與高速鐵路在環(huán)境、設(shè)計、施工、運營方面存在差異，這些差異會對鋪軌測量精度造成影響[3～4]。

本工程CPⅢ控制測量主要影響因素包括：

1）隧道受自然因素影響，測量條件差；

2）隧道起算控制點精度低；

3）隧道凈空小，設(shè)備限界有限，對測量視線、長度、精度存在影響；

4）施工結(jié)構(gòu)形式多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換銜接位置多；

5）提高相對精度的同時，難以保證絕對精度。

3 實際應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 參考規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的確立

由于國內(nèi)現(xiàn)行測量規(guī)范沒有對城市軌道交通CPⅢ控制網(wǎng)進行具體要求，各城市在采用CPⅢ控制測量方式時，精度指標(biāo)、測量方法不盡相同。為確定精度指標(biāo)和測量方法，通過建設(shè)公司、運營公司、相關(guān)測量單位共同研究，最終確定以TB 10601—2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》作為參考規(guī)范，CPⅢ控制測量精度指標(biāo)均應(yīng)滿足TB 10601—2009規(guī)定，作業(yè)方法應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行改進。

3.1.2 情況統(tǒng)計

1）線路圓曲線半徑，左線為514.94～5 000 m，右線為520～5 000 m，見表1。

2）結(jié)構(gòu)類型及凈空。本工程結(jié)構(gòu)形式多，包括高架車站、地下車站、盾構(gòu)、明挖矩形、U 型槽、U 梁高架單雙線、箱梁高架單雙線、路基結(jié)構(gòu)。見表2。

表2 結(jié)構(gòu)形式及橫向凈空 mm

3.1.3 首級控制網(wǎng)和貫通控制網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查

首級控制網(wǎng)和貫通控制網(wǎng)作為CPⅢ控制測量的起算點，由于控制點成果出具時間距離鋪軌開始已超過半年，為保證該工程起算點的準(zhǔn)確性和可靠性，由原測單位于交樁前完成一次全面復(fù)測，同時接樁單位接樁后再進行一次全面復(fù)測。

復(fù)測過程中將區(qū)間分段，貫通聯(lián)測。地下段以1.5 km 作為分段基本控制長度，高架段以3.0 km 作為分段基本控制長度并根據(jù)結(jié)構(gòu)、區(qū)間長度進行合理調(diào)整；但必須保證分段間聯(lián)測的起算點為相同點位。另外考慮箱梁雙線橋段左右線控制點通視困難的情況，于箱梁疏散平臺上選取合適位置將左右線控制點進行聯(lián)測，組成多個閉合環(huán)。

3.1.4 方案制定

統(tǒng)一全線點位選埋位置、編號、施測及技術(shù)指標(biāo)、布網(wǎng)形式，統(tǒng)計點位數(shù)量，分析點位間距，對提出明確限差要求。

3.2 實施階段

CPⅢ控制測量主要工作包括網(wǎng)形設(shè)計、CPⅢ控制點選埋、平面測量及高程測量。部分路線網(wǎng)形布設(shè)見圖1和圖2。

圖1 U型梁段CPⅢ控制網(wǎng)

圖2 箱梁段CPⅢ控制網(wǎng)

平面和高程外業(yè)測量采用測量機器人配自動觀測軟件進行，數(shù)據(jù)處理采用與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配套的控制網(wǎng)處理系統(tǒng)。見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程

3.3 控制要點

3.3.1 標(biāo)段銜接測量處理

寧高二期工程鋪軌由兩個鋪軌單位完成，以明覺站為分界點，為滿足后期軌道的順利搭接，則選取明覺 站 南 段Z29303 和Y29304、Z29305 和Y29306、Z29307 和Y29308、Z29309 和Y29310、Z29311 和Y29312、Z29313 和Y29314 六組點位作為重疊共用點。為提高點位精度，則進行CPⅢ控制測量時增加多余觀測，單一任意測站觀測6組點，任意測站間距約為50～60 m，任意測站到CPⅢ點的最遠觀測距離＜150 m；每組控制點保證有5個任意測站的方向和距離觀測量，見圖4。

圖4 標(biāo)段搭接處CPIII控制網(wǎng)

3.3.2 一期工程銜接測量處理

1）高架控制網(wǎng)復(fù)測。對一期工程銜接處（K0+547）已測設(shè)控制基標(biāo)進行復(fù)測，將控制基標(biāo)與二期工程控制點進行聯(lián)測并進行嚴密平差，以保證數(shù)據(jù)成果的統(tǒng)一。

2）采用全站儀及軌道尺對一期工程K0+400～K0+547段軌道幾何狀態(tài)進行檢測。

3）CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)。為滿足后期軌道的順利銜接，則分別選取左線Z00301 和Z00302、Z00303 和Z00304、Z00305 和Z00306、Z00307 和Z00308、Z00309和Z00310、Z00311和Z00312六組點和右線Y00301和Y00302、Y00303 和Y00304、Y00305 和Y00306、Y00307 和Y00308、Y00309 和Y00310、Y00311 和Y00312 共6 組作為重疊共用點，單一任意測站觀測4組點，任意測站間距為30～50 m，任意測站到CPⅢ點的最遠觀測距離＜75 m；每個控制點保證有4 個任意測站的方向和距離觀測量。

采用一期工程控制基標(biāo)和二期工程高架控制點，分別對重疊共用點獨立進行觀測及平差計算，按TB 10601—2009要求進行搭接處理。

4）CPⅢ控制網(wǎng)測量完成后，采用軌檢小車對一期工程K0+400～K0+547段軌道幾何狀態(tài)進行檢測并將兩次軌道幾何尺寸檢測成果進行比對分析。

3.4 提高控制網(wǎng)精度分析

根據(jù)Helmert方差分量估計方法[5]，統(tǒng)計各種情況下后驗單位權(quán)中誤差，對設(shè)計網(wǎng)形的模擬觀測值進行約束平差計算；分別統(tǒng)計最弱點位中誤差和相鄰點相對中誤差，以檢驗CPⅢ控制點絕對精度。

1）盡量將曲線段網(wǎng)點縱向間距布設(shè)到最大且滿足布設(shè)間距要求，以減小最弱點位中誤差。

2）控制網(wǎng)兩端引入已知點對網(wǎng)形進行約束，減小最弱點位中誤差。

3）對地鐵CPⅢ控制網(wǎng)而言，30～60 m 的點組間距，采用測角標(biāo)稱精度1″以上的全站儀觀測，每300 m左右聯(lián)測一個貫通控制點。

4）減小棱鏡重復(fù)性和互換性安裝誤差影響。測量前，檢測每個測桿加棱鏡的測量結(jié)果并且互換測量；對棱鏡和測桿進行相同編號，如棱鏡編號為J01，測桿編號為G01。測量時，棱鏡和測桿相同編號安裝并且在CPⅢ控制網(wǎng)平面測量任意測站測量記錄表備注欄中填寫上測桿編號，在后期使用CPⅢ成果時，應(yīng)按測設(shè)時棱鏡、測桿及CPⅢ控制點三者的對應(yīng)關(guān)系一一對應(yīng)。

4 效果及效益

1）測量精度高。CPⅢ控制網(wǎng)測量成果精度合格率100%。

2）鋪軌平順。軌道姿態(tài)合格率達到100%，軌道平順性優(yōu)秀率達到100%。

3）后期軌面維修便捷。CPⅢ控制點位保存率及再利用率達到98%，移交運營單位作為后續(xù)軌道養(yǎng)護的基準(zhǔn)。

4）乘車舒適。自列車試運營開始，無任何因摩擦產(chǎn)生的噪音。