自由設站放樣測量在軌道交通連續剛構PC梁架設中的應用

張世飛

(中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401123)

目前，國內擁有輕軌的城市(重慶、大連、上海等)普遍采用跨坐式簡支梁；其精調測量放樣的控制重點為支座定位，支座與梁體是分開的，安裝及調整較為簡單，只要支座定位準確，梁體安裝精度就能得到保證。李小果對跨坐式單軌交通軌道梁架設調整測量[12]和跨坐式單軌交通軌道梁的生產和驗收測量[13]進行了研究；蘇明輝對PC軌道梁架設技術[14]及跨坐式單軌PC軌道梁架設方案及應用[15]進行了分析。這些文獻均針對的是跨坐式簡支PC梁的研究。蕪湖軌道交通二號線是國內外首次采用跨坐式連續剛構PC梁的軌道交通項目，其將多榀PC梁剛性連接為一個整體，梁體的安裝精度和平順性要求遠大于跨坐式簡支PC梁，對施工測量提出了更高的要求。

結合蕪湖軌道交通二號線連續剛構PC梁的測量放樣實踐，形成了一套自由設站控制網布設、自由設站放樣測量及軌道梁精調測量工裝的技術體系。

1 工程概況

蕪湖軌道交通二號線工程全長15.787 km，架梁施工線路正線長10.9 km。工程包括7個車站、7個區間和1個基地；線路沿城市主干道中央分隔帶布置，區間墩高為8.9～23.8 m，其中跨線部分及附近個別墩高為16～23.8 m，車站墩高有13.15 m和13.40 m兩種。車輛基地為PHC管樁基礎加承臺結構，梁底與地面距離約1.635 m。區間和車站全部為高架橋梁。軌道梁結構體系以連續剛構體系和簡支體系為主，梁高2.3 m，梁寬僅為0.68 m。

2 架梁前的準備工作

2.1 自由設站測量原理

自由設站控制網是基于智能型全站儀的自由設站邊角交會三維控制網，通過在每個自由設站點對相鄰的前后各4個控制點進行方向和距離觀測，且保證每個控制點均有3個通視的設站點，利用相鄰測站和相隔測站間形成的邊角關系，將所有的控制點相互連接，構成橫向和縱向閉合環(如圖1)。將所有的閉合環代入高級控制網，經過專業軟件嚴密平差計算，即可獲得每個控制點的精確平面坐標。

圖1 自由設站控制網相鄰測站間橫向縱向閉合環

2.2 自由設站控制網的布設

根據項目場地情況，在橋墩全部完工的里程段，選擇在橋墩同側布點，如圖2所示。

圖2 橋墩同側布點法示意

按照規范要求，縱向60 m、橫向10～20 m布設1對控制點，常規橋墩的墩間距為30 m左右，即隔墩埋設1對控制點即可滿足規范要求。

橋墩上的布點方法：在橋墩地面以上1 m處打孔，安裝預埋件，并用植筋膠固定，插入連接桿和棱鏡頭，即完成了1個控制點的埋設，如圖3。

地面上的布點方法：首先利用取芯機在地面上鉆φ100的孔，埋設φ80的PVC管，管露出地面50 cm，用C25沙漿填充固定，PVC管中灌滿C25沙漿并埋設預埋件于管中央(預埋件盡量水平)，待沙漿凝固后插入連接桿和棱鏡頭，即完成1個地面控制點的布設；具體方法如圖4。

圖3 橋墩埋點

圖4 地面埋點

在橋墩尚未完工的里程段，選擇在橋墩兩側布設控制點(如圖5所示)，可以有效避開橋墩施工對控制點的擾動和遮擋；另外，未完工的橋墩有不同程度的沉降，控制點布設到墩上，會因橋墩沉降影響整個控制網的精度。此方法要求自由設站點必須架設在兩個橋墩中間處，才能保證觀測到前后各4個控制點。控制點的埋設方法與同側埋點方法相同。

圖5 橋墩兩側布點法示意

2.3 自由設站控制網的測設及平差計算

平面控制網平差后的精度及技術要求如表1。

表1 自由設站平面網測量技術要求

儀器配置情況如表2。

表2 儀器設備配置情況

(1)平面網觀測方法

自由設站控制網采用邊角交會法施測，附合到精密導線控制點上，每300～600 m聯測一個精密導線控制點，自由設站至精密導線控制點的觀測邊長應小于300 m。自由設站間距一般為120 m，測站內觀測8個自由設站控制點，最遠觀測距離不應大于180 m，每個控制點至少應保證有3個自由設站對其進行方向和距離觀測。布網及聯測形式如圖6所示。

圖6 自由設站控制網布網及聯測形式

采用全圓方向觀測法進行觀測，觀測時必須滿足表3要求。

表3 自由設站平面網角度觀測技術要求

(2)高程網觀測方法

自由設站控制網高程網的測量方法如圖7所示，沿空心箭頭方向測量兩對自由設站點，每個自由設站點都有兩個測站對其進行觀測，每相鄰兩對自由設站點均構成獨立的閉合環。

圖7 自由設站高程網布網形式

高程控制網的測量方法、精度指標、使用儀器均按《國家一、二等水準測量規范》(GB/T12897—2006)中二等水準網精度標準進行，技術要求如表4。

表4 自由設站高程網觀測技術要求

注：L為往返測段、附合或環線的路線長度(km)。

自由設站控制網平差采用“中鐵四院工程測量數據平差軟件”進行外業觀測數據精度檢核與網平差計算的精度評定，精度必須滿足表1及表4的精度要求。

(3)高程放樣方法

高程放樣采用不量儀器高和棱鏡高、多點后視的三角高程測量方法，如圖8。

圖8 三角高程上橋

圖8中，B為橋下已經聯測了二等水準的自由設站點棱鏡，P為橋面水準點(即放樣點)，先觀測儀器中心至自由設站點棱鏡中心之間的高差Δh1，再觀測儀器中心至前視棱鏡中心之間的高差Δh2，此時，自由設站點高程已經換算到棱鏡中心，即后視棱鏡高為0，前視棱鏡高度為υ，可求得B點至P點間的高差ΔHBP，即

ΔHBP=Δh2-υ-Δh1

(1)

三角高程觀測技術要求如表5。

表5 三角高程測量技術要求

2.4 相關結構物的驗收與檢查

(1) 型鋼支座及預埋鋼筋的檢查驗收

在完成自由設站建網后，首先對下部結構進行精確測量放樣，重點是對蓋梁上的型鋼臨時支撐進行驗收，對平面或高程不合限的臨時支撐進行打磨或墊鋼板等處理，對支撐周圍預留的不規范鋼筋進行調直或拉伸處理(如圖9)。

圖9 型鋼臨時支撐及預埋鋼筋

(2)軌道PC梁體驗收

首先，實測軌道梁體兩端高度，并根據臨時支撐高度和梁體的實際高度來確定調高墊塊的高度，使得梁頂高程得到有效控制；其次，對PC梁長度進行實測，比較梁體的實際長度和設計長度，在PC梁安裝時對梁端頭縱向里程進行調整；還要根據軌道梁臨時支撐的平面偏位情況確定梁端的實際中心，并用墨線標定，安裝時根據實際中心進行定位。

(3)PC梁中線放樣

根據支座和PC梁體的驗收數據，在蓋梁上放樣出梁體中線并用墨線標定(如圖10)，為梁體吊裝提供定位參考，待梁體初步定位和臨時固定后再進行下一步的精調工作。

圖10 蓋梁上的梁中線

3 軌道連續PC梁的精調

3.1 軌道梁的安裝精度

軌道PC梁不是單一的梁，它是一個梁軌結合體(既是梁又是軌道)，且軌道梁的精調是最后一道工序，精調的精度將直接影響列車運行安全和乘客的乘坐舒適度。根據《蕪湖跨座式單軌交通1號線、2號線一期工程施工及驗收細則》的要求，軌道梁的安裝及驗收精度如表6。

表6 軌道梁安裝完畢后公差

3.2 調梁工裝簡介

調梁工裝示意如圖11。

圖11 軌道梁精調工裝

調節螺栓1、2：將工裝設備固定在梁上，使圓形立柱與梁體側面緊貼。

橫梁與立柱：保持橫梁與立柱的垂直。

縱向水準管：其作用是保證棱鏡1和棱鏡2在一個里程上。

棱鏡1、2、3及桿件：其作用是配合全站儀精確測量出軌道梁的平面及高程位置。其中，棱鏡3的桿件為可以伸縮擰緊的螺桿。

3.3 軌道PC梁精調

(1)精調

精調流程如圖12。

圖12 軌道梁精調流程

(2)儀器自由設站

儀器前后各后視一組自由設站點，共后視4個點進行自由設站，4個點的后視邊長均在50 m以上，后視豎直角小于10°，并輸入溫度、氣壓、濕度等氣象改正參數，設站后標準差小于1 mm為設站合格。同時復測上一榀軌道梁端頭，將本次測量數據和上次測量數據進行比較，誤差在1 mm以內時，認為本次設站無誤，可繼續測量。

(3)測量梁體垂直度和平面位置

由測量棱鏡1、棱鏡2的坐標計算出其里程與偏距，通過兩個棱鏡的偏距計算出梁體垂直度，梁體側面垂直度小于5 mm為合格。通過兩個棱鏡的偏距加上梁體的參數確定梁體中線的平面位置，中線偏差在0～2 mm為合格(如圖13)。

圖13 軌道梁精調工裝精調參數

(4)梁體高程測量

測量棱鏡3的高程及平面坐標，計算出其里程、偏距和梁頂設計高程，通過與設計數據的對比得出梁的高程調整值；通過里程和偏距還可以計算出梁頂平面位置，進而對1、2號棱鏡測量出的平面位置進行復核，相互驗證。每個斷面檢查3個點，與上榀梁端頭較差小于1.5 mm為合格。

(5)貫通復核檢查

通過精調，軌道梁兩端的平面和高程位置均滿足規范要求。使用拉桿將梁體固定，最后再貫通測量相鄰每榀軌道梁的平面和高程位置，2 h后再進行二次微調，直到滿足規范后方可澆筑混凝土。

4 現場實施情況對比

4.1 自由設站放樣的優點

(1)硬件合格：同一套測量標志在同一點重復安裝，或者兩套測量標志在同一點安裝的空間位置偏差小于±0.5 mm，分解到X、Y方向的重復安裝偏差不大于±0.4 mm、Z方向的重復安裝偏差不大于±0.2 mm；

(2)抗干擾能力強：自由設站屬于多點后視，抵消了單個棱鏡或單個連接件由于制作工藝或安裝不規范引起的誤差；測站前后各120 m的多個棱鏡可以抵消局部小氣候、地面熱浪、設備振動等引起的誤差；自由設站可靈活有效地避開危險源和干擾源，從而大大提高建站精度。

(3)放樣更加安全快捷：由于使用了軌道梁精調工裝，可有效避開梁體和機械設備的遮擋，大大提高軌道梁的精調效率；一次測量就能得到梁體的垂直度、高程、中線偏移等數據，減輕了測量人員的勞動強度；測量人員也不用在2.3 m高、0.68 m寬的梁體上來回測量，保證了測量人員的安全。

4.2 與常規測量建站精度對比

自由設站測量與常規測量建站精度對比如表7。

表7 自由設站測量與常規測量建站精度對比

由表7可以看出，自由設站測量建站質量各項指標均高于常規測量，尤其是方位角標準差減小了28.6″，以放樣距離100 m為例，放樣坐標誤差就會減小0.013 9 m。綜合考慮自由設站的建站質量、放樣方便性及復核條件等因素，自由設站均高于常規設站，能更好地提高建站質量，從而提高梁體的安裝精度，保證線路的平順性。

5 結束語

自由設站放樣測量定位精度能夠滿足軌道交通PC梁精調施工要求，且效率高、安全性高，具有控制點密度大、儀器架設位置靈活多變、后視選擇性多等特點，適合在城市道路、隧道及地下工程中使用；且其建站精度高，網形合理，能充分保證線路的平順性，從而提高行車舒適度，也適用于測量精度要求較高的橋梁架設和軌道精調安裝等工程。