東北地區(qū)高速鐵路精測網(wǎng)的維護(hù)

王毓春

（哈牡鐵路客運專線有限責(zé)任公司，哈爾濱 150050）

高速鐵路線路對平順性要求非常高，軌道測量精度要達(dá)到毫米級。為保證測量質(zhì)量滿足勘測、施工、運營維護(hù)各階段的要求，精測網(wǎng)的建設(shè)與維護(hù)顯得尤為重要［1-2］。東北地區(qū)冬季嚴(yán)寒而漫長。哈齊、哈佳、哈牡、牡佳等客運專線所處地理位置有其不同特點。哈齊客運專線基本呈東南-西北走向，地形較為平坦，稍有起伏，局部為洼地及沼澤濕地，穿越扎龍濕地和龍鳳濕地。哈佳、哈牡、牡佳等線路部分穿越山區(qū)，冬季寒冷地區(qū)積雪，冰凍期較長，控制點布設(shè)及維護(hù)面臨著較大的困難。目前哈齊客運專線在建設(shè)期間及運營期間已開展了多次凍脹監(jiān)測，開展了多期運營監(jiān)測，哈牡、哈佳客運專線即將開展運營期監(jiān)測，牡佳客運專線正在進(jìn)行施工期建設(shè)。這些線路控制點受到沉降、凍脹等多種因素的影響，春季土地凍融作用強烈，地面常常遭到破壞，從而影響到控制點的精度，對控制網(wǎng)的維護(hù)提出了更高要求［3-4］。

1 精測網(wǎng)控制點維護(hù)的難點

1.1 建設(shè)施工可能破壞控制點

線下、線上精密測量控制點在鐵路建設(shè)施工過程中可能因大型機械碰撞或人為原因而遭到破壞。這是工程建設(shè)面臨的共性問題。線上CPⅢ控制點采用預(yù)埋方式后期進(jìn)行錨固固定時，預(yù)埋件可能受敲打等外力作用而變形，致使CPⅢ連接桿無法插入或不能插到底，從而影響測量精度。

1.2 氣候及地理環(huán)境影響控制點穩(wěn)定

1）線下控制點。哈齊客運專線2009年精測網(wǎng)建設(shè)完成，交樁后施工單位復(fù)測反饋部分段落高程超限。設(shè)計單位組織測繪人員對哈齊客運專線水準(zhǔn)點進(jìn)行局部檢核測量，通過前后高差對比分析，發(fā)現(xiàn)2個水準(zhǔn)點因凍脹分別變化了+20.9，+23.9 mm，隨即更新了這2個水準(zhǔn)點的高程。通過第二年的第一次精測網(wǎng)復(fù)測數(shù)據(jù)分析，哈齊客運專線精測點受凍脹影響嚴(yán)重。哈佳鐵路沿線地質(zhì)地層情況穩(wěn)定，未見大段落區(qū)域沉降且該線水準(zhǔn)測量為三等，故每30～50 km布設(shè)水準(zhǔn)墻標(biāo)代替基巖水準(zhǔn)點。有60 km的林區(qū)CPⅡ控制測量受到樹木茂密等因素干擾無法進(jìn)行點位的埋設(shè)與測量。東北高寒山區(qū)與平原區(qū)控制點無論是在平面還是在高程方面都面臨著不同的問題。

2）線上控制點。部分開通線路線上CPⅢ觀測墩由于凍脹等原因，出現(xiàn)部分輔助立柱基礎(chǔ)松動或PVC套筒破裂等現(xiàn)象，給行車安全帶來隱患。采用Ⅱ型標(biāo)的CPⅢ預(yù)埋件雖然使用了防水帽，但在冬季由于部分防水帽損壞、丟失或縫隙過大導(dǎo)致雨雪滲入套筒內(nèi)而長期結(jié)冰，影響正常使用。

1.3 運營期精測網(wǎng)復(fù)測維護(hù)作業(yè)時間受限制

監(jiān)測期建立的基準(zhǔn)點，在測定的過程中要與精測網(wǎng)中線路控制點進(jìn)行聯(lián)測，基準(zhǔn)點要求建立在沉降變形區(qū)以外。東北地區(qū)由于凍脹期長，運營鐵路天窗時間有限，精測網(wǎng)控制點復(fù)測維護(hù)工作時間緊張，一定程度上造成數(shù)據(jù)使用受限，現(xiàn)有的運營監(jiān)測方法很難滿足冬季線路維護(hù)需要。

哈齊客運專線在開通后的12月份進(jìn)行了凍脹監(jiān)測，后續(xù)進(jìn)行了多期運營監(jiān)測。傳統(tǒng)幾何水準(zhǔn)監(jiān)測是當(dāng)前鐵路運營監(jiān)測的主要手段，其監(jiān)測易受環(huán)境、人力、物力影響和夜間天窗時間的限制，作業(yè)效率低。

2 精測網(wǎng)控制點維護(hù)措施

2.1 避免施工影響控制點

應(yīng)提高現(xiàn)場施工人員對測量標(biāo)識重要性的認(rèn)識，避免點位遭到破壞。針對東北地區(qū)積雪時間較長、控制點被積雪覆蓋不易引起注意等特點，可以在控制點旁設(shè)醒目的警示標(biāo)志，或利用混凝土或鋼筋進(jìn)行圍護(hù)。線上CPⅢ控制點采用預(yù)埋方式時，預(yù)留足夠孔徑，避免因孔徑不足安裝時引起預(yù)埋件變形。

特殊地段控制點埋設(shè)時應(yīng)采取特殊措施。例如，提前考慮深埋樁布置方案；在混凝土路面鉆孔設(shè)置測量標(biāo)志時，在路面上開鑿一低于路面的喇叭口凹槽，將控制點布設(shè)在槽內(nèi)，避免除雪過程中碰撞控制點標(biāo)頭。

2.2 根據(jù)氣候及環(huán)境確定合理的維護(hù)時間及周期

合理安排精測建網(wǎng)、復(fù)測周期，避免在凍脹及凍融期點位變化較大情況下開展精測、復(fù)測。凍脹期必須使用的應(yīng)移至較為穩(wěn)定的地點，施工過程中適當(dāng)增加不定期復(fù)測，加強復(fù)測及檢核。

秋冬季一般從10月中旬開始出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，控制樁點埋設(shè)深度在最大凍土深度以下30 cm，其受到的影響會滯后一段時間，一般在11月底凍脹影響明顯加重，點位高程變化較大，因此控制點的建網(wǎng)復(fù)測不應(yīng)安排在11月下旬以后。春夏季一般自4月份大地開始融化，凍脹現(xiàn)象逐漸減輕，到5月中下旬點位趨于穩(wěn)定，因此建網(wǎng)復(fù)測應(yīng)該安排在5月下旬以后。

哈佳客運專線穿越大段原始林區(qū)，林區(qū)影響范圍內(nèi)的CPⅡ控制測量是在施工單位進(jìn)場對線位范圍內(nèi)的樹木砍伐完成后實施的，充分利用了施工期便利條件，提高了測量效率。

2.3 運營線上控制樁點埋設(shè)方案

考慮到哈大、哈齊等線路運營過程中CPⅢ點位出現(xiàn)的問題，在后續(xù)的敦白線、朝凌線等提出了改進(jìn)措施，將CPⅢ控制點基礎(chǔ)埋到最大凍結(jié)線以下，并填充25 cm砂夾卵石墊層。CPⅢ輔助立柱施工完成后，及時去除輔助立柱上的PVC套筒，如圖1所示。

圖1 去掉PVC套筒的CPⅢ輔助立柱

針對路基、橋梁段CPⅢ預(yù)埋件采用橫插式設(shè)計（Ⅱ型標(biāo)）在冬季容易存水結(jié)冰、影響使用等問題，在后續(xù)項目中將之修改為如圖2所示的豎插式（I型標(biāo)），使得架設(shè)更加方便，提高了測量效率。

圖2 豎插式CPⅢ控制點預(yù)埋件（I型標(biāo)）

2.4 綜合變形監(jiān)測方案

在東北一鐵路根據(jù)工務(wù)段反饋的線路變化情況，對部分路基段開展了綜合InSAR監(jiān)測、水準(zhǔn)監(jiān)測、北斗實時連續(xù)自動監(jiān)測相結(jié)合的沉降觀測（表1）。北斗監(jiān)測可以用于運營線路基自動化監(jiān)測，在極寒天氣下能夠獲取路基凍脹變形。隨著東北地區(qū)高速鐵路開通線路不斷增加，應(yīng)適時開展運營維護(hù)控制網(wǎng)的綜合測量，為運營監(jiān)測提供可靠的基準(zhǔn)［5-8］。

表1 部分段落InSAR、水準(zhǔn)、北斗監(jiān)測結(jié)果

3 精測網(wǎng)控制點維護(hù)實例

哈齊客運專線精密測量控制網(wǎng)第一次復(fù)測在4月初開展，復(fù)測受現(xiàn)場地質(zhì)條件干擾嚴(yán)重，部分點位于草甸子或濕地段落，雨水積滯，無法測量［4］。復(fù)測時地下深層未完全融凍，在施工期間挖掘地下深層時發(fā)現(xiàn)了凍冰現(xiàn)象，因而導(dǎo)致部分點位變化較大，高程變化更加明顯。為此在同年5—6月份，對超限和接近限差的段落進(jìn)行了單程二等水準(zhǔn)檢測，結(jié)果顯示大部分檢測段落的高差較差滿足限差要求。對不滿足的段落進(jìn)行第二次檢測發(fā)現(xiàn)部分測點在短時間內(nèi)高差值存在上下浮動現(xiàn)象。在8—9月份對全線水準(zhǔn)進(jìn)行了第二次復(fù)測，結(jié)果顯示點位趨于穩(wěn)定。

線路穿越扎龍濕地和龍鳳濕地保護(hù)區(qū)。扎龍濕地常年積水，普通點位無法滿足施工和監(jiān)測的需要，因此對影響段落的平面和高程控制點進(jìn)行了深埋樁設(shè)計。根據(jù)地質(zhì)資料，凍土厚約2.0～2.7 m，深埋樁埋設(shè)深度為嵌入砂礫土層2～3 m。采用旋挖鉆機或回旋鉆機成孔，孔徑600～1 000 mm，灌注水下混凝土至地表下不小于3 m，DK221+977—DK255+230段深埋樁最終埋深為10～25 m。深埋樁結(jié)構(gòu)見圖3。

哈齊客運專線首次復(fù)測受多種因素影響，工作反復(fù)較多，周期較長，但從中也積累了經(jīng)驗，指導(dǎo)了后續(xù)工作。從哈齊客運專線施工期4年的精測網(wǎng)復(fù)測水準(zhǔn)基點高程變化趨勢（圖4）可以看出，采用了深埋樁布設(shè)方案和合理安排復(fù)測時間等措施后，大部分段落歷次復(fù)測高程變化較小，點位較為穩(wěn)定，滿足工程建設(shè)需要。

圖3 深埋樁結(jié)構(gòu)

圖4 哈齊客運專線水準(zhǔn)基點高程變化趨勢

4 結(jié)語

本文針對近年來東北寒冷地區(qū)鐵路精測網(wǎng)建網(wǎng)復(fù)測過程中遇到的困難，梳理總結(jié)了以下經(jīng)驗：

1）應(yīng)在凍脹影響期外合理安排建網(wǎng)復(fù)測作業(yè)，通常是5—11月份，其他時間需要使用的控制點應(yīng)盡量移至穩(wěn)定位置。

2）CPⅢ控制點樁埋設(shè)過程中應(yīng)去除輔助立柱上PVC套筒，基礎(chǔ)埋入最大凍結(jié)線以下，并填充25 cm砂夾卵石墊層，預(yù)埋件采用豎插形式。

3）在長段落濕地地區(qū)，應(yīng)設(shè)置有保護(hù)套筒的深埋樁，埋設(shè)深度為嵌入砂礫土層2～3 m。

多年來高速鐵路精密測量控制網(wǎng)建設(shè)及運營復(fù)測的經(jīng)驗表明，盡管東北地區(qū)漫長嚴(yán)寒的天氣對控制點穩(wěn)定性影響很大，但采取本文所述措施可以將受影響的點控制在20%左右。