高鐵軌道施工測量技術(shù)在地鐵項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

張韶強(qiáng)

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100041）

1 引言

城市發(fā)展中，地鐵成為城市范圍內(nèi)交通軌道運(yùn)營的重要組成部分。但在建設(shè)地鐵項(xiàng)目時(shí)，由于地鐵建設(shè)環(huán)境的特殊性，項(xiàng)目施工中的測量難度較大。為確保地鐵項(xiàng)目的測量質(zhì)量，測量人員將高鐵軌道施工測量技術(shù)應(yīng)用在地鐵項(xiàng)目中，借此通過CPⅢ控制網(wǎng)的合理布設(shè)，精準(zhǔn)地完成地鐵項(xiàng)目的測量任務(wù)，滿足地鐵建設(shè)中軌道鋪設(shè)、平面及高程測量的基本要求。

2 工程概況

某城市的地鐵17號(hào)線工程，全線共包含150個(gè)曲線段，最小曲線段半徑約為300 m。該項(xiàng)目在建設(shè)中采用高鐵軌道測量技術(shù)。CPⅢ控制網(wǎng)分別布設(shè)在地鐵隧道（分為盾構(gòu)、暗挖、明挖）區(qū)間、地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站內(nèi)，且CPⅢ控制點(diǎn)成對布設(shè)，縱向間距約為35～55 m，一般直線為50 m，曲線為40 m，道岔和小半徑地段為30 m，保證前全站儀前后至少能看到4對CPⅢ控制點(diǎn)。

3 高鐵軌道施工測量技術(shù)相關(guān)概述

高鐵軌道施工測量技術(shù)是新時(shí)期高鐵項(xiàng)目建設(shè)中，軌道工程施工測量的重要工藝。基本原理是通過在施工區(qū)域內(nèi)布設(shè)固定參照物的方式測量該區(qū)域的軌道位置。在此過程中，施工人員會(huì)利用CPⅢ控制點(diǎn)上的坐標(biāo)高程分析軌道鋪設(shè)中各管線設(shè)備的實(shí)際位置，判斷軌道垂直、位移情況，提前預(yù)防軌道變形風(fēng)險(xiǎn)。隨著高鐵軌道施工測量技術(shù)的成熟，測量理論、測量方法更為成熟，并逐步應(yīng)用在地鐵項(xiàng)目建設(shè)中[1]。

地鐵項(xiàng)目中，高鐵軌道施工測量技術(shù)的基本應(yīng)用思路是在選定地鐵調(diào)線調(diào)坡后的控制點(diǎn)后建立地鐵CPⅢ控制網(wǎng)，然后依據(jù)控制網(wǎng)上的測量點(diǎn)位復(fù)測地鐵工程中的基標(biāo)數(shù)據(jù)。在高鐵軌道測量技術(shù)的應(yīng)用下，測量人員可依此保證地鐵鋪軌精度，增強(qiáng)軌道的平穩(wěn)性。在此期間，測量人員可利用測量控制網(wǎng)的輔助功能，對地鐵導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行約束平差，確保地鐵軌道工程施工質(zhì)量，更可靠地控制地鐵項(xiàng)目中的各項(xiàng)設(shè)備工程參數(shù)。

4 地鐵項(xiàng)目中高鐵軌道施工測量的基本方向

地鐵項(xiàng)目建設(shè)中，高鐵軌道施工測量技術(shù)在具體應(yīng)用時(shí)，測量人員可利用該技術(shù)方案中的CPⅢ控制網(wǎng)加強(qiáng)地鐵鋪軌施工中的平面控制，具體包括以下兩方面：（1）施工人員可推進(jìn)地鐵鋪軌工程中的平面測量，測量前可根據(jù)地鐵內(nèi)軌道線路設(shè)計(jì)方案，分別在地鐵軌道線路上有效安排測量點(diǎn)，并根據(jù)控制網(wǎng)的分布情況調(diào)節(jié)縱向軌道的鋪設(shè)距離。（2）基于高鐵軌道施工測量技術(shù)，施工人員可借助軌道面鉆孔的方式定位地鐵鋪軌的施工位置，或應(yīng)用CPⅢ控制網(wǎng)加強(qiáng)施工進(jìn)度管理，在精確測量、準(zhǔn)確控制的基礎(chǔ)上有序完成地鐵鋪軌任務(wù)，提升軌道施工中的精準(zhǔn)水平。此外，隨著計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化控制等技術(shù)的推廣與應(yīng)用，地鐵項(xiàng)目建設(shè)中CPⅢ控制網(wǎng)中的測量數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，測量人員可利用該數(shù)據(jù)在鋪軌工程建設(shè)中進(jìn)行聯(lián)動(dòng)測量，保障測量精度，提升地鐵項(xiàng)目建設(shè)中鋪軌工程測量水平。從而滿足新時(shí)期城市軌道交通項(xiàng)目中基礎(chǔ)測量的質(zhì)量要求，降低建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，使地鐵項(xiàng)目如期竣工。

5 高鐵軌道施工測量技術(shù)在地鐵項(xiàng)目中的具體應(yīng)用

5.1 建設(shè)地鐵CPⅢ控制網(wǎng)

基于高鐵軌道施工測量技術(shù)，測量人員在地鐵項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)中還應(yīng)結(jié)合地鐵軌道鋪設(shè)要求提前布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)，建設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)。相較于高鐵工程項(xiàng)目，地鐵軌道的曲線半徑較小，所以通常情況下，地鐵項(xiàng)目中的CPⅢ控制點(diǎn)需埋設(shè)在地鐵隧道側(cè)壁上。在上述工程項(xiàng)目中，外業(yè)觀測時(shí)每個(gè)地鐵站設(shè)有5對CPⅢ控制點(diǎn)，軌道工程中的控制點(diǎn)約為165個(gè)，相鄰測站中CPⅢ控制點(diǎn)的間距控制在120 m以內(nèi)，同時(shí)間隔約800 m聯(lián)測高級控制點(diǎn)。

1）測量人員應(yīng)科學(xué)地布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)，并同步進(jìn)行平面、高程測量工作，獲取完整的測量數(shù)據(jù)后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，核查無誤后對CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行約束平差。測量人員應(yīng)采用自由測站邊角交會(huì)測量的方式，分別計(jì)算CPⅢ控制網(wǎng)上的距離測量誤差、可重復(fù)測量誤差、方向觀測測量誤差、相對點(diǎn)位測量精度。其中，方向觀測測量誤差應(yīng)控制在±1.8 mm，相對點(diǎn)位精度為±1 mm，可重復(fù)測量精度與距離測量誤差分別為±1.5 mm、±1.0 mm。

2）建設(shè)地鐵CPⅢ控制網(wǎng)，同時(shí)確保地鐵CPⅢ控制網(wǎng)中的技術(shù)參數(shù)符合相關(guān)要求，見表1。正式測量時(shí)，測量人員還應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用平面測量、三角高程測量技術(shù)，合并測量地鐵軌道，軌道基礎(chǔ)CPⅢ控制網(wǎng)自由測點(diǎn)中外業(yè)觀測時(shí)，測回?cái)?shù)應(yīng)≥3，測回間距離較差≤1 mm。自由測站三角高程平差后，高差改正數(shù)應(yīng)小于1 mm，高差觀測值中的誤差≤0.5 mm，平差后相鄰點(diǎn)高差中誤差為±0.5 mm。

表1 地鐵CPⅢ軌道控制網(wǎng)中約束平差后的技術(shù)要求mm

3）正式布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)時(shí)，測量人員應(yīng)在地鐵軌道工程的路基區(qū)域，成對地將CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)在相應(yīng)的點(diǎn)樁上。隧道橋梁區(qū)域的點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在橋墩頂部固定支座上，該區(qū)域相鄰CPⅢ控制點(diǎn)的縱向距離約為50～70 m。除此之外，布設(shè)CPⅢ控制點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)將控制點(diǎn)成對地布設(shè)在隧道側(cè)墻、站臺(tái)廊檐上，小曲線區(qū)域中的間距約為20～25 m，控制點(diǎn)應(yīng)高于地鐵軌道面0.8～1.2 m，其他區(qū)域控制點(diǎn)的縱向間距為25～60 m。需要注意的是，選用CPⅢ控制標(biāo)志時(shí)，施工人員應(yīng)靈活地使用水準(zhǔn)測量桿、預(yù)埋件、棱鏡測量桿件，各桿件加工時(shí)的實(shí)際精度應(yīng)控制在約0.02 mm，插入對應(yīng)位置后，平面誤差、高程誤差應(yīng)分別控制在0.168 mm、0.161 mm。

5.2 平面測量

平面測量地鐵項(xiàng)目建設(shè)是高鐵軌道施工測量技術(shù)的重要步驟。通常情況下，地鐵軌道基礎(chǔ)CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)完畢后，施工人員應(yīng)采用自由測站邊角交會(huì)的方式測量，每一測點(diǎn)應(yīng)使用3～4對控制點(diǎn)，測量地鐵軌道地下平面CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，施工人員可沿地鐵軌道沿線分別布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，然后每隔約300 m，在該區(qū)域聯(lián)測高等級線路的CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)。而在既有線路CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)問題后，測量人員可憑借車站通道上的既有控制網(wǎng)點(diǎn)完成測量任務(wù)。在此過程中，施工人員還應(yīng)在地鐵車站兩端確定地下平面起算點(diǎn)，并依據(jù)GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中的相關(guān)要求規(guī)范應(yīng)用GPS測點(diǎn)。

除此之外，基于高鐵隧道施工測量技術(shù)，在地鐵鋪軌施工中，該技術(shù)的平面測量可有效控制鋪軌變化差異，幫助施工人員更準(zhǔn)確地在地鐵CPⅢ控制網(wǎng)的布設(shè)區(qū)域?qū)Φ罔F軌道進(jìn)行聯(lián)動(dòng)測量，高效獲取測量點(diǎn)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，滿足地鐵項(xiàng)目建設(shè)中鋪軌施工的精度要求。比如，為提升地鐵鋪軌測量精度，還應(yīng)利用CPⅢ控制點(diǎn)糾正鋪軌長度、方向等基本數(shù)據(jù)，控制測量誤差，使鋪軌施工中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合地鐵鋪軌工程的質(zhì)量要求。

5.3 高程測量

地鐵項(xiàng)目建設(shè)中高程測量的主要方法包括氣壓高程測量、水準(zhǔn)高程測量、三角高程測量等。其中，水準(zhǔn)高層測量是利用CPⅢ控制網(wǎng)上測量點(diǎn)之間的高差，對軌道高程進(jìn)行測量，三角高程測量則是對3個(gè)CPⅢ測點(diǎn)高差進(jìn)行計(jì)算，此種測量方式不受地形限制，但精度明顯低于水準(zhǔn)測量。地鐵鋪軌施工中，氣壓高程測量則是通過分析測量期間大氣壓力的方式，用氣壓計(jì)測量CPⅢ控制點(diǎn)之間的氣壓差，然后以此推算鋪軌高程。

高鐵軌道施工測量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，測量人員可結(jié)合不同測量手段，提前測量高鐵鋪軌時(shí)的實(shí)際高程，更精確地鋪設(shè)地鐵基線，發(fā)揮地鐵鋪軌施工中高程測量的基本價(jià)值。但是為減少高程測量數(shù)對地鐵軌道鋪設(shè)質(zhì)量的影響，測量人員還應(yīng)明確高鐵軌道施工測量技術(shù)要點(diǎn)，嚴(yán)格控制高程測量中誤差、偏差，讓施工人員能夠安全、有序地完成地鐵鋪軌工作。比如，本文地鐵項(xiàng)目中，在CWY28-WFY10、CWY28-WLY3、CWY28-WLY1等起止點(diǎn)位上，CPⅢ控制網(wǎng)測量時(shí)高程測量的二等水準(zhǔn)限差分別控制在3.63 mm、5.09 mm、5.85 mm，高差閉合差分別為5.78 mm、3.31 mm、1.28 mm，符合地鐵項(xiàng)目建設(shè)中高程測量精度控制要求。

5.4 軌排粗調(diào)與精調(diào)

基于高鐵軌道施工測量技術(shù)，測量人員應(yīng)依據(jù)CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)后所獲取的測量數(shù)據(jù)，針對性地對地鐵項(xiàng)目中的軌排進(jìn)行粗調(diào)、精調(diào)。具體包括以下方面：（1）施工人員可根據(jù)地鐵軌道道床類型，分別在隧道側(cè)邊埋設(shè)基準(zhǔn)標(biāo)，基準(zhǔn)標(biāo)與軌道中心線的距離約為1.3～1.6 m，每隔約5 m應(yīng)按照軌排線路分布布設(shè)基準(zhǔn)標(biāo)[2]。施工人員可依據(jù)CPⅢ控制點(diǎn)，逐步測量基準(zhǔn)標(biāo)的三維坐標(biāo)，然后計(jì)算基準(zhǔn)標(biāo)的頂面標(biāo)高、偏距等參數(shù)。正式施工中，測量人員可使用相應(yīng)的測量工具計(jì)算基準(zhǔn)標(biāo)、曲線內(nèi)軌高差值等數(shù)據(jù)，靈活調(diào)整軌排高低、距離等施工參數(shù)。（2）精調(diào)軌排時(shí)，施工人員應(yīng)在粗調(diào)軌排的基礎(chǔ)上，分別使每一測站處的CPⅢ控制點(diǎn)有5～6個(gè)參與平差，同時(shí)利用遠(yuǎn)端全站儀的測量內(nèi)容，控制軌檢小車，配合自由測站實(shí)時(shí)測量，測站測量距離為5～55 m。外業(yè)測量結(jié)束后，可利用CPⅢ控制測量相關(guān)的自動(dòng)化軟件處理平差，樹立各測點(diǎn)、測站坐標(biāo)的關(guān)系，逐步地測出軌排施工中的高低值、超高量，以便于施工人員在正式施工中準(zhǔn)確地控制軌排平面、軌距、高程等核心參數(shù)，逐步達(dá)成地鐵軌排精調(diào)目標(biāo)。

5.5 鋪軌完成后用全站儀和精調(diào)小車?yán)肅PⅢ精調(diào)線路

地鐵鋪軌完畢后，測量人員可基于CPⅢ控制網(wǎng)，靈活應(yīng)用全站儀、精調(diào)小車對地鐵軌道線路進(jìn)行精調(diào)，具體流程包括：全站儀自由設(shè)站→檢查設(shè)站精度→采集軌道數(shù)據(jù)→現(xiàn)場指導(dǎo)調(diào)軌→精調(diào)鋪軌線路等。（1）在全站儀自由設(shè)站，若地鐵鋪軌通視條件良好，應(yīng)將站間距控制在60 m相鄰兩站共設(shè)置16個(gè)CPⅢ點(diǎn)。設(shè)站結(jié)束后，檢查CPⅢ控制點(diǎn)誤差，使其誤差控制在1 mm以內(nèi)。（2）運(yùn)用軌檢小車采集軌道數(shù)據(jù)，并現(xiàn)場指導(dǎo)軌排施工人員調(diào)軌，將軌排誤差控制在2 mm以內(nèi)。（3）啟動(dòng)軌道檢小車進(jìn)行線路精調(diào)。用小車采集軌枕區(qū)域的軌道數(shù)據(jù)，逐一地對軌枕進(jìn)行編號(hào)，每隔100 m可將軌枕歸為一段，現(xiàn)場精調(diào)時(shí)每5根軌枕可標(biāo)識(shí)一次。將軌道數(shù)據(jù)上交，用數(shù)據(jù)軟件編制精調(diào)方案，為軌排施工人員提供每根軌枕的調(diào)整量，指導(dǎo)其完成線路精調(diào)任務(wù)。精調(diào)結(jié)束后，再次采集軌道線路上的數(shù)據(jù)信息，直至地鐵鋪軌的各項(xiàng)精度符合驗(yàn)標(biāo)要求。

6 結(jié)語

綜上所述，高鐵軌道施工測量技術(shù)在地鐵項(xiàng)目中有著不可忽視的應(yīng)用價(jià)值。測量人員可基于該技術(shù)，在地鐵建設(shè)中布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)，以此確保地鐵軌道鋪設(shè)的平順性，滿足地鐵運(yùn)營期間的基本要求。但是為發(fā)揮高鐵軌道施工測量技術(shù)的實(shí)踐優(yōu)勢，還應(yīng)根據(jù)地鐵項(xiàng)目的特點(diǎn)、測量要求，嚴(yán)格利用CPⅢ控制網(wǎng)確保地鐵軌道測量的精度，同時(shí)加強(qiáng)地鐵軌道的后期維護(hù)，延長地鐵項(xiàng)目的使用年限，為城市軌道交通系統(tǒng)的完善創(chuàng)造有利條件。