滬杭高速鐵路CRTSⅡ型板施工GRP網(wǎng)測(cè)量技術(shù)與難點(diǎn)研究

汪建國(guó)

(中鐵一局集團(tuán)滬杭鐵路客運(yùn)專線項(xiàng)目經(jīng)理部，杭州 311100)

1 概述

《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB 10601—2009)與《高速鐵路無砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南》(鐵建設(shè)函［2009］674號(hào))規(guī)定CRTSⅡ型板軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱GRP)的作用為:為粗鋪軌道板和軌道板精調(diào)提供控制基準(zhǔn)。為保證高速列車在高速客運(yùn)專線上運(yùn)行時(shí)的安全性，以及乘坐旅客的舒適度，高速客運(yùn)專線的軌道必須具備高平順性和高穩(wěn)定性。軌道具備高平順性和高穩(wěn)定性的條件，除軌道結(jié)構(gòu)的合理外形尺寸、良好的材質(zhì)和制造工藝外，軌道的高精度鋪設(shè)是實(shí)現(xiàn)軌道初始高平順性的保證，而軌道板的高精度鋪設(shè)施工是滿足這一保證的先決條件，因此，軌道基準(zhǔn)網(wǎng)的測(cè)設(shè)必須滿足軌道板鋪設(shè)高精度要求，進(jìn)而滿足無砟軌道平順性的要求。

2 測(cè)量技術(shù)難點(diǎn)分析

2.1 測(cè)量過程技術(shù)難點(diǎn)

滬杭高速鐵路海航特大橋，在進(jìn)行GRP測(cè)量時(shí)，出現(xiàn)以下技術(shù)問題:

(1)定位點(diǎn)和GRP放樣測(cè)設(shè)時(shí)，自由設(shè)站很難滿足精度要求，對(duì)GRP進(jìn)行平面測(cè)量時(shí)，自由設(shè)站很難滿足精度要求;

(2)GRP搭接區(qū)段測(cè)量很難滿足精度要求;

(3)不同環(huán)境時(shí)段測(cè)量數(shù)據(jù)較差超限;

(4)連續(xù)梁上建站及測(cè)量時(shí)精度很難滿足要求;

(5)測(cè)量結(jié)果達(dá)不到精度要求的情況時(shí)有發(fā)生。

2.2 難點(diǎn)分析

滬杭高速鐵路項(xiàng)目由于工期緊，交叉施工頻繁，加之GRP點(diǎn)測(cè)量精度要求極高，在進(jìn)行GRP埋設(shè)與測(cè)量時(shí)，各種施工交叉作業(yè)，給測(cè)量環(huán)境造成很大的影響，使測(cè)量工作進(jìn)展緩慢，一度出現(xiàn)測(cè)量建站、測(cè)量成果都達(dá)不到精度要求。面對(duì)壓力，技術(shù)人員認(rèn)真分析測(cè)量過程每個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)問題成因歸納如下:

(1)建站精度超限主要是自由設(shè)站位置距CPⅢ各點(diǎn)距離不均勻，或采用的CPⅢ點(diǎn)沒有通過評(píng)估;

(2)搭接區(qū)GRP點(diǎn)不滿足精度要求和測(cè)量建站或測(cè)量過程中數(shù)據(jù)較差超限主要是兩次測(cè)量的溫度、濕度環(huán)境指數(shù)相差較大引起;

(3)橋上測(cè)量時(shí)橋上橋下大型施工機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)對(duì)精度影響極大，尤其是連續(xù)梁橋上GRP測(cè)量時(shí)，由于無砟軌道測(cè)量控制網(wǎng)精度要求極高，橋面上下都不應(yīng)該有任何施工機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)。連續(xù)梁橋段CPⅢ控制點(diǎn)完成20 d后對(duì)GRP進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)再次進(jìn)行復(fù)測(cè)評(píng)估。

(4)偶爾測(cè)量精度超限，大多是CPⅢ孔棱鏡沒有放實(shí)或放歪，南方空氣濕度大，棱鏡鏡頭有水珠霧氣。因此在測(cè)量前對(duì)儀器檢查，測(cè)量途中也要檢查擦拭，儀器拿到工地開箱20 min后進(jìn)行測(cè)量，使儀器和外界溫度環(huán)境一致。CPⅢ孔雜物也要檢查清理。平時(shí)對(duì)測(cè)量?jī)x器及棱鏡配件輕拿輕放嚴(yán)格保管。

(5)從誤差理論和測(cè)量實(shí)踐分析，每測(cè)段長(zhǎng)度不應(yīng)少于300 m，測(cè)量過程應(yīng)該固定一套儀器設(shè)備完成。同一測(cè)站建站觀測(cè)CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于4對(duì)，觀測(cè)GRP點(diǎn)不應(yīng)超過14個(gè)。

3 測(cè)設(shè)GRP點(diǎn)

新建滬杭高速鐵路采用CRTSⅡ型板式無砟軌道，在軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)評(píng)估通過及混凝土底座板(橋上)或支承層(路基)完成后，依據(jù)CPⅢ控制網(wǎng)，采用全站儀自由設(shè)站極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)GRP點(diǎn)，為減少測(cè)量工作，此時(shí)可同時(shí)測(cè)設(shè)軌道板安置點(diǎn)(施工稱定位錐點(diǎn))。軌道板的粗鋪和精調(diào)就是利用軌道安置點(diǎn)和GRP完成。

依據(jù)CPⅢ控制點(diǎn)，測(cè)設(shè)軌道安置點(diǎn)和GRP時(shí)，自由設(shè)站觀測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)不少于3對(duì)，相鄰測(cè)站重復(fù)觀測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)不少于1對(duì)。軌道安置點(diǎn)和GRP放樣時(shí)，自由設(shè)站點(diǎn)的精度應(yīng)滿足表1要求。

表1 軌道板安置點(diǎn)和GRP放樣時(shí)自由設(shè)站點(diǎn)的精度

自由設(shè)站精度滿足要求后，CPⅢ控制點(diǎn)的坐標(biāo)不符值應(yīng)滿足表2所示要求。

表2 CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符值限差要求 mm

若CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符值不滿足表2的要求時(shí)，在保證CPⅢ控制點(diǎn)不少于2對(duì)的前提下，應(yīng)剔除超限CPⅢ點(diǎn)重新自由設(shè)站，直到滿足要求后，對(duì)軌道板安置點(diǎn)和GRP進(jìn)行放樣，并滿足以下要求:

(1)軌道板安置點(diǎn)的放樣距離不應(yīng)大于100 m;

(2)安置點(diǎn)平面定位允許誤差應(yīng)滿足±5 mm;

(3)GRP平面定位允許誤差應(yīng)滿足±5 mm。

4 軌道基準(zhǔn)點(diǎn)(GRP)測(cè)量

GRP放樣埋設(shè)完成后，按照《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB10601—2009)對(duì) GRP的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。平面坐標(biāo)測(cè)量和高程測(cè)量應(yīng)該分開進(jìn)行測(cè)量。精度滿足表3要求。

表3 相鄰GRP點(diǎn)間相對(duì)精度要求 mm

4.1 GRP平面坐標(biāo)測(cè)量

4.1.1 測(cè)量前的準(zhǔn)備及建站工作

儀器應(yīng)采用標(biāo)稱測(cè)距≤(1 mm+2 ppm)和標(biāo)稱方向測(cè)量精度≤1″的智能型全站儀。

滬杭高速鐵路GRP點(diǎn)平面測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集，采用了西南交通大學(xué)研制的軌道基準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集軟件(TRN DMS)。外業(yè)左右線分別設(shè)站觀測(cè)，同一測(cè)站觀測(cè)的CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于4對(duì)，觀測(cè)的GRP點(diǎn)11～14個(gè)(包括與上一站搭接的5個(gè)GRP點(diǎn))且最近的GRP點(diǎn)距設(shè)站距離不小于10 m，其精度應(yīng)滿足表4要求。

表4 GRP測(cè)量自由設(shè)站點(diǎn)精度要求

自由設(shè)站測(cè)量完成和精度滿足要求后，CPⅢ控制點(diǎn)的坐標(biāo)不符值應(yīng)滿足表2的要求。若不滿足時(shí)，在保證CPⅢ控制點(diǎn)不少于3對(duì)的前提下，應(yīng)剔除超限CPⅢ點(diǎn)重新自由設(shè)站，直到滿足要求后，進(jìn)行GRP點(diǎn)平面觀測(cè)。

4.1.2 GRP點(diǎn)平面觀測(cè)

同一測(cè)站的CPⅢ控制點(diǎn)和GRP點(diǎn)測(cè)量，應(yīng)采用全站儀正倒鏡進(jìn)行多個(gè)半測(cè)回觀測(cè)。先觀測(cè)所有CPⅢ控制點(diǎn)，再由遠(yuǎn)及近觀測(cè)所有GRP點(diǎn)。GRP點(diǎn)的觀測(cè)不應(yīng)少于3個(gè)測(cè)回，CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于4個(gè)測(cè)回。測(cè)回間的坐標(biāo)較差應(yīng)滿足表5限差要求。超限時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或重測(cè)。

表5 GRP平面測(cè)量外業(yè)限差要求 mm

4.1.3 平面數(shù)據(jù)處理

GRP平面測(cè)量數(shù)據(jù)處理應(yīng)滿足以下精度要求:

(1)在同一測(cè)站，分別對(duì)四測(cè)回的CPⅢ控制點(diǎn)和三測(cè)回的GRP點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量值求平均值，各測(cè)回坐標(biāo)與其平均值較差，應(yīng)滿足表6要求。

表6 GRP平面外業(yè)測(cè)量與各測(cè)回坐標(biāo)與其平均值較差要求mm

(2)GRP點(diǎn)平面數(shù)據(jù)處理時(shí)CPⅢ點(diǎn)的穩(wěn)定性決定其是否參與后續(xù)平差，可通過在現(xiàn)場(chǎng)CPⅢ點(diǎn)實(shí)測(cè)距離與已知坐標(biāo)反算距離的差值，以及平差后各CPⅢ點(diǎn)的殘差值來判定，其各項(xiàng)指標(biāo)見表7。

表7 GRP平面數(shù)據(jù)處理CPⅢ點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)

(3)測(cè)站間重復(fù)觀測(cè)(搭接)的GRP點(diǎn)采用余弦函數(shù)平滑的方法進(jìn)行處理，并滿足表8的要求。

表8 GRP點(diǎn)平面區(qū)段間搭接指標(biāo)

4.2 GRP高程測(cè)量

4.2.1 測(cè)量前準(zhǔn)備工作

高程測(cè)量應(yīng)在軌道板粗鋪后進(jìn)行，避免二期荷載對(duì)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的高程造成影響。儀器設(shè)備采用高精度電子水準(zhǔn)儀和一把配套條碼水準(zhǔn)尺;GRP點(diǎn)立尺需配備與GRP點(diǎn)測(cè)釘匹配的水準(zhǔn)尺適配器;CPⅢ點(diǎn)立尺不使用此適配器，而使用與CPⅢ測(cè)量建網(wǎng)時(shí)一致的水準(zhǔn)測(cè)量桿。儀器設(shè)備必須在使用前檢定。

4.2.2 GRP高程觀測(cè)

左右線高程觀測(cè)分開進(jìn)行，測(cè)量前采用“后－前”模式對(duì)區(qū)段內(nèi)所有同側(cè)CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)側(cè)，確定起始2個(gè)穩(wěn)定的CPⅢ控制點(diǎn)，使得閉合差f滿足

式中 a——CPⅢ點(diǎn)高程控制的允許偏差，其值為0.5 mm;

b——每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差，其值為2 mm;

s——單程水準(zhǔn)測(cè)量線路長(zhǎng)度，km。每一測(cè)站技術(shù)要求見表9，測(cè)段都要進(jìn)行往返測(cè)量。

表9 GRP點(diǎn)高程測(cè)量主要技術(shù)要求

測(cè)段搭接必須使用上一測(cè)段最后一個(gè)CPⅢ點(diǎn)作為本測(cè)段起始站的后視基準(zhǔn)點(diǎn)。搭接重復(fù)觀測(cè)的GRP點(diǎn)不少于5個(gè)。

4.2.3 高程數(shù)據(jù)處理

GRP點(diǎn)高程的數(shù)據(jù)處理，需滿足以下精度要求。

(1)GRP高程往返測(cè)高程較差≤±0.6 mm。

(2)GRP點(diǎn)高程測(cè)量區(qū)段間搭接指標(biāo)如表10所示。

表10 GRP點(diǎn)高程測(cè)量區(qū)段搭接指標(biāo)

5 體會(huì)與建議

滬杭鐵路客運(yùn)專線CRTSⅡ型板式無砟軌道施工已全面驗(yàn)收完成，雖然剛開始走了不少彎路，但經(jīng)過艱苦探索，認(rèn)真分析查找測(cè)量精度超限的原因，及時(shí)采取相應(yīng)的措施反復(fù)實(shí)踐，最終測(cè)量精度均達(dá)到了規(guī)范和技術(shù)要求，2010年9月28日試運(yùn)行時(shí)速達(dá)到416.6 km，充分證明軌道板GRP的精度控制達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。體會(huì)如下:

(1)必須投入了高精度的測(cè)量?jī)x器設(shè)備，才能滿足軌道板鋪設(shè)的精度要求;

(2)測(cè)量過程中嚴(yán)格按照測(cè)量所確定的方案步驟進(jìn)行;

(3)盡量將GRP測(cè)量放在夜間進(jìn)行，保證有一個(gè)安靜的環(huán)境，測(cè)量時(shí)停止橋上一切施工作業(yè)，關(guān)閉一切施工照明燈光設(shè)施。微小的振動(dòng)和燈光折射都無法保證測(cè)量精度;

(4)測(cè)量過程中達(dá)不到精度要求或較差超限，通過認(rèn)真分析每一步操作和外業(yè)環(huán)境狀態(tài)，都可以找到解決問題的方法。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10601—2009 高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10601—2009 高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范(條文說明)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)函［2009］674號(hào) 高速鐵路無砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］國(guó)家測(cè)繪局.GB/T15314—1994 精密工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京:1994.

［5］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50026—2007 工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［6］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T12897—2006 國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［7］李明領(lǐng).高速鐵路無砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)建立與精度控制［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):84-85.

［8］冀光民，呂文超，宋 劍.道岔板鋪設(shè)精密測(cè)量技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):86-89.

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