CRTSⅠ型板式無砟軌道中軌道基準點(GRP)的測量方法研究

孫繼成

(中鐵四局集團有限公司，安徽合肥 230011)

1 概述

滬寧城際鐵路位于長三角地區，經由上海、昆山、蘇州、無錫、常州、丹陽、鎮江至南京，全長301雙線公里，軌道設計為CRTSⅠ型板式無砟軌道。滬寧城際鐵路無砟軌道施組工期極為緊張，無砟軌道鋪設時間平均約為2個月左右，鋪軌完成后即開始聯調聯試。鋼軌精調工作只能利用鋪軌運輸間隙與其他專業施工并行開展施工，時間僅有20d左右。在如此短的工期內，按原引進的施工技術方案將難以完成按期開通運營的目標要求。為了滿足滬寧線整體施工需要，借鑒CRTSⅡ型板精調控制方法，提出引入軌道基準點(GRP)作為軌道板精調控制和鋼軌精調控制基準的測控體系。

2 現狀調查與研究目標

傳統CRTSⅠ型板式無砟軌道施工測量中，首先利用既有的CPⅠ、CPⅡ控制網和二等水準控制網建立CPⅢ控制網，然后在施工完成的凸形擋臺上沿線路中線方向設置加密基樁和基準器。加密基樁和基準器依據相鄰CPⅢ控制點進行加密，逐一測定其位置和高程后控制其垂直于線路中線方向的限差合格后并標定點位。加密基樁和基準器測設完成后，作為控制基準進行軌道板的鋪設及調整定位。

采用傳統CRTSⅠ型板式無砟軌道施工工藝，在軌道板精調時需使用專用三角規進行測量，軌道板控制范圍較小且采用水準氣泡控制，精度控制有限，鋪設完成的軌道板精度只能實現軌道板結構的大致平順，無砟軌道精調工作集中到鋪軌完成后。在鋼軌精調階段，由于加密基樁和基準器為一次性使用，鋪軌后的軌道精調只能以CPⅢ控制網為起算控制網通過全站儀任意架站定位，逐承軌點測量鋼軌絕對坐標并固定鋼軌位置，即絕對定位階段。在此基礎上再對各承軌點進行平順性調整，即相對調整階段。此過程全站儀設站繁瑣，承軌點測量工作量大，作業效率低，需要較長作業時間多次調整才能滿足聯調聯試的條件。

而滬寧城際鐵路無砟軌道施工工期極為緊張，鋼軌精調只能利用鋪軌時間與鋼軌鋪設交叉進行。為了保證全線按期開通目標要求，需要系統地優化無砟軌道施工測量方案，減少軌道鋪設完成后鋼軌精調工作量和作業時間。為此，借鑒CRTSⅡ型板無砟軌道測量方法，提出了優化滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道測控網體系的研究目標:

①在CPⅢ控制網下增設控制點軌道基準點(GRP)，并提出測量和數據處理方法。

②結合現場試驗數據，驗證引入軌道基準點(GRP)進行CRTSⅠ型板式無砟軌道施工的技術及經濟優勢。

3 研究和應用

3.1 資料收集

查閱了CRTSⅠ、Ⅱ型板式無砟軌道的設計和施工測量方案，收集了京津城際鐵路關于CRTSⅡ型板式無砟軌道GRP點測量作業方法等技術資料。

3.2 理論分析和測設方案

結合滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道特點，借鑒CRTSⅡ型板式無砟軌道中GRP點的測量方法，分析研究CRTSⅠ型板式無砟軌道中GRP點的點位埋設、外業測量、數據處理和平差方法以及精度控制指標，提出滿足滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道施工要求的軌道基準點(GRP)測量方案。

(1)GRP點定義

CRTSⅠ型板無砟軌道基準點(GRP)，布設于凸形擋臺中心處，一般每隔一塊軌道板設一處，通過CPⅢ網測定其三維坐標，其坐標數據將直接用于軌道板精調和后期的軌道精調，具有以下特點:

①沿軌道軸線布設，近似直線導線。依據CPⅢ點，粗略放樣GRP點，然后精確測定。

②左、右線分開布設，以提高軌道的橫向精度。

③平面和高程分開測定，以提高高程的精度。

④相鄰點間平面精度0.2 mm，相鄰點高差精度0.1 mm。

(2)GRP點作業流程

GRP點以已測設完成的CPⅢ控制網為起算數據進行測量，其主要作業流程如下:

①GRP點設計坐標計算。

②GRP點初放樣。

③GRP點埋設。

④GRP點平面測量和數據處理。

⑤GRP點高程測量和數據處理。

⑥成果輸出。

(3)GRP點埋設

在GRP點初放樣后，按要求對GRP點進行埋設，考慮到軌道板精調的需要，滬寧城際鐵路GRP點設于凸形擋臺中心，按每5 m(CRTSⅠ型軌道板的長度)布設一個，左、右線分別布設，埋設位置偏離放樣點位置不大于5 mm。標志的埋設分別為以下兩種情況:

①對于底座板施工完成后隨即進行凸形擋臺的情況(如直線段)，可在GRP點放樣點的位置上鉆孔，預埋如圖1所示的GRP點基標釘，并用黏合劑錨固。

②對于軌道板精調后施工凸形擋臺的情況(如曲線段)，在底座板施工時，在放樣點位置上預埋如圖2所示的鋼棒型GRP點標志點，其鋼棒直徑為30 mm。

(4)GRP點的編號

GRP點的編號分左右線分別進行，沿線路里程增加方向編號，統一為七位。具體規則為:L(左線)/R(右線)+×××(里程整公里數)+×××(該公里段GRP點序號)。

圖1 GRP點基標釘

圖2 鋼棒型GRP點標志點

3.3 GRP點的測量與數據處理

GRP點三維坐標的測量，采用平面和高程分開施測的方法進行。相鄰GRP點之間的平面和高程相對精度滿足表1要求。

表1 相鄰GRP點間相對精度要求

(1)GRP點的平面測量

GRP點平面測量外業觀測滿足下列要求:

①全站儀設站點盡量靠近GRP點的連線方向。

②左、右線GRP點的測量，分別設站觀測。

③同一測站觀測的CPⅢ控制點不少于4對，觀測的GRP點宜為10～14個(可視天氣情況作相應調整)，其中包括與上一個測站搭接的5個GRP點。

④同一測站每個測回GRP點觀測都由遠及近依次進行觀測。觀測完畢后沿GRP觀測順序進行搬站，即后退式搬站。

⑤每一測站重復觀測上一測站的CPⅢ控制點不少于2對，重復觀測上一測站觀測的GRP點不少于5個。

以左線測量為例，GRP點平面測量的方法示意如圖3所示，右線測量與左線類似。

圖3 GRP點平面測量方法示意(左線)

(2)平面數據處理

GRP點平面測量的數據處理，采取約束聯測的CPⅢ點坐標的方法進行平差計算。以本站聯測的CPⅢ控制點和各GRP點坐標的均值作為觀測值，利用本站聯測的CPⅢ控制點的已知坐標作為起始值，采用平差的方法求解CPⅢ控制點兩套坐標(線路獨立坐標系和測站站心坐標系)的轉換參數，再根據得到的轉換參數對各GRP點的坐標均值進行轉換。

(3)GRP點的高程測量

為保證GRP點高程測量的精度，GRP點高程測量采用高精度電子水準儀和一把配套條碼水準尺施測，施測時采用附合水準路線和中視法支水準測量路線相結合的方法進行。

水準儀設站點盡量位于相鄰兩個CPⅢ控制點之間，每一測站要求如表2所示。

表2 GRP點高程測量主要技術要求

左右線GRP點高程分別測量。

每300 m左右與線路同側穩定的CPⅢ控制點閉合一次;同一測段進行往返測。

同一測段內左線(或右線)其余CPⅢ控制點均作為轉點，用于對高程測量成果進行檢核，測段內所有GRP點均作為中視點。

同一測段不需重復測量GRP點。

不同測段間重復觀測的GRP點不少于3個，在橋上作業時搭接點盡量預留在每孔梁的固定端。

以左線往測為例，GRP點高程測量的方法示意如圖4所示，左線返測與右線測量均與此類似。

(4)高程數據處理

往測水準路線閉合差滿足要求后，先對作為轉點的CPⅢ控制點進行平差計算，得到各轉點處CPⅢ控制點的高程，再據此計算各中視GRP點的往測高程。返測水準路線閉合差滿足要求后，也是先對作為轉點的CPⅢ控制點進行平差計算，得到各轉點處CPⅢ控制點的高程，再據此計算各中視GRP點的返測高程。最后取所有GRP點的往返測高程的均值作為本測站GRP點的采用高程。

3.4 現場試驗驗證

(1)試驗數據采集

依托滬寧城際先導段，以測設完成的GRP點為控制基準進行軌道板精調，安裝扣件并鋪設鋼軌，然后分別以GRP點和CPⅢ點為基礎控制數據進行鋼軌靜態檢測，檢核鋼軌鋪設后的軌道幾何狀態以及GRP點在軌道靜態檢測中的測量效率和測量精度。現場采集試驗數據如表3、表4所示。

表3 基于GRP點軌道靜態檢測綜合評價

由以上軌道靜態檢測綜合評價表可知:

①鋪設后的鋼軌平面和高程絕對精度合格率達到100%，每個扣件節點處的鋼軌幾何狀態基本精準。

②鋪設后的鋼軌軌向長波(150 m弦)以及高低長波(150 m弦)合格率達到100%;軌向短波(10 m弦)合格率97.13%，最大偏差4.1 mm;高低短波(10 m弦)合格率在99%左右，最大偏差2.6 mm;鋼軌相對精度基本合格，只有少部分扣件需調整。

③采用GRP點進行軌道靜態檢測結果與采用CPⅢ網進行軌道檢測結果基本一致，但在絕對精度和相對精度上都較好。

表4 基于CPⅢ控制網軌道靜態檢測綜合評價

④采用GRP點進行軌道靜態檢測結果與采用CPⅢ網進行軌道檢測結果中平面較差差別較大，最大較差4.5 mm。

(2)現場試驗分析

通過對試驗數據進行分析可見，利用測設完成的高精度的GRP點進行軌道板精調，能夠較好地控制鋪軌后的軌道精度，保證鋼軌扣件節點處的幾何狀態能夠滿足絕對定位要求，使鋼軌精調直接進入相對調整階段。同時，鋼軌的相對平順性也基本合格，只需進行少量的軌道調整，極大地減少了后期的鋼軌精調工作量。

采用GRP點進行軌道檢測和精調時，儀器在測設完成的GRP點上強制對中設站后開始測量，一方面可以減少傳統方法中的CPⅢ網自由設站的設站誤差，提高測站間的相對精度，保證檢測成果能夠更準確地反映軌道的真實狀態;另一方面軌道調整與軌道板調整采用的控制數據都為GRP點，保證了控制數據的一致性，提高了鋼軌靜態檢測軌向、高低等平順性控制質量。

4 結論

我國鐵路建設正逐步進入高速鐵路建設時期，為了滿足高速鐵路建設“高速度、高平順性、高舒適度”的需要，在借鑒國外先進技術和國內成功經驗的同時，必須要堅持走“消化，吸收，再創新”的道路，針對不同的建設項目進行無砟軌道施工工藝優化和創新。在滬寧城際鐵路建設中，通過引入 GRP測量點，在保留CRTSⅠ型板式無砟軌道的施工方便簡捷、成本低的前提下，又進一步提高了軌道板的施工控制精度以及后期軌道靜態檢測數據質量。一方面保證了鋪軌后鋼軌扣件節點處的幾何狀態能夠滿足絕對定位要求，另一方面減少了后期鋼軌精調工作量，從而為在短時間內完成軌道幾何狀態精調施工并提供聯調聯試條件打下了基礎。

[1]TB10601—2009 高速鐵路工程測量規范[S］

[2]鐵建設函[2009］674號 高速鐵路無砟軌道工程施工精調作業指南[S］

[3]張正祿，等.工程測量學[M］.武漢:武漢大學出版社，2005

[4]朱 穎.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術[M］.北京:中國鐵道出版社，2009