橋隧相連工程整體施工獨(dú)立控制網(wǎng)建網(wǎng)方案探討

付宏平，陳光金，劉海江

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043;2.大西鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司，太原 030027)

《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009)規(guī)定:“復(fù)雜特大橋應(yīng)建立獨(dú)立的施工測量平面、高程控制網(wǎng)”;“當(dāng)線路平面控制網(wǎng)精度不能滿足隧道平面控制測量要求時(shí)，應(yīng)建立隧道獨(dú)立平面控制網(wǎng)，并與隧道洞口附近線路平面控制點(diǎn)聯(lián)測”;“平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系宜采用以隧道平均高程面為基準(zhǔn)面，以隧道長直線或曲線隧道切線(或公切線)為坐標(biāo)軸的施工獨(dú)立坐標(biāo)系，坐標(biāo)軸的選取應(yīng)方便施工使用”;“高程系統(tǒng)應(yīng)與線路高程系統(tǒng)相同”。

文獻(xiàn)[1]對鐵路精測網(wǎng)對橋隧施工測量的影響進(jìn)行了分析，得出結(jié)論:“在橋梁、隧道施工中，如果采用在線路精測網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ下的加密網(wǎng)代替獨(dú)立施工控制網(wǎng)，用設(shè)計(jì)理論中線數(shù)據(jù)進(jìn)行施工。由于施工加密網(wǎng)與原測CPⅠ、CPⅡ不是同期網(wǎng)，雖然進(jìn)行了兼容性、穩(wěn)定性檢查，但兩期CPⅠ、CPⅡ間的角度發(fā)生了變化。對橋梁工程而言，直接體現(xiàn)為撥角放樣誤差，影響墩臺的橫向位置。對隧道工程而言，由于CPⅠ控制點(diǎn)數(shù)量少(進(jìn)、出洞口一般各2個)、洞口間距離較遠(yuǎn)，加上測量誤差的存在，點(diǎn)間的相對位置變化不能有效判別，若以CPⅠ、CPⅡ?yàn)榛鶞?zhǔn)加密，實(shí)際扭曲了CPⅠ、CPⅡ與新設(shè)控制點(diǎn)間的相對關(guān)系，不利于隧道準(zhǔn)確貫通”。因此必須建立特大橋、特長隧道獨(dú)立施工控制網(wǎng)。

對于長大橋隧相連工程，由于施工測量精度要求高，必須保證施工控制點(diǎn)相對位置準(zhǔn)確，使工程平順銜接或貫通，如何進(jìn)行長大橋隧相連工程布網(wǎng)設(shè)計(jì)，是一個值得探討的問題。針對某鐵路黃河特大橋以及特長隧道工程相連的實(shí)際情況，結(jié)合以往大型橋隧工程施工獨(dú)立控制網(wǎng)的測量經(jīng)驗(yàn)，提出建立橋隧整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)的設(shè)想，以確保相關(guān)工程施工放樣精度以及相鄰工程施工正確銜接。

1 工程概況

1.1 某鐵路黃河特大橋

某鐵路黃河特大橋橋梁長度9.983 km。橋梁一側(cè)橋臺位于黃河三級階地上，另一側(cè)橋臺位于黃土臺塬邊上，沿小里程方向形成連續(xù)階梯狀陡坎，大部分橋墩坐落于緩和一級階地、漫灘及河床區(qū)。橋梁地區(qū)地形平坦，地勢起伏較小。橋址處黃河河槽寬淺，主河槽擺動不定。跨河水域?qū)?.5 km。

1.2 特長隧道

特長隧道全長9.355 km，屬于雙線長大隧道，結(jié)合隧道所處地形、地質(zhì)條件，考慮施工工期、洞口施工條件及運(yùn)營期間救援疏散要求，采用4座斜井輔助施工。進(jìn)口端連接黃河特大橋，出口端連接金水溝大橋。

1.3 相連另一隧道

與金水溝大橋相連另一隧道全長2 244 m，為雙線隧道，與特長隧道同處同一條直線，2個隧道洞口相距很近，中間以金水溝大橋相連接。

2 平面獨(dú)立控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)

某鐵路跨越黃河段落屬于典型的橋隧相連工程，線路經(jīng)黃河特大橋后直接進(jìn)入特長隧道，出隧道后接入金水溝大橋，金水溝大橋接入相連另一個隧道。在這樣的區(qū)段橋、隧施工控制網(wǎng)就不宜單獨(dú)建網(wǎng)。一方面要考慮單體工程的特點(diǎn)以及布網(wǎng)要求，保證測量精度。另一方面還要兼顧工程相關(guān)性，達(dá)到相鄰工程平順銜接的目的。基于以上兩點(diǎn)考慮，該段工程按照橋隧整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)思路進(jìn)行布網(wǎng)設(shè)計(jì)，即黃河特大橋-特長隧道-金水溝大橋-相連另一隧道平面獨(dú)立施工控制網(wǎng)整網(wǎng)同測。

整體施工控制網(wǎng)由隧道控制網(wǎng)和橋梁控制網(wǎng)兩大部分組成。隧道控制網(wǎng)含隧道進(jìn)出口聯(lián)系網(wǎng);兩端洞口子網(wǎng)、各斜井洞口子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)。橋梁控制網(wǎng)含跨河框架網(wǎng)和旱橋控制網(wǎng)。各控制網(wǎng)的基本網(wǎng)形采用大地四邊形、四邊形和三角形，均由獨(dú)立基線矢量構(gòu)成，各控制網(wǎng)疊加后構(gòu)成橋隧整體施工控制網(wǎng)。

2.1 隧道進(jìn)出口聯(lián)系網(wǎng)

隧道進(jìn)、出口各布設(shè)至少3個控制點(diǎn)，其中，隧道進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)洞口投點(diǎn)，便于將隧道中線以直線邊形式納入控制網(wǎng)中一并考慮。隧道進(jìn)出口聯(lián)系網(wǎng)設(shè)計(jì)網(wǎng)形示意如圖1所示。

圖1 隧道進(jìn)出口聯(lián)系網(wǎng)設(shè)計(jì)網(wǎng)形示意

2.2 隧道兩端洞口子網(wǎng)、各斜井洞口子網(wǎng)和子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)

隧道每個斜井井口按3個點(diǎn)布設(shè)考慮。其中1個控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在斜井洞口附近(距離斜井洞口不宜短于300 m)，便于施工引測進(jìn)洞。同時(shí)還應(yīng)放出2個斜井中線投點(diǎn)，并納入控制網(wǎng)中觀測，以確定斜井與中線的精確關(guān)系。各子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)網(wǎng)形示意如圖2所示。

圖2 各子網(wǎng)以及子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)網(wǎng)形示意

2.3 橋梁框架控制網(wǎng)

橋梁控制網(wǎng)主要由跨河框架控制網(wǎng)和旱橋控制網(wǎng)組成，跨河控制點(diǎn)與中線投點(diǎn)組成橋隧長邊框架網(wǎng)，同時(shí)應(yīng)納入利用兩岸的定測深埋水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位。跨河控制點(diǎn)G1、G2、G3、G4專門建立觀測臺，高出河面2～3 m，尺寸為1.2 m×1.2m×6 m，其中地面以下5 m，露出地面1 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋梁框架網(wǎng)網(wǎng)形示意如圖3所示。

2.4 旱橋部分控制網(wǎng)

旱橋部分控制網(wǎng)利用CPⅠ、CPⅡ點(diǎn)位直接聯(lián)測到框架網(wǎng)上，框架網(wǎng)與旱橋控制網(wǎng)共同構(gòu)成橋梁施工控制網(wǎng)。控制網(wǎng)的方位、邊長精度應(yīng)滿足要求。然后以CPⅠ、CPⅡ的獨(dú)立坐標(biāo)作為約束基準(zhǔn)，計(jì)算加密點(diǎn)的獨(dú)立施工坐標(biāo)。在河中心，進(jìn)行便橋基礎(chǔ)施工時(shí)，在便橋附近設(shè)置2～3個觀測墩用于水中墩臺放樣，可以在跨河控制點(diǎn)下加密。根據(jù)大橋現(xiàn)場條件及施工需要，采取路線兩側(cè)穿插式加密布置可以避免個別點(diǎn)被破壞無法放樣的弊病，相鄰兩加密點(diǎn)間距不小于300 m，以保證測量精度。旱橋部分控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖4所示。

圖3 橋梁框架網(wǎng)網(wǎng)形示意

圖4 旱橋部分控制網(wǎng)網(wǎng)形示意

3 平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系設(shè)計(jì)

一般情況下，橋隧整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系根據(jù)控制網(wǎng)施測完成后的精度情況，可以采用以下坐標(biāo)系方案之一。

3.1 整體獨(dú)立施工坐標(biāo)系

采用隧道坐標(biāo)系統(tǒng)的軸向，坐標(biāo)投影高程面取橋梁墩頂?shù)钠骄叱蹋瑯蚨辗艠硬贿M(jìn)行改化。整體獨(dú)立施工坐標(biāo)系以曲線JD7左線的切線點(diǎn)QS004和加密點(diǎn)QS001確定左中線(QS001用原線路坐標(biāo)系直接定測在隧道左線上)，左線定為X軸，方位角定位:0°00'00″，以垂直于X軸的直線為Y軸，并以QS001為原點(diǎn)，X坐標(biāo)為QS001定測里程，Y坐標(biāo)假定為10 000，坐標(biāo)投影高程面取橋墩頂面的平均高程390 m，整體獨(dú)立施工坐標(biāo)系建立如圖5所示。

轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系控制點(diǎn)位置說明:QS001，QS002，QS003，QS004同處于曲線JD7的第一切線邊或直線上;QS005，QS006同處于曲線JD7的第二切線邊或直線上，這兩座橋軸線控制點(diǎn)應(yīng)該在黃土臺塬頂上、黃河三級階地的高處，能夠直接通視，控制直線橋墩方向。

圖5 整體獨(dú)立施工坐標(biāo)系

實(shí)際作業(yè)時(shí)，放樣線路中線投點(diǎn)的置鏡點(diǎn)應(yīng)選擇距中線最近的CPI或CPII控制點(diǎn)。投點(diǎn)放出后，首先將中線投點(diǎn) QS001，QS002，QS003，QS004，QS005，QS006一次測完，并將放樣使用的CPI、CPII納入，然后檢查控制點(diǎn)的直線性。在現(xiàn)場滿足兩端路基平順銜接的情況下，現(xiàn)場挪動點(diǎn)位，將控制點(diǎn)歸化到理論位置后重新測量，再進(jìn)行全網(wǎng)GPS精密控制測量。檢查并選擇控制點(diǎn)，保證精測偏角與設(shè)計(jì)偏角盡量符合，相差最小為原則。

完成控制網(wǎng)觀測以及獨(dú)立施工坐標(biāo)計(jì)算后，精確計(jì)算獨(dú)立控制網(wǎng)下的夾角以及交點(diǎn)坐標(biāo)，重新計(jì)算曲線設(shè)計(jì)要素，與設(shè)計(jì)專業(yè)結(jié)合，檢查是否存在設(shè)計(jì)圖紙?zhí)幚怼８鶕?jù)公用點(diǎn)放樣位置數(shù)據(jù)一致性檢查情況確定采用1套坐標(biāo)系或橋隧2套獨(dú)立坐標(biāo)系，以方便施工。

3.2 黃河特大橋獨(dú)立坐標(biāo)系

以曲線JD7的第二切線邊所在直線為X軸，方位角設(shè)為0°00'00″，以垂直于X軸的直線為Y軸，以SQ005為坐標(biāo)系原點(diǎn)，Y坐標(biāo)假定為10 000，坐標(biāo)投影高程面取橋墩頂面的平均高程390 m。橋隧采用兩套獨(dú)立坐標(biāo)系成果，將整體網(wǎng)中的橋梁部分按橋梁獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，方便橋梁施工。坐標(biāo)系建立如圖6所示。

圖6 某鐵路黃河特大橋獨(dú)立坐標(biāo)系

3.3 橋、隧單獨(dú)坐標(biāo)系

以隧道軸向、隧道平均高程面515 m建立隧道施工坐標(biāo)系統(tǒng);以橋梁軸向、墩頂平均高程面390 m建立橋梁獨(dú)立施工坐標(biāo)系統(tǒng)。需要核查從公用點(diǎn)上放樣銜接處中線位置是否滿足要求。

以上2、3種方案需要核查公用點(diǎn)上放樣中線位置數(shù)據(jù)的一致性，相差大時(shí)不能采用。根據(jù)該項(xiàng)目工程具體特點(diǎn)，最終采用建立整體獨(dú)立施工坐標(biāo)系作為平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系設(shè)計(jì)方案。

4 高程獨(dú)立控制網(wǎng)

高程系統(tǒng)沿用鐵路線路定測高程系統(tǒng)即1985年國家高程系。橋隧高程控制測量全部按二等精密水準(zhǔn)測量技術(shù)要求施測。特大橋各加密點(diǎn)均為平面、高程共用控制點(diǎn)。隧道高程控制測量埋樁及施測按進(jìn)、出口3個點(diǎn)布設(shè)，斜井或橫洞按2個點(diǎn)以上布設(shè)。相鄰標(biāo)段使用同一水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行工程銜接處施工放樣。

由于該處黃河屬于漫灘，河床擺動不定，跨河水域?qū)挾?.5 km，跨河水準(zhǔn)測量無法實(shí)施，使得橋隧整體獨(dú)立高程控制網(wǎng)無法實(shí)施。利用黃河特大橋施工便橋，按二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行跨黃河兩岸水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測。特長隧道高程控制測量采用獨(dú)立高程系統(tǒng)，對隧道進(jìn)、出口定測水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，檢測合格后作為隧道高程基準(zhǔn)。高程測量從定測的水準(zhǔn)基點(diǎn)開始，引測至各個隧道進(jìn)、出口洞口以及斜井洞口。

5 結(jié)論與建議

橋隧相連工程施工測量精度要求高，為保證施工控制點(diǎn)相對位置準(zhǔn)確，使相連工程平順銜接或順利貫通，建立橋隧整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)用于橋隧相連工程的施工控制測量是必要的。如果分開單獨(dú)布網(wǎng)或者采用精測網(wǎng)(CPⅠ、CPⅡ)下的施工加密網(wǎng)進(jìn)行施工放樣，可能對橋隧工程施工測量精度帶來一定影響，開展橋隧相連工程整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)布設(shè)方案探討對于大型橋隧工程施工具有明顯的指導(dǎo)意義。

橋隧整體施工獨(dú)立控制網(wǎng)建立后，應(yīng)注意檢查線路相鄰工程平順銜接問題。黃河特大橋與上一個標(biāo)段以線路坐標(biāo)系進(jìn)行對接，特長隧道-金水溝大橋-相連另一隧道出口與下一個標(biāo)段也以線路坐標(biāo)系進(jìn)行對接，保證線下工程的平順性。前后相鄰兩家標(biāo)段，應(yīng)簽訂控制點(diǎn)共用書面協(xié)議，保證兩家施工放樣采用相同的平面、高程控制點(diǎn)。

橋隧工程重大，精度要求高，工程變更調(diào)整不易，必須保證控制點(diǎn)的穩(wěn)定性以及控制網(wǎng)成果的準(zhǔn)確性和可靠性。進(jìn)行控制網(wǎng)的復(fù)測是必須的，這也是一種工程慣例。建議橋隧整體獨(dú)立施工控制網(wǎng)完成后，在工程施工前，開展第三方復(fù)測，以確保控制網(wǎng)的質(zhì)量。

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