津秦客專陡河2號特大橋軌道控制網(CPⅢ網)測量技術

隋 欣

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建福州 350014)

1 概述

1．1 津秦客專陡河2號特大橋工程簡介

津秦鐵路客運專線是華北地區連接東北地區的重要客運干線。其起始于直轄市天津，終點在沿海城市秦皇島。陡河2號特大橋位于唐山市灤縣境內，橋長為10．014 km。初始設計最高時速為380 km。陡河2號特大橋的軌道類型是CRTSⅡ板式無砟軌道，無砟軌道占全線總長度的100%。

無砟軌道滿足行車安全，乘車舒適和準點行車的要求，具有結構連續，平順，穩定，耐久和少維修等性能。軌道施工要保持精確的幾何線性參數，精度控制達到毫米級。客運專線無砟軌道最終要達到的精度:

1)10 m弦長軌道高低偏差不大于2 mm，軌向偏差不大于2 mm;2)基長3 m扭曲偏差不大于2 mm，水平偏差不大于2 mm。

1．2 客運專線精密控制網

1)平面控制網。

平面控制網按高級到低級，逐級控制的原則進行布設。加密CPⅡ點由CPⅡ網同級擴展而得，與原CPⅡ網屬同一級別，見表1。

2)水準控制網。

無砟軌道水準控制網以線路水準基點控制網為基礎，分兩級布設，CPⅢ建網前的加密水準網是按二等水準的技術標準同精度擴展而得，也屬于首級控制范疇(見表2)。

表1 平面控制網概略

3)軌道控制網(CPⅢ網)。

軌道控制網是以CPⅠ，CPⅡ為平面控制基準，以水準基點為高程控制基準而建立起來的，為無砟軌道鋪設和運營維護提供三維基準，是開展線上工程施工的基礎。

表2 水準控制網概略

軌道控制網在線下施工竣工及沉降變形評估通過后進行建網。

1．3 客運專線軌道控制網測量的主要工作

1)高等級精測網的全面復測，包括CPⅠ，CPⅡ，線路水準基點;2)加密CPⅡ，加密二等水準點(傳遞高程的輔助點)，CPⅢ標志的檢測及預埋;3)CPⅢ網平面及高程測量;4)CPⅢ網復測(高程和平面)。

1．4 測段的劃分和銜接

無砟軌道測量精度要求高，測量與施工間隔不宜過長，再者無砟軌道施工工序多，且各個施工工序工作面開展時間也不盡相同，所以CPⅢ要分多個段落進行施測。按照要求CPⅢ網分段長度不宜小于4 km，相鄰測段間應預留不少于6對CPⅢ點作為搭接區。根據陡河2號特大橋的實際情況，從連續里程DK150+921．58～DK160+900．97約10 km共分為3個測段。

2 精測網復測與加密

為了能精確控制無砟軌道的幾何形態，滿足高速鐵路高標準，高精度的測量要求和對CPⅢ測量提供精準的閉合基準，在CPⅢ布網前必須對精密網進行復測。

2．1 精測網復測

2010年8月中鐵三院對津秦線陡河2號特大橋的CPⅠ，CPⅡ和二等水準基點進行了復測，該成果是陡河2號特大橋CPⅢ網測量最重要基準資料。

2．2 CPⅡ加密

由于勘測階段布設的CPⅡ控制網在位置，通視和布點密度等方面不能滿足CPⅢ聯測的需要。要對CPⅡ點進行同精度加密，確保線路兩側每600 m左右就有一個CPⅡ點，便于CPⅢ平面網的聯測。陡河2號特大橋CPⅡ加密點采用“全部上橋”，點位選在橋梁雙向固定支座上方的防撞墻頂，加密CPⅡ點采用與CPⅢ相同的預埋件，觀測時采用連接螺絲與基座強制歸心。測量方法為GPS法，選擇使用CPⅠ和適當的CPⅡ點作為約束點，按評估段整段平差，精度指標滿足C級GPS要求。評估段間銜接時至少要重疊一條邊。

二等水準加密分三個步驟:第一步:引測，從水準基點到橋下高程傳遞點(輔助點)的引測，采用往返測量。第二步:三角高程傳遞，采用不量儀器高三角高程測量方法，如圖1所示，三角高程測量的垂直角測量技術要求見表3。第三步:橋上二等水準加密點貫通測量，測量采用二等水準的技術指標，貫通測量線路中的二等水準加密點的個數不得少于3個，以便清楚發現高程傳遞中的粗差及對高程點間的兼容性進行分析。在三個步驟都滿足精度要求的情況下，以二等水準基點和相鄰段已加密二等水準點(有搭接時)為約束點進行整網平差，使水準網精度達到二等水準的要求。

3 CPⅢ 測量

3．1 CPⅢ 測量準備工作

3．1．1 CPⅢ點的布設及埋標

CPⅢ點應成對布設，每隔60 m左右布設一對，橋梁段CPⅢ主要布設在橋梁固定支座上方的防撞墻頂。CPⅢ布設高度大致等高，并應在設計軌道高程面0．3 m以上。

圖1 三角高程傳遞示意圖

表3 三角高程測量的垂直角測量技術要求

CPⅢ點標志由CPⅢ預埋件，棱鏡測量桿和水準測量釘三部分組成，CPⅢ點標志為強制對中標志，對標志的制造精度，埋設精度都有嚴格的要求。

津秦客運專線CPⅢ點編號原則，編號采用千米數遞增的方式，為避免長短鏈地段編號重復問題采用連續里程數編號，前3位采用連續里程的千米數，第4位正線部分為“3”，第5，6位為流水號，由小里程向大里程順次編號，線路左側的點使用01，03，05等單號;線路右側的點使用02，04，06等雙號。如155302，155表示DK155～DK156范圍，02表示線路右側第1個CPⅢ點。

3．1．2 測量儀器設備的準備

CPⅢ測量采用的儀器必須在標定有效期內，平面測量采用測角精度不大于1″，距離測量精度不大于±1 mm+2 ppm，具有自動目標搜索，自動照準，自動觀測和數據自動記錄功能的全站儀，水準測量采用每千米往返測中誤差為±0．3 mm/km的天寶DINI03電子水準儀及其配套的銦瓦尺。觀測棱鏡統一采用高精度，相位中心穩定的Sinning棱鏡。與CPⅡ加密點聯測時應安裝強制對中基座。另外平面測量時必須配置氣壓計，溫度計，配套的溫度計量測精度不低于±0．2℃，氣壓計量測精度不低于±0．5 hpa，以便準確對儀器進行氣壓和溫度的改正。

3．1．3 CPⅢ觀測數據處理軟件

平面平差分為測站平差和數據平差。首先對CPⅢ測站數據預處理，采用“鐵三院CPⅢ測站平差軟件”進行長度高程改化，平差后生成．CALC文件，然后進行數據處理，處理采用“TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理系統”。CPⅢ處理距離進行兩化改正。

水準平差采用“鐵四院水準網數據處理軟件”進行約束平差。CPⅢ數據處理軟件必須是經鐵道部認可的軟件。

3．2 CPⅢ平面測量

CPⅢ平面測量采用自由設站邊角交會的方法施測，每500 m～600 m與CPⅡ加密點進行聯測。觀測布網形式如圖2～圖5所示。

圖2 標準站測量網形（每站測量6對CP Ⅲ 點，每站間距120m）

在CPⅢ平面測量中，每個CPⅢ點至少要保證連續觀測3次以上。聯測CPⅡ加密點時應至少在兩個自由站上進行，有可能時應聯測3次，聯測距離不宜超過200 m。CPⅢ控制網水平方向應采用全圓方向觀測法進行觀測。技術要求見表4。

CPⅢ網是分段測量，測段間搭接測量應不少于6對CPⅢ點，搭接區不應位于連續梁，車站范圍內，搭接區內6對CPⅢ點在前后測段獨立平差的坐標較差不大于3 mm，滿足該條件后，后一測段CPⅢ網平差可采用本測段2對～3對CPⅢ點進行約束平差。平差后未約束的公共點在兩個測段平差的坐標差值不宜大于1mm。

圖3 與CPⅢ 加密點聯測時測量網形

圖4 CP Ⅲ 測段首尾觀測網形（每站觀測CP Ⅲ 點個數按照12，8，6的順序）

圖5 CP Ⅲ 測段間搭接區觀測網形（預留6對CP Ⅲ 點用于搭接）

表4 CPⅢ平面網觀測技術要求

對于CPⅢ平面數據平差處理，必須滿足表5～表7的規定。

表5 CPⅢ平面網的主要技術指標

表6 CPⅢ平面自由網平差后的主要技術要求

表7 CPⅢ平面網平差后的主要技術要求

3．3 CPⅢ精密水準測量

CPⅢ網的高程測量采用環形觀測法。CPⅢ水準網與二等水準加密點聯測時，按照精密水準測量要求進行往返觀測，在網的兩端分別設置一個二等水準加密點進行聯測。每個閉合環的四個高差均由兩個測站獨立完成(每個閉合環內應變化一次儀器高完成測量)，精密水準測量測站按照后→前→前→后和前→后→后→前的順序測量，保證同一里程點對間高差應為相反方向。環形水準網如圖6所示。

圖6 CP Ⅲ 網精密水準測量環形觀測法網形

兩段水準網銜接時，前后區段獨立平差重疊點高程差值應不大于±3 mm。滿足該條件后，后一測段CPⅢ網平差采用本測段搭接區連續2對CPⅢ高程成果進行約束平差。

CPⅢ精密水準測量要達到的精度指標如表8所示。

表8 精密水準測量的主要技術指標

4 CPⅢ網復測

4．1 CPⅢ網復測的意義

在使用CPⅢ成果進行施工前要對周圍點進行校核。當間隔時間較長或對成果適用性產生懷疑時應查找原因并及時復測。在連續梁等特殊結構中，因受溫度荷載變化容易產生變形，所以在施工時應采用實時復測，以保證施工精度。

軌道控制網(CPⅢ網)為無砟軌道施工提供測量基準，在底座板施工，軌道板精調，長鋼軌靜態調整以及運營維護階段都要利用CPⅢ成果。但CPⅢ網會受到線下工程穩定性，梁體伸縮變形，梁上荷載變化，施工干擾等因素的影響，為滿足不同階段需要，必須通過復測來更新坐標成果。

4．2 CPⅢ網復測實施

陡河2號特大橋架梁完成和線下沉降觀測評估通過后，遂對CPⅢ網進行建網測量和精調軌道板前的復測，其他階段是施工情況組織施測。CPⅢ網的復測采用的觀測方法，精度要求等應與原測相同。在陡河2號特大橋的CPⅢ網復測過程中，某些CPⅢ點特別是連續梁段由于受到各種因素的影響，平面往往不能滿足“CPⅢ點復測和原測成果X，Y坐標較差不大于±3 mm，且相鄰點的復測與原測坐標增量ΔX，ΔY較差不大于±2 mm”的要求。首先經過多次復測，確定數據采集不存在問題，然后分析數據處理過程，未發現有超限現象。考慮到保證整條線路的平順性，點的兼容性等原因，全部采用復測成果用于施工。

在CPⅢ網的精密水準復測前應對線上二等水準加密點進行貫通檢核，不滿足二等水準要求時分析原因，利用線下的水準基點和二等水準加密點調整有變形或遭破壞重埋點的高程值，再進行CPⅢ網水準復測。在陡河2號特大橋的高程復測過程中所有段落都能滿足“CPⅢ點復測與原測成果的高程較差不大于±3 mm，相鄰點的復測與原測高差較差不大于±2 mm”的要求，所以全部采用復測成果進行后續施工。

5 結語

1)軌道控制網(CPⅢ網)測量技術通過溫度計和氣壓計改正儀器參數，消除了外業觀測過程中氣溫和氣壓等外界環境對測量數據產生的誤差，使得CPⅢ網成果具有更高的精度。

2)CPⅢ網測量技術緊密結合津秦線的實際情況得以成功運用。陡河2號特大橋的所有CPⅢ測段均通過評估，為后續的軌道板精調及軌道精調提供了高精度的測量基準。

3)津秦線在軌道控制網(CPⅢ網)測量評估報告，成果和數據組成等方面規定了統一的格式，使今后工程測量成果歸檔有參考，為后續CPⅢ網測量技術的發展積累了寶貴的經驗。

［1］TB 10601-2009，高速鐵路工程測量規范［S］．

［2］TB 1075-2010/J1150-2011，高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準［S］．

［3］余代俊．全站儀中點法代替二等水準測量的精度分析與實驗［J］．測繪與空間地理信息，2006(5):91-93．