哈齊客專CPⅢ平面控制網測量變形分析

高明強

摘 要：通過CPⅢ平面控制網測量大量實測數據和結構變形理論分析，證明了橋梁上CPⅢ平面控制網受結構溫度變形較大，特別是不同時間段CPⅢ網段搭接測量和特殊大跨連續梁的CPⅢ測量坐標偏差較大。為了消除或減小結構變形對CPⅢ平面控制網精度的影響，采取必要解決方案，滿足CPⅢ平面控制網測量和使用精度，滿足高速鐵路無砟軌道施工和運營維護需要。

關鍵詞：CPⅢ平面控制網；變形分析；解決方法

中圖分類號： U212 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-155-3

1 概述

哈齊客專是黑龍江省省會哈爾濱市至齊齊哈爾市之間的高速鐵路客運專線的簡稱，是國家“十二五”規劃的重點工程，是黑龍江省第一條省內城際間客運專線，是《中長期鐵路網規劃》“四縱四橫”高速鐵路網中京哈客運專線的重要組成部分。全省年平均氣溫多在-5℃～5℃之間，由南向北降低，四季分明，氣溫月際變化強烈，一般在8～10℃左右，這種溫度的變化對鐵路建設后期線上軌道控制網測量的精度產生一定的影響。

CPⅢ軌道控制網測量為軌道鋪設和運營維護提供控制基準，采用多測回自由設站邊角交會的方法進行測量，具有外業測量精度要求高，對外界環境要求高的特點。測量過程貫穿于整個無砟軌道施工過程中，由于外界環境和施工的影響，CPⅢ平面控制網會產生變形，特別是連續梁和搭接段落由于變形造成復測成果超限。

本文主要分析橋梁上CPⅢ測量，由于橋梁變形引起 CPⅢ平面控制網的變形，通過變形原因分析從而提出測量解決方法。

2 CPⅢ平面控制網變形分析

2.1 CPⅢ平面控制網測量方法

CPⅢ平面控制測量采用自由設站邊角交會方法施測，每站以2×3對點為測量目標，測量時應保證每個點至少在不同的測站上被測量3次，觀測距離不超過180m。

CPⅢ平面網應附合于CPⅡ控制點上，每600m左右應聯測一個CPⅡ加密控制點，加密控制網埋設于橋梁固定支座正上方防撞墻頂部，采用GPS 測量。CPⅢ平面網與上一級CPⅡ控制點聯測時，應至少通過3個連續的自由測站或3個以上CPⅢ點進行聯測，聯測距離不超過180m。一般 CPⅢ測量布網形式示意圖見圖1。

2.2 CPⅢ平面控制網變形分析

2.2.1 溫度變形影響分析

CPⅢ標志一般埋設于梁體固定端防撞墻上，固定端設置1個固定支座，一個活動支座，由于溫度不同， 梁體會產生收縮變形，CPⅢ標志以固定支座為中心產生橫向變形。由于 CPⅢ標志到固定支座距離大小不等， 固定支座上方標志移動量較小，活動端支座移動量較大。還有梁體上下溫度不一致造成彎曲變形，以兩支座為中心活動，距離較短，對坐標和高程影響較小，可不考慮。梁體CPⅢ標志溫度變形示意圖見圖2。

2.2.2 溫度變化引起橫向變形計算

計算公式：Δlt=（Tmax-Tmin）××L

式中，Δlt：溫度變化之伸縮量；

Tmax：測量較高溫度；

Tmin：測量較低溫度；

：線膨脹系數；

L：伸縮梁長度。

一般設計時線膨脹系數可按表1數據參考選用：

2.2.3 簡支梁上CPⅢ標志橫向溫度變形計算示例

以溫度變化 20℃為例計算：

左側 CPⅢ標志位移：

Δlt1=20×10×10-6×（2300+4600）=-1.38mm

右側 CPⅢ標志位移：Δlt2=20×10×10-6×2300=0.46mm

兩標志相對位移：Δlt=Δlt2-Δlt1=1.84mm

2.2.4 連續梁上CPⅢ標志縱向溫變形計算示例

連續梁多跨為一個整體，只有一個主墩設置一個固定支座，會出現CPⅢ標志埋設于活動支座或大跨連續梁跨中上方防撞墻頂，收縮變形較大，以 64m連續梁溫度變化20℃為例計算縱向變形量：Δlt=20×10×10-6×64×1000=12.8mm

從計算結果看連續梁CPⅢ標志位移隨溫度和跨度變化，變形較大，使用時要特別注意。

3 CPⅢ測量變形分析

3.1 直接計算搭接段坐標比較

根據不同時間段測量的成果比較，可以發現控制網存在溫度變化引起的變形，對兩段數據單獨計算，比較搭接段測量成果坐標偏差，如下表2：

從表3-1可以看出，溫度差異 21℃左右，單號點左側活動支座端偏差較大，雙號點右側固定支座端偏差較小，與分析結果基本一致。

將上面兩段測量搭接段坐標展繪在圖上，可以看出二段點位基本按照分析情況向外橫向發生位移。具體位移詳見圖3。

3.2 搭接計算成果分析

第二段平差計算分別采用直接計算和搭接計算平差，其中搭接計算分兩種情況進行，采用上段一對共用點和單側固定支座上方兩個點做約束平差。各種方法平差計算后，各項精度指標統計詳見表3。

從表3中可以看出采用點對搭接約束平差會出現方向改正數較大，最大為 7.94″，精度指標超過與已知點聯測 4″的限差要求。其余方向觀測值殘差圖如圖4。

若采用端頭單側兩個固定支座上測點進行約束平差，由于固定支座上方測點位移較小，故約束平差后各項精度指標均滿足要求。

3.3 連續梁等特殊結構梁上CPⅢ坐標復測成果比較

以40m+64m+40m 連續梁為例，測量溫度相差15℃在右時復測與原測坐標比較成果見表4。

從表3-3可看出活動支座上CPⅢ復測坐標與原測坐標差比較較大，連續梁外側固定端復測坐標也有影響，坐標較差偏大，特別是固定端活動支座上CPⅢ復測坐標偏差超過3mm。

3.4 驗證結論

通過實例驗證了溫度變化對 CPⅢ平面控制網穩定性影響較大，溫度變化較大時，控制網變形較大，相鄰測段不同時間段搭接測量時橫向變形對搭接精度的影響較大，特別是大跨連續梁的伸縮變形導致CPⅢ平面控制網變形很大，給CPⅢ測量和使用帶來很大困難。

4 解決方案

為消除或減小梁體溫度變形對CPⅢ平面控制網穩定性的影響，在CPⅢ測量和使用時可以采取以下措施：

①盡量縮短相鄰段CPⅢ測量時間，測量時選擇在夜間或陰天等比較良好的天氣狀況，減小溫度變化對控制網相鄰網段搭接測量影響。

②相鄰段落搭接測量約束時應選用端頭至少1對固定支座上的CPⅢ點進行約束，減少溫度變形對測量精度影響。

③在軌道板鋪設、軌道檢測等關鍵工序施工前要進行CPⅢ復測。

④對于大跨連續梁等特殊結構CPⅢ測量時，整個段落要在較短的同一段時間、同一溫度、環境下進行測量。

⑤大跨連續梁軌道板鋪設和軌道基準網測量的時間段要盡量與測量CPⅢ的時間、溫度、環境一致。如果使用與測量時間相隔較長，溫度變化較大，可采用連續梁兩邊相對穩定的點進行局部測量修正，減小溫度變形影響。

⑥根據實測梁體溫度及伸長量，比較準確地推算出梁體線膨脹系數，然后根據使用時和測量時溫差，計算出使用時CPⅢ變形量，根據坐標方位角實時修正CPⅢ坐標。此方案適用于溫度變化較大，使用頻次較高的大跨連續梁。

5 結束語

本文詳細分析驗證了溫度變形對橋梁CPⅢ軌道控制網變形影響，特別是不同時間段 CPⅢ網段搭接測量和特殊大跨連續梁的CPⅢ測量坐標偏差較大。為消除或減小梁體溫度變形對橋梁 CPⅢ平面控制網穩定性的影響，提出了具體的解決方案，滿足CPⅢ平面控制網測量和使用精度，為高速鐵路無砟軌道施工和運營維護提供可靠的控制基準。

參 考 文 獻

[1] 李揚海，等.公路橋梁伸縮裝置[M].北京：人民交通出版社，2006.2.

[2] 哈齊鐵路客運專線有限責任公司.新建鐵路哈齊鐵路客運專線軌道控制網（CPⅢ）測量技術方案.2013.3.

[3] 中鐵二院工程集團有限責任公司.高速鐵路工程測量規范TB10601-2009[S].北京：中國鐵道出版社，2010.1.

[4] 中華人民共和國鐵道部.客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南.鐵建設[2006]158號.