基于全站儀的無軌測量技術在接觸網工程中的應用

武曉朦，趙 琦

（西安石油大學電子工程學院 陜西省油氣井測控技術重點實驗室，陜西 西安 710065）

0 引 言

我國鐵路建設工期往往比較緊促，站后四電工程和土建、鋪軌等施工交叉較多，特別是接觸網工程，從基礎開挖澆筑、錨栓打孔預埋到送電開通運營，往往需要較長的施工工期。因此，尋求可行、可靠的無軌測量方案和方法成為接觸網工程施工的一項重要任務。下面將結合實際工程中的應用該方法進行測量的例子，驗證該方案的可行性和經濟性。

1 常見的無軌測量方法

1.1 接觸網基礎定位測量方法

依據道岔的岔心里程等確定起測點，依據接觸網平面布置圖采用鋼卷尺進行縱向測量，將各支柱位置在路基上做出標識，最后進行基坑開挖前橫向定位測量。橫向測量主要依靠土建或鋪軌單位移交的線路中心樁，通過經緯儀、繃線繩等方法穿直線確定支柱位置處的線路中心。該方法嚴重受到土建、鋪軌單位交樁單位制約，交樁的時間、交樁的精度均為不可控因素，特別是在鐵路的大車站、城際鐵路的車輛段、停車場等地方，基礎澆筑往往成為制約接觸網施工進度的關鍵因素，一旦錯過最佳時機，施工成本將成倍增加。

1.2 地線段剛性懸掛點定位測量方法

依據道岔岔心里程等確定起測點，依據接觸網平面布置圖采用鋼卷尺進行縱向測量，將各懸掛點位置在隧道壁上做出標識，最后進行打孔前橫向定位測量。橫向測量時因為沒有軌道，線路中心位置確定成為難點。采用平分隧道斷面法確定線路中心線不僅誤差大（隧道中心與軌道線路中心存在偏差，而且偏差不具有規律，不可控），而且不能用于曲線段。

2 采用全站儀無軌測量

聯系土建或鋪軌單位移交線路參數、基準線逐樁坐標、線路縱斷面圖等資料，聯系土建單位進行現場交樁（控制點移交），根據圖紙中“曲線要素表”反映的數據，對比正確無誤后根據交點坐標計算各放樣點（支柱基礎位置或剛性懸掛點位置）坐標，根據縱斷面圖計算軌面高程。將控制點坐標、各放樣點坐標輸入全站儀，到施工現場使用全站儀（一般采用后方交會）進行測量放樣，直接確定支柱基礎位置或剛性懸掛點位置。

采用全站儀無軌進行測量分為內業資料整理和現場測量兩大部分。內業資料整理準確性對測量精度影響很大，是該測量方法的重中之重。下面以西安北至機場城際軌道工程為例來說明該方法。

2.1 資料移交

在“四電工程”開工前，由建設單位組織“四電”施工單位、監理單位以及相關站前單位進行交樁資料移交，如圖1所示。

2.2 現場交樁

現場交樁是接觸網現場勘測中一個極其重要的環節，目的是現場核實站前單位（也就是下文提到的土建單位）提供的基樁是否合理以及是否具有移交條件。站前單位交樁不是一次交接所有的樁點，其干完多少區段，就向站后單位交接多少區段。所以，站前單位得到線路資料后要及時跟進，發現問題及時聯系線路施工的施工單位，目的是辦理移交手續。需要一同前往現場共同查看和辦理線路基樁交接手續，行業內叫“交點”。

圖1 交樁資料

土建單位提供現場正式版坐標樁。從以往的現場施工看，土建單位的交樁很多，每一個樁點不一定滿足站后單位的要求，有的現場樁點與圖紙不對應或者樁點不滿足站后單位的需求，所以必須是目前澆筑完成后的坐標，而且需結合設計院提供的相應圖紙。以下是從西安機場線采集的數據（下同），具體如表1所示。

2.3 線路參數計算

坐標計算是很重要的環節之一。線路參數是根據圖紙中“曲線要素表”反映的數據，利用現場采集的數據與標準值進行比較，查看現場值與設計院提供的標準值的量的對應情況。

以交點法坐標計算為例，交點的參數主要有X(N)坐標、Y(E)坐標、半徑、Ls1、Ls2和樁號。

（1）在相應的軟件中輸入交點參數值，QD代表起點坐標，ZD代表終點坐標，樁號為起點坐標對應的里程數，如圖2所示。

圖2 線路參數計算

（2）點擊生成直曲線后，在直曲線表中核對生成的曲線要素是否與CAD圖中的各參數一致，如圖3所示。

表1 控制點坐標2017.12.20

圖3 直曲線后參數值

（3）進行中樁坐標計算，如圖4所示。

圖4 樁坐標計算

（4）坐標轉換與生圖，即對生成的中樁坐標進行轉換，如數據在EXCEL中A、B兩列，在C列中輸入“＝A&"，”&B”，如圖5所示。

圖5 坐標轉換

（5）軌面高程計算[1-2]公式如下：

式中：H為支柱處軌面高程；Hz為變坡點高程；L為支柱點距變坡點距離；i為坡度（%）。

在實際工程應用中，對縱斷面圖中豎曲線參數數據進行統計，應用EXCEL工具進行分析。

2.4 現場定測

2.4.1 地下段剛性懸掛點測量定位

將控制點坐標、各放樣點坐標（按照以上方法計算的各懸掛點線路中心坐標）輸入全站儀中，到施工現場使用全站儀（一般采用后方交會）進行測量放樣，直接確定出剛性懸掛點位置，做好標記。

2.4.2 基礎測量定位

基礎位置受基礎中心控制，距離線路中心的偏移值按照限界加支柱寬度一半，再考慮支柱允許限界誤差確定，從而直接計算出基礎中心位置的坐標。為了便于現場施工，利用前期生成的CAD圖紙，以基礎中心定位畫半徑2 m的圓，再利用多線段命令交點連接，用Line命令提取坐標導入Excel表格中。即在基礎中心順線路方向、平行線路中心線、距離基礎中心各2 m處分別砸定位木樁，以便基礎開挖和安裝模具過程中進行校核。

3 經濟性分析

3.1 采用全站儀無軌測量的優點

3.1.1 施工作業效率提高，施工質量提高

由于受到現場實際條件的約束，目前牽引供電系統接觸網立桿測量中很常見的方法是利用人工開挖、澆筑和無軌定測對接觸網下部工程施工工藝改進，實現接觸網下部工程可以先推進，實現施工流程的先施工，而基礎等施工項目可以用機械來替代，極大地提高了安全系數。

3.1.2 避免與其他專業管線交叉而引起返工現象

本文介紹的接觸網底座或者立桿基礎是在其他專業之前完成的，避開了本專業的施工難度，掌握了主動權，也為其他專業提供了方便。

3.1.3 有效避免了道碴污染，節約了文明施工成本

采用無軌測量對接觸網下部工程施工工藝進行改進，實現接觸網基礎的提前施工，可避免道碴污染，節約文明施工成本，特別是如今對環境要求越來越高的情況下，這種施工方法得到了推廣。

3.1.4 保障施工進度

保障了施工進度，避免因工期緊張而造成施工質量下降，更避免了因進度滯后造成建設單位的考核不合格。

3.2 經濟分析

以西安機場線正線地面段（2.9 km）接觸網施工為例，地面段（秦宮至秦漢新城站（含））柔性懸掛主要工程量如表2所示。

（1）人工費分析。每個基坑開挖按照2人開挖3天計算，共需人工798工日（2×3×133），即節約人工費為798×220=175 560元。

（2）機械費分析。采用機械開挖，每天能成型約8個基礎，共需16.5個機械臺班，機械臺班費為16.5×2 000=33 000元。

（3）文明施工成本降低費、窩工費、搶工增加費等預計節約50 000元。

綜上所述，共計節約成本175 560-33 000+50 000=192 560元。

表2 地面段（秦宮至秦漢新城站（含））柔性懸掛主要工程量

4 結 論

從節約成本可以看出，全站儀無軌測量帶來的經濟效益明顯。如果在工期無法滿足的情況下或者緊張的情況下，可以利用這種方法測量，為接觸網后續施工提供有利保證，對于加快城市軌道牽引供電系統接觸網施工具有重要意義。