CPⅢ控制測量技術在地鐵鋪軌中的應用研究

□文/張 猛

1 工程概況

南京地鐵寧高二期工程線路全長52.42 km，是南京首條采用120 km/h 設計時速的軌道交通線路。為保證工程的鋪軌精度，提高軌道平順性和乘車舒適性并利于后期運營養護維修，全線采用CPⅢ控制測量技術進行鋪軌。

2 CPⅢ控制測量技術

2.1 簡介

CPⅢ控制網是高速鐵路無砟軌道鋪軌測量技術，是沿線路布設的三維控制網，一般在隧道貫通或橋梁線下工程施工完工后進行測設，為軌道鋪設、精調和運營維護提供統一的控制基準[1～2]。CPⅢ控制網在鋪軌前建立，在CPI、CPII 控制網上布設，控制點成對布設于線路兩側，點間距60 m 左右，采用高精度自動測量全站儀按任意設站、后方交會的原理進行施測。

2.2 精度影響因素

本工程鋪軌階段與高速鐵路雖然工序相近、施工方式相通、施工的主體基本相同；但是與高速鐵路在環境、設計、施工、運營方面存在差異，這些差異會對鋪軌測量精度造成影響[3～4]。

本工程CPⅢ控制測量主要影響因素包括：

1）隧道受自然因素影響，測量條件差；

2）隧道起算控制點精度低；

3）隧道凈空小，設備限界有限，對測量視線、長度、精度存在影響；

4）施工結構形式多，導致轉換銜接位置多；

5）提高相對精度的同時，難以保證絕對精度。

3 實際應用

3.1 準備階段

3.1.1 參考規范和標準的確立

由于國內現行測量規范沒有對城市軌道交通CPⅢ控制網進行具體要求，各城市在采用CPⅢ控制測量方式時，精度指標、測量方法不盡相同。為確定精度指標和測量方法，通過建設公司、運營公司、相關測量單位共同研究，最終確定以TB 10601—2009《高速鐵路工程測量規范》作為參考規范，CPⅢ控制測量精度指標均應滿足TB 10601—2009規定，作業方法應結合現場實際情況進行改進。

3.1.2 情況統計

1）線路圓曲線半徑，左線為514.94～5 000 m，右線為520～5 000 m，見表1。

2）結構類型及凈空。本工程結構形式多，包括高架車站、地下車站、盾構、明挖矩形、U 型槽、U 梁高架單雙線、箱梁高架單雙線、路基結構。見表2。

表2 結構形式及橫向凈空 mm

3.1.3 首級控制網和貫通控制網現狀調查

首級控制網和貫通控制網作為CPⅢ控制測量的起算點，由于控制點成果出具時間距離鋪軌開始已超過半年，為保證該工程起算點的準確性和可靠性，由原測單位于交樁前完成一次全面復測，同時接樁單位接樁后再進行一次全面復測。

復測過程中將區間分段，貫通聯測。地下段以1.5 km 作為分段基本控制長度，高架段以3.0 km 作為分段基本控制長度并根據結構、區間長度進行合理調整；但必須保證分段間聯測的起算點為相同點位。另外考慮箱梁雙線橋段左右線控制點通視困難的情況，于箱梁疏散平臺上選取合適位置將左右線控制點進行聯測，組成多個閉合環。

3.1.4 方案制定

統一全線點位選埋位置、編號、施測及技術指標、布網形式，統計點位數量，分析點位間距，對提出明確限差要求。

3.2 實施階段

CPⅢ控制測量主要工作包括網形設計、CPⅢ控制點選埋、平面測量及高程測量。部分路線網形布設見圖1和圖2。

圖1 U型梁段CPⅢ控制網

圖2 箱梁段CPⅢ控制網

平面和高程外業測量采用測量機器人配自動觀測軟件進行，數據處理采用與數據采集系統配套的控制網處理系統。見圖3。

圖3 數據處理流程

3.3 控制要點

3.3.1 標段銜接測量處理

寧高二期工程鋪軌由兩個鋪軌單位完成，以明覺站為分界點，為滿足后期軌道的順利搭接，則選取明覺 站 南 段Z29303 和Y29304、Z29305 和Y29306、Z29307 和Y29308、Z29309 和Y29310、Z29311 和Y29312、Z29313 和Y29314 六組點位作為重疊共用點。為提高點位精度，則進行CPⅢ控制測量時增加多余觀測，單一任意測站觀測6組點，任意測站間距約為50～60 m，任意測站到CPⅢ點的最遠觀測距離＜150 m；每組控制點保證有5個任意測站的方向和距離觀測量，見圖4。

圖4 標段搭接處CPIII控制網

3.3.2 一期工程銜接測量處理

1）高架控制網復測。對一期工程銜接處（K0+547）已測設控制基標進行復測，將控制基標與二期工程控制點進行聯測并進行嚴密平差，以保證數據成果的統一。

2）采用全站儀及軌道尺對一期工程K0+400～K0+547段軌道幾何狀態進行檢測。

3）CPⅢ控制網布設。為滿足后期軌道的順利銜接，則分別選取左線Z00301 和Z00302、Z00303 和Z00304、Z00305 和Z00306、Z00307 和Z00308、Z00309和Z00310、Z00311和Z00312六組點和右線Y00301和Y00302、Y00303 和Y00304、Y00305 和Y00306、Y00307 和Y00308、Y00309 和Y00310、Y00311 和Y00312 共6 組作為重疊共用點，單一任意測站觀測4組點，任意測站間距為30～50 m，任意測站到CPⅢ點的最遠觀測距離＜75 m；每個控制點保證有4 個任意測站的方向和距離觀測量。

采用一期工程控制基標和二期工程高架控制點，分別對重疊共用點獨立進行觀測及平差計算，按TB 10601—2009要求進行搭接處理。

4）CPⅢ控制網測量完成后，采用軌檢小車對一期工程K0+400～K0+547段軌道幾何狀態進行檢測并將兩次軌道幾何尺寸檢測成果進行比對分析。

3.4 提高控制網精度分析

根據Helmert方差分量估計方法[5]，統計各種情況下后驗單位權中誤差，對設計網形的模擬觀測值進行約束平差計算；分別統計最弱點位中誤差和相鄰點相對中誤差，以檢驗CPⅢ控制點絕對精度。

1）盡量將曲線段網點縱向間距布設到最大且滿足布設間距要求，以減小最弱點位中誤差。

2）控制網兩端引入已知點對網形進行約束，減小最弱點位中誤差。

3）對地鐵CPⅢ控制網而言，30～60 m 的點組間距，采用測角標稱精度1″以上的全站儀觀測，每300 m左右聯測一個貫通控制點。

4）減小棱鏡重復性和互換性安裝誤差影響。測量前，檢測每個測桿加棱鏡的測量結果并且互換測量；對棱鏡和測桿進行相同編號，如棱鏡編號為J01，測桿編號為G01。測量時，棱鏡和測桿相同編號安裝并且在CPⅢ控制網平面測量任意測站測量記錄表備注欄中填寫上測桿編號，在后期使用CPⅢ成果時，應按測設時棱鏡、測桿及CPⅢ控制點三者的對應關系一一對應。

4 效果及效益

1）測量精度高。CPⅢ控制網測量成果精度合格率100%。

2）鋪軌平順。軌道姿態合格率達到100%，軌道平順性優秀率達到100%。

3）后期軌面維修便捷。CPⅢ控制點位保存率及再利用率達到98%，移交運營單位作為后續軌道養護的基準。

4）乘車舒適。自列車試運營開始，無任何因摩擦產生的噪音。