自由設(shè)站放樣測量在軌道交通連續(xù)剛構(gòu)PC梁架設(shè)中的應(yīng)用

張世飛

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 401123)

目前，國內(nèi)擁有輕軌的城市(重慶、大連、上海等)普遍采用跨坐式簡支梁；其精調(diào)測量放樣的控制重點(diǎn)為支座定位，支座與梁體是分開的，安裝及調(diào)整較為簡單，只要支座定位準(zhǔn)確，梁體安裝精度就能得到保證。李小果對跨坐式單軌交通軌道梁架設(shè)調(diào)整測量[12]和跨坐式單軌交通軌道梁的生產(chǎn)和驗收測量[13]進(jìn)行了研究；蘇明輝對PC軌道梁架設(shè)技術(shù)[14]及跨坐式單軌PC軌道梁架設(shè)方案及應(yīng)用[15]進(jìn)行了分析。這些文獻(xiàn)均針對的是跨坐式簡支PC梁的研究。蕪湖軌道交通二號線是國內(nèi)外首次采用跨坐式連續(xù)剛構(gòu)PC梁的軌道交通項目，其將多榀PC梁剛性連接為一個整體，梁體的安裝精度和平順性要求遠(yuǎn)大于跨坐式簡支PC梁，對施工測量提出了更高的要求。

結(jié)合蕪湖軌道交通二號線連續(xù)剛構(gòu)PC梁的測量放樣實踐，形成了一套自由設(shè)站控制網(wǎng)布設(shè)、自由設(shè)站放樣測量及軌道梁精調(diào)測量工裝的技術(shù)體系。

1 工程概況

蕪湖軌道交通二號線工程全長15.787 km，架梁施工線路正線長10.9 km。工程包括7個車站、7個區(qū)間和1個基地；線路沿城市主干道中央分隔帶布置，區(qū)間墩高為8.9～23.8 m，其中跨線部分及附近個別墩高為16～23.8 m，車站墩高有13.15 m和13.40 m兩種。車輛基地為PHC管樁基礎(chǔ)加承臺結(jié)構(gòu)，梁底與地面距離約1.635 m。區(qū)間和車站全部為高架橋梁。軌道梁結(jié)構(gòu)體系以連續(xù)剛構(gòu)體系和簡支體系為主，梁高2.3 m，梁寬僅為0.68 m。

2 架梁前的準(zhǔn)備工作

2.1 自由設(shè)站測量原理

自由設(shè)站控制網(wǎng)是基于智能型全站儀的自由設(shè)站邊角交會三維控制網(wǎng)，通過在每個自由設(shè)站點(diǎn)對相鄰的前后各4個控制點(diǎn)進(jìn)行方向和距離觀測，且保證每個控制點(diǎn)均有3個通視的設(shè)站點(diǎn)，利用相鄰測站和相隔測站間形成的邊角關(guān)系，將所有的控制點(diǎn)相互連接，構(gòu)成橫向和縱向閉合環(huán)(如圖1)。將所有的閉合環(huán)代入高級控制網(wǎng)，經(jīng)過專業(yè)軟件嚴(yán)密平差計算，即可獲得每個控制點(diǎn)的精確平面坐標(biāo)。

圖1 自由設(shè)站控制網(wǎng)相鄰測站間橫向縱向閉合環(huán)

2.2 自由設(shè)站控制網(wǎng)的布設(shè)

根據(jù)項目場地情況，在橋墩全部完工的里程段，選擇在橋墩同側(cè)布點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 橋墩同側(cè)布點(diǎn)法示意

按照規(guī)范要求，縱向60 m、橫向10～20 m布設(shè)1對控制點(diǎn)，常規(guī)橋墩的墩間距為30 m左右，即隔墩埋設(shè)1對控制點(diǎn)即可滿足規(guī)范要求。

橋墩上的布點(diǎn)方法：在橋墩地面以上1 m處打孔，安裝預(yù)埋件，并用植筋膠固定，插入連接桿和棱鏡頭，即完成了1個控制點(diǎn)的埋設(shè)，如圖3。

地面上的布點(diǎn)方法：首先利用取芯機(jī)在地面上鉆φ100的孔，埋設(shè)φ80的PVC管，管露出地面50 cm，用C25沙漿填充固定，PVC管中灌滿C25沙漿并埋設(shè)預(yù)埋件于管中央(預(yù)埋件盡量水平)，待沙漿凝固后插入連接桿和棱鏡頭，即完成1個地面控制點(diǎn)的布設(shè)；具體方法如圖4。

圖3 橋墩埋點(diǎn)

圖4 地面埋點(diǎn)

在橋墩尚未完工的里程段，選擇在橋墩兩側(cè)布設(shè)控制點(diǎn)(如圖5所示)，可以有效避開橋墩施工對控制點(diǎn)的擾動和遮擋；另外，未完工的橋墩有不同程度的沉降，控制點(diǎn)布設(shè)到墩上，會因橋墩沉降影響整個控制網(wǎng)的精度。此方法要求自由設(shè)站點(diǎn)必須架設(shè)在兩個橋墩中間處，才能保證觀測到前后各4個控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)的埋設(shè)方法與同側(cè)埋點(diǎn)方法相同。

圖5 橋墩兩側(cè)布點(diǎn)法示意

2.3 自由設(shè)站控制網(wǎng)的測設(shè)及平差計算

平面控制網(wǎng)平差后的精度及技術(shù)要求如表1。

表1 自由設(shè)站平面網(wǎng)測量技術(shù)要求

儀器配置情況如表2。

表2 儀器設(shè)備配置情況

(1)平面網(wǎng)觀測方法

自由設(shè)站控制網(wǎng)采用邊角交會法施測，附合到精密導(dǎo)線控制點(diǎn)上，每300～600 m聯(lián)測一個精密導(dǎo)線控制點(diǎn)，自由設(shè)站至精密導(dǎo)線控制點(diǎn)的觀測邊長應(yīng)小于300 m。自由設(shè)站間距一般為120 m，測站內(nèi)觀測8個自由設(shè)站控制點(diǎn)，最遠(yuǎn)觀測距離不應(yīng)大于180 m，每個控制點(diǎn)至少應(yīng)保證有3個自由設(shè)站對其進(jìn)行方向和距離觀測。布網(wǎng)及聯(lián)測形式如圖6所示。

圖6 自由設(shè)站控制網(wǎng)布網(wǎng)及聯(lián)測形式

采用全圓方向觀測法進(jìn)行觀測，觀測時必須滿足表3要求。

表3 自由設(shè)站平面網(wǎng)角度觀測技術(shù)要求

(2)高程網(wǎng)觀測方法

自由設(shè)站控制網(wǎng)高程網(wǎng)的測量方法如圖7所示，沿空心箭頭方向測量兩對自由設(shè)站點(diǎn)，每個自由設(shè)站點(diǎn)都有兩個測站對其進(jìn)行觀測，每相鄰兩對自由設(shè)站點(diǎn)均構(gòu)成獨(dú)立的閉合環(huán)。

圖7 自由設(shè)站高程網(wǎng)布網(wǎng)形式

高程控制網(wǎng)的測量方法、精度指標(biāo)、使用儀器均按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/T12897—2006)中二等水準(zhǔn)網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，技術(shù)要求如表4。

表4 自由設(shè)站高程網(wǎng)觀測技術(shù)要求

注：L為往返測段、附合或環(huán)線的路線長度(km)。

自由設(shè)站控制網(wǎng)平差采用“中鐵四院工程測量數(shù)據(jù)平差軟件”進(jìn)行外業(yè)觀測數(shù)據(jù)精度檢核與網(wǎng)平差計算的精度評定，精度必須滿足表1及表4的精度要求。

(3)高程放樣方法

高程放樣采用不量儀器高和棱鏡高、多點(diǎn)后視的三角高程測量方法，如圖8。

圖8 三角高程上橋

圖8中，B為橋下已經(jīng)聯(lián)測了二等水準(zhǔn)的自由設(shè)站點(diǎn)棱鏡，P為橋面水準(zhǔn)點(diǎn)(即放樣點(diǎn))，先觀測儀器中心至自由設(shè)站點(diǎn)棱鏡中心之間的高差Δh1，再觀測儀器中心至前視棱鏡中心之間的高差Δh2，此時，自由設(shè)站點(diǎn)高程已經(jīng)換算到棱鏡中心，即后視棱鏡高為0，前視棱鏡高度為υ，可求得B點(diǎn)至P點(diǎn)間的高差ΔHBP，即

ΔHBP=Δh2-υ-Δh1

(1)

三角高程觀測技術(shù)要求如表5。

表5 三角高程測量技術(shù)要求

2.4 相關(guān)結(jié)構(gòu)物的驗收與檢查

(1) 型鋼支座及預(yù)埋鋼筋的檢查驗收

在完成自由設(shè)站建網(wǎng)后，首先對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測量放樣，重點(diǎn)是對蓋梁上的型鋼臨時支撐進(jìn)行驗收，對平面或高程不合限的臨時支撐進(jìn)行打磨或墊鋼板等處理，對支撐周圍預(yù)留的不規(guī)范鋼筋進(jìn)行調(diào)直或拉伸處理(如圖9)。

圖9 型鋼臨時支撐及預(yù)埋鋼筋

(2)軌道PC梁體驗收

首先，實測軌道梁體兩端高度，并根據(jù)臨時支撐高度和梁體的實際高度來確定調(diào)高墊塊的高度，使得梁頂高程得到有效控制；其次，對PC梁長度進(jìn)行實測，比較梁體的實際長度和設(shè)計長度，在PC梁安裝時對梁端頭縱向里程進(jìn)行調(diào)整；還要根據(jù)軌道梁臨時支撐的平面偏位情況確定梁端的實際中心，并用墨線標(biāo)定，安裝時根據(jù)實際中心進(jìn)行定位。

(3)PC梁中線放樣

根據(jù)支座和PC梁體的驗收數(shù)據(jù)，在蓋梁上放樣出梁體中線并用墨線標(biāo)定(如圖10)，為梁體吊裝提供定位參考，待梁體初步定位和臨時固定后再進(jìn)行下一步的精調(diào)工作。

圖10 蓋梁上的梁中線

3 軌道連續(xù)PC梁的精調(diào)

3.1 軌道梁的安裝精度

軌道PC梁不是單一的梁，它是一個梁軌結(jié)合體(既是梁又是軌道)，且軌道梁的精調(diào)是最后一道工序，精調(diào)的精度將直接影響列車運(yùn)行安全和乘客的乘坐舒適度。根據(jù)《蕪湖跨座式單軌交通1號線、2號線一期工程施工及驗收細(xì)則》的要求，軌道梁的安裝及驗收精度如表6。

表6 軌道梁安裝完畢后公差

3.2 調(diào)梁工裝簡介

調(diào)梁工裝示意如圖11。

圖11 軌道梁精調(diào)工裝

調(diào)節(jié)螺栓1、2：將工裝設(shè)備固定在梁上，使圓形立柱與梁體側(cè)面緊貼。

橫梁與立柱：保持橫梁與立柱的垂直。

縱向水準(zhǔn)管：其作用是保證棱鏡1和棱鏡2在一個里程上。

棱鏡1、2、3及桿件：其作用是配合全站儀精確測量出軌道梁的平面及高程位置。其中，棱鏡3的桿件為可以伸縮擰緊的螺桿。

3.3 軌道PC梁精調(diào)

(1)精調(diào)

精調(diào)流程如圖12。

圖12 軌道梁精調(diào)流程

(2)儀器自由設(shè)站

儀器前后各后視一組自由設(shè)站點(diǎn)，共后視4個點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站，4個點(diǎn)的后視邊長均在50 m以上，后視豎直角小于10°，并輸入溫度、氣壓、濕度等氣象改正參數(shù)，設(shè)站后標(biāo)準(zhǔn)差小于1 mm為設(shè)站合格。同時復(fù)測上一榀軌道梁端頭，將本次測量數(shù)據(jù)和上次測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，誤差在1 mm以內(nèi)時，認(rèn)為本次設(shè)站無誤，可繼續(xù)測量。

(3)測量梁體垂直度和平面位置

由測量棱鏡1、棱鏡2的坐標(biāo)計算出其里程與偏距，通過兩個棱鏡的偏距計算出梁體垂直度，梁體側(cè)面垂直度小于5 mm為合格。通過兩個棱鏡的偏距加上梁體的參數(shù)確定梁體中線的平面位置，中線偏差在0～2 mm為合格(如圖13)。

圖13 軌道梁精調(diào)工裝精調(diào)參數(shù)

(4)梁體高程測量

測量棱鏡3的高程及平面坐標(biāo)，計算出其里程、偏距和梁頂設(shè)計高程，通過與設(shè)計數(shù)據(jù)的對比得出梁的高程調(diào)整值；通過里程和偏距還可以計算出梁頂平面位置，進(jìn)而對1、2號棱鏡測量出的平面位置進(jìn)行復(fù)核，相互驗證。每個斷面檢查3個點(diǎn)，與上榀梁端頭較差小于1.5 mm為合格。

(5)貫通復(fù)核檢查

通過精調(diào)，軌道梁兩端的平面和高程位置均滿足規(guī)范要求。使用拉桿將梁體固定，最后再貫通測量相鄰每榀軌道梁的平面和高程位置，2 h后再進(jìn)行二次微調(diào)，直到滿足規(guī)范后方可澆筑混凝土。

4 現(xiàn)場實施情況對比

4.1 自由設(shè)站放樣的優(yōu)點(diǎn)

(1)硬件合格：同一套測量標(biāo)志在同一點(diǎn)重復(fù)安裝，或者兩套測量標(biāo)志在同一點(diǎn)安裝的空間位置偏差小于±0.5 mm，分解到X、Y方向的重復(fù)安裝偏差不大于±0.4 mm、Z方向的重復(fù)安裝偏差不大于±0.2 mm；

(2)抗干擾能力強(qiáng)：自由設(shè)站屬于多點(diǎn)后視，抵消了單個棱鏡或單個連接件由于制作工藝或安裝不規(guī)范引起的誤差；測站前后各120 m的多個棱鏡可以抵消局部小氣候、地面熱浪、設(shè)備振動等引起的誤差；自由設(shè)站可靈活有效地避開危險源和干擾源，從而大大提高建站精度。

(3)放樣更加安全快捷：由于使用了軌道梁精調(diào)工裝，可有效避開梁體和機(jī)械設(shè)備的遮擋，大大提高軌道梁的精調(diào)效率；一次測量就能得到梁體的垂直度、高程、中線偏移等數(shù)據(jù)，減輕了測量人員的勞動強(qiáng)度；測量人員也不用在2.3 m高、0.68 m寬的梁體上來回測量，保證了測量人員的安全。

4.2 與常規(guī)測量建站精度對比

自由設(shè)站測量與常規(guī)測量建站精度對比如表7。

表7 自由設(shè)站測量與常規(guī)測量建站精度對比

由表7可以看出，自由設(shè)站測量建站質(zhì)量各項指標(biāo)均高于常規(guī)測量，尤其是方位角標(biāo)準(zhǔn)差減小了28.6″，以放樣距離100 m為例，放樣坐標(biāo)誤差就會減小0.013 9 m。綜合考慮自由設(shè)站的建站質(zhì)量、放樣方便性及復(fù)核條件等因素，自由設(shè)站均高于常規(guī)設(shè)站，能更好地提高建站質(zhì)量，從而提高梁體的安裝精度，保證線路的平順性。

5 結(jié)束語

自由設(shè)站放樣測量定位精度能夠滿足軌道交通PC梁精調(diào)施工要求，且效率高、安全性高，具有控制點(diǎn)密度大、儀器架設(shè)位置靈活多變、后視選擇性多等特點(diǎn)，適合在城市道路、隧道及地下工程中使用；且其建站精度高，網(wǎng)形合理，能充分保證線路的平順性，從而提高行車舒適度，也適用于測量精度要求較高的橋梁架設(shè)和軌道精調(diào)安裝等工程。