譙生有，周建東

（中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西寶雞 721006）

一、引 言

在高速鐵路橋梁CPⅢ控制網(wǎng)（軌道控制網(wǎng)）水準(zhǔn)測量中，將地面二等水準(zhǔn)點(diǎn)高程應(yīng)用不量棱鏡高和儀器高的三角高程測量方法引測至橋上水準(zhǔn)點(diǎn)的過程稱為“高程上橋測量”，測量原理如圖1［1］所示，ΔHBF=v-Δh1+Δh2-v=Δh2-Δh1。CPⅢ控制網(wǎng)水準(zhǔn)測量應(yīng)附合于線路水準(zhǔn)基點(diǎn)，按精密水準(zhǔn)測量技術(shù)要求施測，水準(zhǔn)線路附合長度不得大于3 km［2］。由于高速鐵路線路橋梁所占的比重大，橋梁地段每2～3 km就要將地面線路水準(zhǔn)點(diǎn)高程引測至橋上CPⅢ控制點(diǎn)，高程上橋測量是高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)測量一個必不可少的測量環(huán)節(jié)。高程上橋測量通常使用普通對中桿固定高度進(jìn)行施測，存在諸多缺陷和不足，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、兼容性強(qiáng)、操作方便的高程上橋測量裝置很有必要。

圖1 三角高程上橋測量原理

二、常規(guī)裝置的缺陷及新裝置的特點(diǎn)

1.常規(guī)裝置的缺陷

1）規(guī)格不統(tǒng)一，沒有通用性。某一類型的普通對中桿只適合于某一種類型的棱鏡，而其他類型的棱鏡無法使用。

2）固定高度的對中桿必須安置于已知水準(zhǔn)點(diǎn)上方能進(jìn)行上橋測量，若已知水準(zhǔn)點(diǎn)與橋上水準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離超過規(guī)范要求，或全站儀與已知水準(zhǔn)點(diǎn)之間不能通視，則必須在橋下重新選點(diǎn)埋設(shè)過渡水準(zhǔn)點(diǎn)，然后將高程從已知水準(zhǔn)點(diǎn)引測至過渡水準(zhǔn)點(diǎn)上后進(jìn)行上橋測量，為上橋測量進(jìn)行選點(diǎn)埋石增加了測量成本，并且會延誤測量工期。

3）固定高度的對中桿要保證固定棱鏡支架高度不變，因此在上橋測量時，橋下水準(zhǔn)點(diǎn)觀測完后需將橋下對中桿保持高度不變搬到橋上去觀測，如圖1所示，測量第二測回時，觀測完橋上對中桿后還需要再將對中桿保持高度不變搬到橋下進(jìn)行觀測。如果兩次測量結(jié)果超限，還需要重復(fù)以上操作。測量期間，對中桿需要從地面到橋上來回搬動并且保持高度不變，勞動強(qiáng)度大，測量效率低。

4）應(yīng)用固定高度的對中桿進(jìn)行高程上橋測量時，前后視不能同時觀測，大氣折光不能有效地削弱和消除。

5）固定高度的對中桿在橋上水準(zhǔn)點(diǎn)安置時，遇到有風(fēng)天氣，對中桿容易被風(fēng)吹倒，給對中桿上安裝的棱鏡帶來安全隱患。

2.新裝置的特點(diǎn)

為了克服普通對中桿作為高程上橋測量棱鏡支架的不足和缺陷，設(shè)計(jì)制作了一個精密三角高程上橋測量專用裝置，該裝置具有以下特點(diǎn):

1）兼容性強(qiáng)，通過棱鏡適配器可方便安裝多種常用CPⅢ測量棱鏡。

2）測量路線選擇靈活，即測即用。

3）在橋下可以兼作臨時水準(zhǔn)點(diǎn)，不用為上橋測量專門在橋下埋設(shè)過渡水準(zhǔn)點(diǎn)，節(jié)約測量成本。

4）橋下線路水準(zhǔn)點(diǎn)高程可以方便地引測至三角高程上橋測量裝置上的棱鏡中心，再將橋下三角高程上橋測量裝置上棱鏡中心的高程直接傳遞到橋上棱鏡中心，即圖1中的棱鏡高v=0?？梢杂行Ю弥悄苋緝x全程進(jìn)行前后視同時觀測，有效地削弱了大氣折光對高差測量誤差的影響。

5）以橋上CPⅢ控制點(diǎn)為橋上高程控制點(diǎn)，消除了橋上棱鏡的安全隱患。

6）結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，便于攜帶。

三、精密三角高程上橋測量裝置主要構(gòu)造

1.裝置構(gòu)件實(shí)物圖

三角高程上橋測量裝置主要由11個構(gòu)件組成，實(shí)物如圖2～圖3所示。

圖2 各構(gòu)件實(shí)物圖

圖3 安裝棱鏡和水準(zhǔn)測量連接桿后的實(shí)物圖

2.各構(gòu)件名稱及功能

各構(gòu)件主要功能見表1。

3.各構(gòu)件制造工藝要求

1）各構(gòu)件結(jié)合部位及棱鏡適配器采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行精加工，加工精度優(yōu)于0.1 mm。

表1 精密三角高程上橋測量裝置構(gòu)件功能說明表

2）適配器轉(zhuǎn)換口為圓筒形不銹鋼材質(zhì)，上下通透。

3）構(gòu)件7～10的下端連接桿外徑與構(gòu)件1的內(nèi)徑應(yīng)切合緊密，使連接桿從適配器中能順利插拔并且不會產(chǎn)生晃動。

4）連接圓盤為不銹鋼材質(zhì)，下方焊接用于固定支腳的套管，套管內(nèi)車有螺紋。

5）支腳為實(shí)心圓鋼，外車螺紋可以通過套管內(nèi)的螺紋固定起來，支腳下端為圓錐形，支腳固定后，在外側(cè)焊接腳踏。

6）構(gòu)件1和構(gòu)件4焊接在構(gòu)件3上，構(gòu)件4與構(gòu)件5通過絲口旋緊固定，使用完后，構(gòu)件5可從構(gòu)件4中拆卸下來以便搬運(yùn)。

7）加工附件時，應(yīng)確保將棱鏡適配器插入轉(zhuǎn)換口內(nèi)后，棱鏡中心與水準(zhǔn)測量連接桿的球頭中心重合，球棱鏡中心與半球尺墊的球心重合，如圖4～圖5所示。

圖4 插拔式安裝的棱鏡適配器及水準(zhǔn)測量連接桿附件安裝示意圖

圖5 球棱鏡適配器及半球尺墊附件安裝示意圖

8）球棱鏡適配器頂部球面的半徑與球棱鏡半徑相同，磁性半球尺墊隨球棱鏡配套購買。

9）水準(zhǔn)測量連接桿頂部的球頭為一固定半徑的球體，在機(jī)械加工時將其加工為整數(shù)厘米的半徑值，以便于將球頂高程改化至球心。

10）支架總重量大于5 kg，可防止測量過程中支架自身重量過輕造成支架回彈。

四、操作要點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果

1.高程上橋測量操作要點(diǎn)

架設(shè)全站儀，測量前、后視距離，一般前、后視距離不大于100 m，最大不得超過150 m，前、后視距差不應(yīng)超過5 m［1］，選一大致平坦土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的地方安放三角高程上橋測量裝置，將支架踩實(shí)，使之在觀測過程中不發(fā)生下沉或上浮。

當(dāng)測量采用徠卡、Sining小棱鏡時，先將水準(zhǔn)測量連接桿插入適配器轉(zhuǎn)換口，將地面水準(zhǔn)點(diǎn)高程按幾何水準(zhǔn)測量方法引測至水準(zhǔn)測量球頭連接桿頂部的球頭中心。由于水準(zhǔn)測量連接桿頂端為固定半徑的球形，因此，即使支架傾斜，也能保證水準(zhǔn)測量連接桿球心與棱鏡中心重合。水準(zhǔn)測量引測時，測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)站，然后取下水準(zhǔn)測量球頭連接桿，安裝棱鏡適配器和棱鏡，應(yīng)用CPⅢ平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集軟件對橋上橋下棱鏡進(jìn)行自動觀測，按照規(guī)范要求測完所有測回的觀測數(shù)據(jù)。內(nèi)業(yè)計(jì)算時，將水準(zhǔn)測量球頭連接桿頂部高程減去球頭半徑即可歸化為棱鏡中心高程，應(yīng)用不量儀器高、棱鏡高三角高程測量原理將地面線路水準(zhǔn)點(diǎn)高程引測至橋上 CPⅢ點(diǎn)上［2］。

當(dāng)測量采用球棱鏡時，先將球棱鏡適配器插入轉(zhuǎn)換口，在水準(zhǔn)尺底部裝上磁性半球尺墊進(jìn)行高程引測，然后進(jìn)行上橋測量。由于磁性半球尺墊是外徑相同的球棱鏡球體沿球心切割一半制成，因此引測至磁性半球尺墊中心的高程即為三角高程上橋測量裝置上球棱鏡中心高程。外業(yè)觀測與內(nèi)業(yè)計(jì)算原理與其他類型棱鏡相同。

2.應(yīng)用效果

該裝置在哈大高鐵TJ-1標(biāo)段CPⅢ測量中進(jìn)行了應(yīng)用，前后上橋測量共28次，減少埋設(shè)臨時水準(zhǔn)點(diǎn)28個，節(jié)約埋樁費(fèi)用5.6萬元，節(jié)約80個人工日，節(jié)約工費(fèi)1.2萬元，共節(jié)約費(fèi)用6.8萬元，利用CPⅢ數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)了三角高程上橋測量內(nèi)外業(yè)一體化，并且提高了測量精度和效率，取得了良好的應(yīng)用效果。

五、結(jié)束語

精密三角高程上橋測量裝置獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利授權(quán)，為高程上橋測量提供了一種專用裝備，裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，便于拆裝和攜帶，有效地提高了測量精度和測量效率，并通過實(shí)際應(yīng)用取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 譙生有，周建軍，周建東.客運(yùn)專線無砟軌道CPⅢ精密控制網(wǎng)測量探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（S1）:36-39.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］ 譙生有，聞道榮.無砟軌道CPⅢ平面控制網(wǎng)測量精度影響因素分析［J］.測繪通報，2011（12）:47-49.

［4］ 周建東，譙生有.高速鐵路施工測量［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2011:102-123.

［5］ 郝亞東，周建鄭，孫請娟，等.高速鐵路無砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)測量技術(shù)探討［J］.鐵道工程學(xué)報，2010，36（11）:38-42.