巨邦強，付宏平，陳光金，李志平

(1.青藏鐵路有限公司，青海 西寧 810006;2.中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043;3.中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009)

0 引言

隨著高標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模鐵路建設(shè)的不斷推進，國內(nèi)出現(xiàn)了很多特長隧道。如已經(jīng)貫通的石太客專太行山隧道(全長28 km)、正在修建的蘭渝鐵路西秦嶺特長隧道(全長28 km)和西格二線關(guān)角特長隧道(全長33 km)等。目前正在施工的西成客專、向莆鐵路、蘭渝鐵路、貴廣鐵路等均設(shè)計了大量的特長隧道。為了保證線路運行平穩(wěn)，減少運營養(yǎng)護，這些特長隧道全部按鋪設(shè)無砟軌道設(shè)計。根據(jù)國內(nèi)在建的幾條特長隧道施工情況來看，這些特長隧道建設(shè)規(guī)模巨大，修建工期較長，為加快施工進度，全部采用“長隧短打”施工方法，一般在隧道全部貫通后，才開始鋪設(shè)無砟軌道，這對于非常緊張的施工工期是非常不利的。特長隧道整體貫通前，已貫通段落提前鋪設(shè)無砟軌道的研究工作目前在國內(nèi)沒有先例，也沒有針對性的科學(xué)研究成果，是一項突破規(guī)范的創(chuàng)新性工作，值得開展進一步研究探討。

本文以西格二線關(guān)角特長隧道為加快施工進度所做的科研為基礎(chǔ)，在不完全突破現(xiàn)有鐵路測量規(guī)范的前提下，從面臨的技術(shù)問題入手，對實施測量的可行性進行研究分析，提出一套解決問題的整體思路和方案，并對項目實施應(yīng)注意的幾個方面的問題進行總結(jié)，從理論上建設(shè)性地提出特長隧道整體貫通前先期鋪設(shè)無砟軌道的施工測量方法。

1 面臨的技術(shù)難題

1.1 規(guī)范的限制

無砟軌道工程施工前應(yīng)按規(guī)范要求在CPⅠ、CPⅡ的基礎(chǔ)上建立軌道控制網(wǎng)CPⅢ，軌道施工應(yīng)以軌道控制網(wǎng)CPⅢ為基準(zhǔn)。對于隧道洞內(nèi)施工測量而言，CPⅡ、CPⅢ將作為鋪設(shè)無砟軌道的基準(zhǔn)。

TB 10601—2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》規(guī)定:CPⅢ平面網(wǎng)測量應(yīng)在線下工程竣工并通過沉降變形評估后施測;軌道施工前應(yīng)對線下工程竣工測量成果進行評估，檢查線路平、縱斷面是否滿足軌道鋪設(shè)條件。必要時應(yīng)對線路平、縱斷面進行調(diào)整，以滿足鋪軌要求［1］。

鐵建設(shè)［2006］158號《客運專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》規(guī)定:對隧道基礎(chǔ)沉降作出系統(tǒng)評估，隧道主體工程完工后，變形觀測期一般不少于3個月。

隧道全線沒有貫通，洞內(nèi)CPⅡ、CPⅢ以及高程控制網(wǎng)無法整體建立，無砟軌道鋪設(shè)前的評估工作不能整體進行，隧道整體貫通前先期鋪設(shè)無砟軌道的必備條件無法滿足。

1.2 隧道貫通誤差的影響

盡管在隧道施工前已建立了高精度的獨立施工控制網(wǎng)，洞內(nèi)也建立了施工控制導(dǎo)線網(wǎng)，但由于洞外施工控制測量、洞內(nèi)施工測量不可避免地存在誤差，導(dǎo)致相向開挖的隧道存在一定的貫通誤差，主要影響包括橫向貫通誤差和高程貫通誤差。一般而言，隧道洞內(nèi)測量受觀測條件、觀測儀器、觀測方法等因素影響，實際貫通誤差受洞內(nèi)測量誤差的影響比較顯著。如果貫通誤差滿足貫通限差的要求，貫通誤差在滿足線路設(shè)計規(guī)范和軌道平順性要求的原則下進行適當(dāng)調(diào)整，就具備了無砟軌道鋪設(shè)的條件。隧道貫通誤差是客觀存在的，其大小在隧道貫通前無法準(zhǔn)確測量，故隧道的準(zhǔn)確貫通是鋪設(shè)無砟軌道的前提［1－2］。

1.3 施工中線的多樣性

目前，特長隧道施工基本采用“長隧短打”多個開挖斷面施工，由于測量誤差的存在，各個段落施工中線嚴(yán)格而言不在一條線上，與隧道設(shè)計的理論中線均有偏差。如果按照已貫通段落施工中線鋪設(shè)無砟軌道，將導(dǎo)致與以后段落鋪設(shè)的無砟軌道無法平順銜接，甚至根本無法進行調(diào)整，可能引起工程修正、返工、甚至廢棄，造成浪費和工期延誤。隧道全線未貫通前，提前實施貫通段落的無砟軌道鋪設(shè)，具有一定施工難度，可能將面臨一定的施工風(fēng)險。

2 實施測量的可行性研究分析

針對上述技術(shù)難題，研究人員暫時拋開規(guī)范的限制，通過認(rèn)真仔細(xì)地研究分析，結(jié)合現(xiàn)有測量方法，從技術(shù)理論角度提出了解決問題的思路和方法。

研究發(fā)現(xiàn)，解決這一問題的核心就是最大限度地減少測量誤差，建立高精度隧道洞外、洞內(nèi)施工控制網(wǎng)以及無砟軌道施工控制網(wǎng)，合理確定鋪軌中線。建立隧道貫通誤差最小、無砟軌道鋪設(shè)測量誤差最小的保證體系，是解決這一問題的關(guān)鍵。涉及到的測量問題包括:

1)隧道洞外施工控制網(wǎng)的建立。包括布網(wǎng)設(shè)計、測量精度、各井口間整體建網(wǎng)等［3］。

2)隧道洞內(nèi)施工控制網(wǎng)的建立。包括測量精度設(shè)計、提高洞內(nèi)測量精度的措施、洞內(nèi)外銜接測量、各段落導(dǎo)線間銜接測量等。

3)隧道貫通誤差的控制和調(diào)整。實現(xiàn)線路平、縱斷面平順銜接。

4)隧道實際施工中線的擬合調(diào)整。包括施工中線與理論中線的偏差測量、鋪軌中線的擬合調(diào)整、后貫通段落的施工導(dǎo)向、隧道建筑限界核查等。

5)隧道洞內(nèi)無砟軌道鋪設(shè)控制網(wǎng)的建立。包括洞內(nèi)CPⅢ軌道控制網(wǎng)的建立。

6)無砟軌道施工測量。包括測量精度、分段鋪軌段落銜接測量等。

以上問題研究解決好后，特長隧道整體貫通前先期鋪設(shè)無砟軌道施工測量工作就可以實現(xiàn)。

3 解決方案

3.1 整體解決思路

建立和維持高精度的洞外測量控制網(wǎng)，建立隧道洞內(nèi)專用控制網(wǎng)取代原洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)，建立洞內(nèi)軌道控制網(wǎng)用于軌道鋪設(shè)。提高施工測量精度，保證各開挖隧道貫通誤差最小。同時在滿足建筑限界和規(guī)范要求的前提下建立線位擬合的數(shù)學(xué)模型，進行中線擬合，確定隧道貫通中線與原理論中線的偏差，并進行評估，確定后貫通地段中線的理論位置及控制方法。貫通段落無砟軌道鋪設(shè)以擬合的線路中線施工，正在施工開挖段落按擬合的中線進行測量導(dǎo)向，保證后貫通段落的中線與已鋪軌段落的中線一致，從而確保隧道整體貫通前先期鋪設(shè)無砟軌道的條件。

3.2 洞外施工控制網(wǎng)的復(fù)測、加密

隧道洞外獨立施工控制網(wǎng)一般是開工前建立的，控制網(wǎng)建立時間較長，盡管施工過程中也定時復(fù)測，但在無砟軌道施工前必須同精度整體復(fù)測一次，避免或減弱洞外控制網(wǎng)測量誤差對隧道貫通和無砟軌道鋪設(shè)產(chǎn)生不良影響，這也是規(guī)范規(guī)定。對個別原隧道洞外丟失的控制點需重新埋樁，恢復(fù)測量;對個別原控制點不通視、邊長不滿足要求或圖形結(jié)構(gòu)不好的控制點，進行加密測量。復(fù)測完成后，需要對以前施測的隧道獨立施工控制網(wǎng)進行系統(tǒng)評價，評價內(nèi)容包括:1)原隧道控制網(wǎng)建網(wǎng)理論的適宜性、合規(guī)性;2)原隧道施工控制網(wǎng)選點、布網(wǎng)、觀測的整體性、合理性;3)原隧道控制測量數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)一性、可靠性;4)原隧道控制網(wǎng)經(jīng)歷次復(fù)測后控制點的穩(wěn)定性，判斷方法的合理性;5)原隧道控制網(wǎng)成果的可利用性。評價結(jié)果作為復(fù)測控制測量成果如何采用的依據(jù)。一般情況下，隧道貫通后實施的洞外控制網(wǎng)成果將作為洞內(nèi)控制網(wǎng)的起算依據(jù)。

3.3 洞內(nèi)線路控制網(wǎng)(CPⅡ)的建立

隧道洞內(nèi)布設(shè)專用控制網(wǎng)(CPⅡ)取代原洞內(nèi)施工導(dǎo)線控制網(wǎng)［4］，CPⅡ點埋設(shè)在水溝電纜槽頂部，便于長期保存。建網(wǎng)時考慮兩期網(wǎng)之間的聯(lián)測，以便對原洞內(nèi)施工導(dǎo)線控制網(wǎng)進行檢查。由于隧道尚未整體貫通，洞內(nèi)線路控制網(wǎng)(CPⅡ)只能通過洞口與斜井口或斜井口之間進行聯(lián)測，建立附合條件［5］?？梢栽谒淼镭炌ǘ芜x取最大附合段落進行。正洞和斜井平面控制網(wǎng)采用交叉雙導(dǎo)線方式布設(shè)，測量時可以采取補強測量措施，如斜井內(nèi)短邊設(shè)置固定觀測墩或固定觀測簡易支架;適當(dāng)加大導(dǎo)線邊長;采用高精度、自動化的觀測儀器，提高測角、測距精度;控制點布設(shè)要遠離隧道側(cè)壁，以減弱旁折光的影響［6］;選取2條最佳進洞聯(lián)系邊向洞內(nèi)同時傳遞方向和坐標(biāo)，提高傳遞精度等。分段測量的CPⅡ控制網(wǎng)段落之間必須進行銜接測量，將兩段落間相鄰點在上一段落平差成果用于下一段落平差約束點進行平差，以保證CPⅡ控制網(wǎng)成果銜接的一致性。

3.4 洞內(nèi)中線測量

隧道洞內(nèi)施工控制網(wǎng)測量誤差會造成隧道施工中線(實際中線)與設(shè)計線路中線(理論中線)產(chǎn)生一定的偏差。以CPⅡ為基準(zhǔn)實測隧道中線，檢查隧道施工中線橫向偏差，確定是否滿足限界要求［7］。比較隧道洞內(nèi)高程與原測高程的較差，根據(jù)差值大小，可以考慮在預(yù)留的施工誤差內(nèi)解決，或由相關(guān)設(shè)計專業(yè)處理。中線測量要求:1)已掘進地段，每隔一段距離(1 km左右)，實測中線點組的坐標(biāo)和高程。每處測量3個以上中線點，中線點間距以100～200 m一個為宜;2)從CPⅡ上用導(dǎo)線法或交會法聯(lián)測連續(xù)2～3個原洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線點，在這些導(dǎo)線點上置鏡，恢復(fù)原設(shè)計線路中線;3)分中隧道，確定隧道施工中線實際位置，丈量并記錄其與設(shè)計線路中線兩者的間距;利用附近CPⅢ或CPⅡ控制點，重新測量并記錄隧道線路中線與隧道施工中線的坐標(biāo)及高程;4)在隧道進、出口地段、斜井與正線交叉處以及貫通面前后必須聯(lián)測施工導(dǎo)線并測量中線點組。

3.5 中線擬合以及鋪軌中線的確定

對隧道已貫通段落施工中線與原設(shè)計線路中線平面、高程偏差進行分析、評估，在滿足建筑限界和規(guī)范要求的前提下建立線位擬合的數(shù)學(xué)模型進行中線擬合，確定隧道鋪軌中線以及后貫通地段中線的理論位置及控制方法。與線路、隧道等相關(guān)專業(yè)結(jié)合，對其進行修正或調(diào)整。隧道貫通后的鋪軌中線，根據(jù)實際貫通誤差大小和設(shè)計凈空與建筑限界的富余量來確定:貫通誤差較小時，在該段兩端的相鄰段落約束點之間通過控制網(wǎng)平差直接調(diào)整。貫通誤差較大時，在貫通面未襯砌地段局部進行貫通誤差調(diào)整，調(diào)整包括襯砌、溝槽和無砟軌道中線。隧道貫通段落無砟軌道鋪設(shè)以擬合的線路中線 (鋪軌中線)進行施工，正在施工開挖段落按擬合的中線 (鋪軌中線)成果進行測量導(dǎo)向，保證后續(xù)貫通段落的中線與已鋪軌段落的中線一致。施工中線與理論中線關(guān)系如圖1所示。鋪設(shè)段落中線與后貫通段落的中線關(guān)系如圖2所示。

圖1 施工中線與理論中線關(guān)系圖Fig.1 Relationship between theoretical tunnel centerline and actual tunnel centerline

圖2 鋪軌段落中線與后貫通段落的中線關(guān)系圖Fig.2 Relationship between centerline of tunnel section with track laid and that of tunnel section before breakthrough

3.6 隧道關(guān)鍵段落凈空斷面以及建筑限界核查測量

隧道鋪軌中線確定后，需要對隧道關(guān)鍵段落凈空斷面以及建筑限界進行核查測量［8］，保證鋪軌中線的合理性以及無砟軌道施工的安全性。測量段落主要考慮隧道各個貫通面前后、洞內(nèi)施工誤差較大段落以及襯砌后可能影響建筑限界的段落。測量要求:1)利用隧道斷面儀或全站儀進行測量;2)關(guān)鍵段落凈空斷面密度應(yīng)增大;3)每個斷面應(yīng)至少測量8個點;4)測量完成后繪出隧道斷面圖。根據(jù)核查測量后的隧道斷面圖與隧道設(shè)計斷面圖進行比較，核查隧道施工凈空斷面的實際位置，檢查是否滿足建筑限界規(guī)定。其他核查工作還應(yīng)考慮單洞雙線隧道線間距檢查，水溝電纜槽施工侵限檢查等。

3.7 洞內(nèi)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)的建立

隧道洞內(nèi)軌道控制點沿隧道壁兩側(cè)間隔50～70 m以點對形式布設(shè)，埋設(shè)觀測棱鏡強制對中標(biāo)志，標(biāo)志離電纜溝頂部30 cm?？刂泣c埋設(shè)位置見圖3。

圖3 軌道控制點埋設(shè)位置圖Fig.3 Location of track survey control points

洞內(nèi)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)平面控制測量在洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上按照自由設(shè)站邊角交會法測量。采用具有自動目標(biāo)搜索、自動照準(zhǔn)、自動觀測、自動記錄功能的全站儀，其標(biāo)稱精度應(yīng)滿足:方向測量中誤差不大于 ±1″，測距中誤差不大于 ±(1 mm+2×10－6)?？刂凭W(wǎng)的測量標(biāo)志采用專用棱鏡與配套的標(biāo)志連接件，其加工誤差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。洞內(nèi)CPⅢ高程按照精密水準(zhǔn)測量方法和技術(shù)要求建立，以矩形環(huán)單程水準(zhǔn)網(wǎng)進行觀測。

軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件采用經(jīng)鐵道部評審的CPⅢ軟件進行。分段測量的CPⅢ控制網(wǎng)段落之間需要進行銜接測量［9］，CPⅢ網(wǎng)區(qū)段與區(qū)段之間重復(fù)觀測應(yīng)不少于6對CPⅢ點。將兩段落間相鄰點在上一段落平差成果用于下一段落平差約束點進行平差，保證CPⅢ控制網(wǎng)成果銜接的一致性。

4 項目實施應(yīng)注意的幾個問題

1)特長隧道整體貫通前，對分段已貫通段的隧道先期施作整體道床及鋪設(shè)無砟軌道，必須保證分段貫通段的橫向和高程貫通誤差“足夠小”，施工中線才能在設(shè)計規(guī)范容許的范圍內(nèi)和較短區(qū)間進行中線和坡度調(diào)整，這是項目實施的前提條件。

2)項目實施前，應(yīng)編制詳細(xì)實施技術(shù)方案，通過建設(shè)單位組織的專家評審會評審，保證施工程序合規(guī)。正式實施時，施測單位嚴(yán)格按照實施技術(shù)方案重新復(fù)測洞外平面、高程控制網(wǎng)，構(gòu)建洞內(nèi)專用平面、高程控制網(wǎng)，用于隧道洞內(nèi)無砟軌道施工測量。

3)鋪軌中線的確定是項目實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合洞內(nèi)中線測量以及建筑限界核查情況，與隧道、線路專業(yè)人員充分溝通后，通過中線擬合調(diào)整確定，調(diào)整后的中線要滿足設(shè)計規(guī)范原則性規(guī)定。隧道后貫通段落以擬合后的中線(鋪軌中線)進行測量導(dǎo)向，使后貫通段落的中線與已鋪軌段落的中線一致。

4)開展洞內(nèi)控制測量時，要解決施工干擾問題，隧道施工應(yīng)停止、運砟車輛應(yīng)停運，保證洞內(nèi)無明顯震動、無灰塵和光源影響，觀測視線無遮擋物，為洞內(nèi)測量提供最佳觀測條件。CPⅢ觀測應(yīng)選擇在陰天或夜間進行，在水霧較大時不應(yīng)進行觀測。

5)因洞內(nèi)CPⅡ、CPⅢ控制網(wǎng)為分段測量，分段測設(shè)產(chǎn)生的測量誤差會影響無砟軌道鋪設(shè)精度。應(yīng)特別注意各段落間的銜接測量，兩段落間相鄰點在上一段落平差成果用于下一段落平差約束點進行平差，保證各段落間CPⅡ、CPⅢ成果銜接的一致性、整體性。

6)安全起見，已貫通段落無砟軌道鋪設(shè)時，與未貫通段落之間應(yīng)留出一段(不短于500 m)暫不施工，以便進行段與段之間的順接。

7)所有洞外、洞內(nèi)平面、高程控制點施工單位應(yīng)妥善保管，定期巡查，避免施工破壞。定期復(fù)測，確保成果可靠。

5 結(jié)論與建議

綜上所述，在隧道整體未貫通前，先期分段鋪設(shè)無砟軌道面臨隧道貫通誤差調(diào)整、施工中線的多樣性導(dǎo)致不同段落的無砟軌道無法平順銜接、洞內(nèi)控制網(wǎng)分段測設(shè)帶來的測量誤差，還有洞內(nèi)測量條件無法滿足對無砟軌道鋪設(shè)精度的影響等施工影響和施工風(fēng)險問題。

特長隧道分段施工無砟軌道在國內(nèi)尚沒有先例，是一項突破現(xiàn)行鐵路行業(yè)測量、打破常規(guī)施工組織的新課題。特長隧道整體貫通前能否分段施工無砟軌道，首先要保證滿足規(guī)范的要求，同時必須考慮隧道實際貫通誤差大小、洞內(nèi)測量條件、施工單位的儀器設(shè)備精度和測量技術(shù)水平能否滿足要求。

本文針對特長隧道整體貫通前先期鋪設(shè)無砟軌道施工測量方法進行理論分析和探討，建設(shè)性地提出一個整體實施解決方案，旨在促進廣大鐵路設(shè)計、測量和施工技術(shù)人員通過工程項目實施驗證，不斷研究分析，積累工程經(jīng)驗，達到加快特長隧道施工進度，縮短建設(shè)工期、節(jié)約施工成本的目的。

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