姚丙生

摘要：當(dāng)前我國高速鐵路建設(shè)已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展期，無砟軌道憑借其高平順性、低故障率的特性得到了更廣泛的應(yīng)用。無砟軌道平順性受軌道的曲率、水平等幾何要素的直接影響，因此對軌道施工測量與技術(shù)控制提出了更精密的要求。以朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程為例，深入研究了CPⅢ精細(xì)化建網(wǎng)的技術(shù)要點(diǎn)，構(gòu)建了高效建網(wǎng)方案。工程軌道靜態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)調(diào)整，需綜合考慮動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和工程實(shí)測數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化調(diào)整精調(diào)控制參數(shù)，有效提高了精調(diào)準(zhǔn)確性，具有良好的應(yīng)用與參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：CPⅢ控制測量；無砟軌道；平順性測量；靜態(tài)與動(dòng)態(tài)調(diào)整

0? ?引言

我國高速鐵路憑借其運(yùn)載能力強(qiáng)、運(yùn)營穩(wěn)定的優(yōu)勢，已成為我國國家交通建設(shè)的戰(zhàn)略性、關(guān)鍵性的重要基礎(chǔ)工程，取得了舉世矚目的成就。隨著我國鐵路建設(shè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展期，人們對于堅(jiān)固耐用、平順性強(qiáng)的無砟軌道系統(tǒng)的建造、精調(diào)和維護(hù)技術(shù)的要求不斷提升。

無砟軌道的精調(diào)的前置基礎(chǔ)條件是建立良性有效的CPⅢ控制網(wǎng)，以為后期精調(diào)提供精確的坐標(biāo)信息和測量數(shù)據(jù)。精確的控制網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)可有效軌道精調(diào)的技術(shù)難度，降低靜態(tài)調(diào)整和動(dòng)態(tài)調(diào)整頻次，提高高鐵線路建設(shè)質(zhì)量。本文以朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程為例，深入研究了CPⅢ精細(xì)化建網(wǎng)的技術(shù)要點(diǎn)，構(gòu)建了高效建網(wǎng)方案。

1? ?工程概況

朝陽至秦沈高鐵凌海南站鐵路聯(lián)絡(luò)線工程起點(diǎn)為京沈客專朝陽站，終點(diǎn)為巴圖營站朝陽端站線分界點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)起訖里程DK418+161.28-DK34+000，全長33.33km。整體工程管段包括3座11294.79延米雙線特大橋、1座3373.69延米一般單線特大橋、5座1595.04延米一般雙線大橋、2座173.83延米一般雙線中橋。

工程橋梁正線長度總計(jì)13.063km。14段區(qū)間路基正線長度達(dá)6.46km。包括4條隧道，其中最長隧道為6.20km的巴圖營隧道。工程無砟道床鋪軌總長為74.086km，路基、橋梁施工與軌道工程的下部施工管段全線保持一致[1]。

施工過程中，在完成軌道板安裝和砂漿施工后敷設(shè)鋼軌，利用預(yù)制扣件固定在軌道板上，而后對其方向和位置進(jìn)行精調(diào)。CPⅢ控制網(wǎng)的測量數(shù)據(jù)是精調(diào)過程主要參考數(shù)據(jù)，在未通車的聯(lián)調(diào)期進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，后利用動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)行完善補(bǔ)充，驗(yàn)收合格以后鐵路方可進(jìn)行運(yùn)行通車[2]。

2? ?測量控制網(wǎng)前置準(zhǔn)備工作

布置的測量控制網(wǎng)覆蓋工程全段，建網(wǎng)從工程內(nèi)容角度共分為11個(gè)單元，部分路基段和橋梁段單獨(dú)設(shè)置一個(gè)單元。測量平面坐標(biāo)系采用國家2000橢球獨(dú)立坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用“1985國家高程基準(zhǔn)”。

控制網(wǎng)布設(shè)采用分級(jí)控制模式，數(shù)據(jù)處理端輸入最高級(jí)控制網(wǎng)的測量數(shù)據(jù)。本次無砟軌道建設(shè)工程采用三級(jí)控制網(wǎng)：第一級(jí)控制網(wǎng)為常規(guī)平面基礎(chǔ)控制網(wǎng)，主要用于基準(zhǔn)坐標(biāo)的定位；第二級(jí)控制網(wǎng)為線路控制網(wǎng)絡(luò)，測量的坐標(biāo)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，主要服務(wù)于工程的施工和精調(diào)；第三級(jí)控制網(wǎng)為軌道控制網(wǎng)，是在二級(jí)基準(zhǔn)點(diǎn)上建立的高程檢測網(wǎng)[3]。由此構(gòu)建起完整的三維定點(diǎn)檢測網(wǎng)絡(luò)，精準(zhǔn)為軌道敷設(shè)和調(diào)整提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，其精度控制指標(biāo)如表1所示。

為提高工程檢測網(wǎng)絡(luò)的可靠性，建網(wǎng)前組建技術(shù)團(tuán)隊(duì)，對現(xiàn)場施工段的沉降特性進(jìn)行定點(diǎn)考察和評(píng)估。通過充分分析設(shè)計(jì)院提供的相關(guān)地形和地質(zhì)的二次勘測信息，利用Aicgispro對信息進(jìn)行處理和呈現(xiàn)，可對二等控制點(diǎn)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整和加密[4]。工程采用使用CPⅢ多測回測角軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用CPⅢ平差處理軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析預(yù)處理。

3? ?精細(xì)化建網(wǎng)方案

3.1? ?朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線CPII控制網(wǎng)加密

CPⅢ檢測控制網(wǎng)合理性和系統(tǒng)性直接影響無砟軌道的整體建設(shè)。鑒于實(shí)際工作量較大，為此需要謹(jǐn)慎地對CPⅡ進(jìn)行布設(shè)和加密，以便形成科學(xué)高效的聯(lián)測方案，提高檢測系統(tǒng)精度。

3.1.1? ?CPII控制網(wǎng)的布設(shè)

在朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程中，CPⅡ控制網(wǎng)的布設(shè)需充分考慮軌道線路方向和特征，在地理建模軟件上初步設(shè)定二級(jí)控制點(diǎn)，距離控制在（500±20）m范圍內(nèi)，與道路中線點(diǎn)的距離控制在（200±10）m范圍內(nèi)，以保證檢測點(diǎn)既可以覆蓋項(xiàng)目建設(shè)全范圍，且各檢測點(diǎn)之間需要滿足交叉觀測的工程需求[4]。

當(dāng)出現(xiàn)CPⅡ檢測點(diǎn)實(shí)際密度小于聯(lián)測要求時(shí)，可選用內(nèi)插法增設(shè)。為了提高檢測網(wǎng)的聯(lián)測性能，對工程進(jìn)行了二次平行檢測。檢測過程中，選擇2個(gè)監(jiān)測控制點(diǎn)采用交邊法進(jìn)行聯(lián)測測試[5]。項(xiàng)目通過GPS定位法，直接在地理信息軟件中明確了施工邊界，有效保證了控制點(diǎn)不被施工行為損害。

3.1.2? ?橋梁工程加密點(diǎn)布置

橋梁工程布置加密點(diǎn)需要埋設(shè)于防撞墻的頂面，布設(shè)采用強(qiáng)制對中法，CPⅡ加密點(diǎn)與CPⅢ檢測點(diǎn)相互獨(dú)立。加密點(diǎn)從橫縱兩個(gè)方向上進(jìn)行固定，在縱向上要保證其與固定支座處于同一直線，與梁端的距離控制為0.5m。橋梁工程CPⅡ監(jiān)測點(diǎn)位置如圖1所示。

3.1.3? ?路基段布設(shè)加密點(diǎn)

路基段在劃定限界內(nèi)布設(shè)加密點(diǎn)，布設(shè)采用左右交替法，聯(lián)測標(biāo)志點(diǎn)選擇埋設(shè)在接觸網(wǎng)桿之間，加密點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在柱狀墩上面，以免監(jiān)測的空間監(jiān)測視角受到交通狀況的影響[6]。隧道工程部分的CPⅡ加密點(diǎn)采用對中成對法進(jìn)行布設(shè)，選擇埋設(shè)在電纜槽頂面，加密點(diǎn)間距略大于路基段，控制在300～500m。為避免監(jiān)測點(diǎn)檢測視角受到隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)設(shè)施的遮擋，將點(diǎn)檢設(shè)備布設(shè)在設(shè)施周圍0.2m的范圍以外。

3.2? ?朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線CPIII控制網(wǎng)布設(shè)與測量

3.2.1? ?CPIII控制網(wǎng)布設(shè)

CPⅢ檢測控制點(diǎn)采用沿線相對布設(shè)。要保證設(shè)置的全站儀的檢測范圍可以周邊12個(gè)檢測基點(diǎn)，每個(gè)檢測基點(diǎn)同時(shí)被3臺(tái)全測儀觀測。全站儀的布設(shè)點(diǎn)位可以與CPⅢ控制點(diǎn)位重合，以簡化約束條件計(jì)算量。對于工程建設(shè)過程中的特殊地段和重要地段，可根據(jù)實(shí)際需求假設(shè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)最終需構(gòu)成系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)。

在朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線鐵道工程中，對于平坦空曠觀測條件較好的區(qū)域控制網(wǎng)，主要采用120m范圍的標(biāo)準(zhǔn)平面網(wǎng)構(gòu)型。對于視野受阻、地形復(fù)雜、施工強(qiáng)度和壓力較大的區(qū)域控制網(wǎng)，主要采用60m四向交匯的平面控制網(wǎng)[7]。CPⅢ60m四向交匯平面控制網(wǎng)構(gòu)型如圖2所示。

為實(shí)現(xiàn)檢測點(diǎn)之間的連測，不同等級(jí)的控制點(diǎn)之間需要形成聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全站儀需要同時(shí)檢測CPⅢ檢測點(diǎn)與CPⅡ加密點(diǎn)。一般聯(lián)網(wǎng)檢測時(shí)，可視的CPⅡ控制點(diǎn)密度應(yīng)處于400～800m之間。CPⅢ測量組中采用同批次、同規(guī)格的光學(xué)棱鏡。需要定期對光學(xué)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)檢測與調(diào)整，以保證光學(xué)器件的檢測精度。

3.2.2? CPIII控制網(wǎng)測量

在實(shí)際測量過程中，根據(jù)朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線CPⅢ控制網(wǎng)實(shí)況與施工需要，對檢測區(qū)進(jìn)行了分段，常規(guī)區(qū)段長度需大于4km。為了保證工程檢測精度，每段的重復(fù)觀測點(diǎn)應(yīng)該超過6對，且需保證開端與末尾部分有獨(dú)立監(jiān)測點(diǎn)[8]。分區(qū)點(diǎn)應(yīng)該避開車站和連續(xù)梁，以防止重點(diǎn)區(qū)域檢測值失真。分區(qū)檢測的重疊段檢測點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4? ?無砟軌道靜態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)調(diào)整

4.1? ?檢測數(shù)據(jù)指導(dǎo)下的靜態(tài)調(diào)整

靜態(tài)調(diào)整在施工后聯(lián)調(diào)過程中進(jìn)行。通過檢測小車采集軌道數(shù)據(jù)，分析軌道的平順性，從而對軌道的幾何特性和線性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，是軌道精調(diào)的核心環(huán)節(jié)。在朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線工程中，軌道平順性檢測采用精確度較高的30/300m檢測弦法則進(jìn)行控制，平均8個(gè)軌枕分布一個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)之間最短距離為5m，平順性根據(jù)二者之間的校核值進(jìn)行計(jì)算。實(shí)踐證明，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行靜態(tài)平順性控制最為穩(wěn)定有效。

在鐵道部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線工程平順性檢測參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化，允許基準(zhǔn)偏差選定為±2mm。該標(biāo)準(zhǔn)可適用于路基、橋梁、隧道等多種工況環(huán)境，充分滿足精調(diào)需要。為了優(yōu)化無渣鐵路靜態(tài)調(diào)整方案，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)選用1/1000的軌率變化率，以為無砟軌道系統(tǒng)扣件的調(diào)整提供充足余量空間。工程靜態(tài)調(diào)整結(jié)果表明，采用以上的靜態(tài)調(diào)整參數(shù)體系有效提高了軌道靜態(tài)調(diào)整精度。

4.2? ?檢測數(shù)據(jù)指導(dǎo)下的動(dòng)態(tài)調(diào)整

根據(jù)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，充分考慮輪軌道荷載，對軌道進(jìn)行線性微調(diào)，基本調(diào)整工藝流程如圖4所示。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集過程中，利用模型處理軟件可以得到動(dòng)態(tài)測試的報(bào)告數(shù)據(jù)表與波形圖，經(jīng)過數(shù)值分析和波形過濾后，可以得到不平順區(qū)段信息，確定不平順類型。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，要充分考慮現(xiàn)場施工條件、外業(yè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果。針對分析出的超限點(diǎn)，需要根據(jù)超限等級(jí)確定其偏差與實(shí)際位置，修正報(bào)告中的里程信息。在實(shí)際進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)，針對部分區(qū)域超限報(bào)告指標(biāo)類似，但波形圖線形表現(xiàn)出較大偏差時(shí)，需要對現(xiàn)場情況進(jìn)行二次復(fù)測。

為提高朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線工程動(dòng)態(tài)調(diào)整效率，超限點(diǎn)位置的調(diào)整主要采用軌距調(diào)整法和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)法代替單一參數(shù)調(diào)整法。這是因?yàn)閮煞N方式對于不同不平順參數(shù)的影響是多向的，可使得整體參數(shù)值滿足檢測要求，減少了數(shù)據(jù)處理量。動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，將軌距允許偏差設(shè)定為1mm。

5? ?結(jié)束語

無砟軌道平順性受軌道的曲率、水平等幾何要素的直接影響，因此對軌道施工測量與技術(shù)控制提出了更精密的要求。CPⅢ檢測控制網(wǎng)絡(luò)的合理性和高效性直接影響軌道的平順性，本文以朝凌鐵路聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程為例，分析CPⅢ檢測控制網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際工程中的運(yùn)用過程和技術(shù)要點(diǎn)，根據(jù)工程實(shí)況充分進(jìn)行了CPⅢ建網(wǎng)的前置準(zhǔn)備。

在施工階段，CPⅡ控制網(wǎng)的加密和CPⅢ監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)是施工和精調(diào)的測量基礎(chǔ)，利用GPS與Arcgis等地理信息軟件，可實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)點(diǎn)布設(shè)的優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)對路基、橋梁、隧道等不同施工區(qū)域檢測點(diǎn)布設(shè)進(jìn)行分析，采用分段重疊的檢測點(diǎn)布設(shè)構(gòu)型。

根據(jù)無砟鐵路精調(diào)需要，分別對動(dòng)態(tài)調(diào)整與靜態(tài)調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)體系進(jìn)行參數(shù)必選優(yōu)化，通過采用1/1000的軌率變化率、基準(zhǔn)偏差±2mm、30/300m檢測弦法，提高靜態(tài)調(diào)整精度。利用軌距調(diào)整與動(dòng)力學(xué)指標(biāo)法提高了動(dòng)態(tài)調(diào)整效率。

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