关于高速铁路线上精密控制网测量技术的研究
时间：2023-05-30 22:15:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
蔡子民
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）
中卫至兰州铁路位于宁夏回族自治区和甘肃省境内，线路北起宁夏回族自治区中卫市，向南经白银市（平川区、靖远县、白银区）及兰州市（皋兰县、兰州新区），引入中川城际树屏线路所。线路全长219.707km，其中宁夏自治区境内46.249km，甘肃省境内173.458km。
中卫至兰州铁路是京兰高速客运通道的重要组成部分，可加快形成我国西北地区连接华北、东北地区的便捷快速客运通道，同时，也是“一带一路”战略发展核心区域内的重要交通基础设施，是一条区际性客运专线。
依据《高速铁路工程测量规范》要求，轨道铺设前，需要进行CPⅢ测量。据此，对中卫至兰州铁路进行CPⅢ测量工作。具体工作内容如下：（1）CPⅡ控制网加密测量；
（2）三等水准点加密测量；
（3）CPⅢ平面控制网测量；
（4）CPⅢ高程控制网测量。
“精密控制网测量技术”顾名思义，是指高速铁路建设中针对线路上控制网的“精密测量”工艺。控制网测量作为高速铁路线上勘测工程的核心内容，建设方需应用“精密控制网测量技术”，构建“线路控制网”，为项目的施工测量、工程勘察提供参考标准，确保高速铁路项目内各项测量结果的准确性。精密控制网测量过程中，建设方可通过提升路段内“高程控制网”“平面控制网”的精度，区分控制网等级等方式，灵活地将精密控制网测量技术融入项目建设方案内，满足我国高速铁路线上控制网精密测量的基本要求。
3.1 准备工作
3.1.1 评测铁路线下工程质量
高速铁路项目中，轨道铺设时对施工后各项子工程的质量要求高，所以在实施CPⅢ控制网测量技术时，还应针对性地评测铁路线下的工程质量，如“工后沉降”“工后变形”。确定各项测量技术符合铁路轨道质量要求后，方可正式进入控制网精密测量环节。
3.1.2 CPⅡ控制网加密测量
为在高速铁路项目施工建设中，有效地应用“精密控制网测量技术”，建立符合项目预期要求的“CPⅢ基桩网”，建设方还应积极推进CPⅡ控制网加密测量工作，为后期观察、测量CPⅢ基桩网创造有利条件。在本项目中，CPⅡ点均在铁路线上的桥梁段、路基段、隧道段进行加密埋设。
埋设CPⅡ加密点时，施工人员可运用“强制对中标志”，保证加密点的精度。对于CPⅡ加密点的埋设而言，可用的对中标志有“测量仪器连接盘”“预埋件”。其中，预埋件是指埋入铁路线上施工现场的部分，主体材料为不锈钢，预埋件在与测量仪器衔接后，施工方可将GPS天线，其他测量仪器装设在预埋件上，使CPⅡ加密点的对中精度优于0.1mm。
正式测量CPⅡ加密点时，应借助GPS对加密点进行测量。一方面，使用双频GPS接收机观测CPⅡ控制网，仪器标称精度应高于5mm+1ppm。另一方面，使用GPS测量方法对CPⅡ加密点进行施测，实际测测量精度、测量等级要求，如表1所示。
表1 CPⅡ加密点GPS测量的技术要求
3.2 点位埋设
完成CPⅡ加密点测量、埋设工作后，应通过三等水准点加密测量的方式，在高速铁路项目的“路基段”“桥梁段”“隧道段”设置“线路水准基点”，同时，确保各路段水准基点的间距不超过2km。在此基础上，建设方可根据高速铁路线上精密测量技术，确定布设CPⅢ控制网的相关要求。
3.2.1 布设CPⅢ控制网
本项目中，CPⅢ的测量方法是自由测站边角交会，纵向网点间距应保持在50～70m一对，横向点间距范围为10～20m。铁路线上路基地段的CPⅢ网点通常会布设在接触网杆基座上。如图1所示。
桥梁段CPⅢ点则需要成对地布设在墩台顶部桥梁固定支座端正上方的防撞墙顶中部，偏差不应大于0.1m。隧道路段中的CPⅢ点往往需要根据施工现场的实际情况，稳定地布设在隧道衬砌上，为后续的无砟轨道施工创造有利条件。
3.2.2 埋设CPⅢ控制点
基于精密控制网测量技术，埋设高速铁路线上的CPⅢ点时，其棱镜组件属于精加工元器件，主要材料为耐腐蚀、防生锈的不锈钢材料制作。本项目中的CPⅢ控制点标志主要有预埋件、棱镜测量杆、水准测量杆、测量棱镜，施工人员应重复安置控制点标志，且X、Y、Z三方向安装时的精度应分别小于0.4mm、0.4mm、0.2mm。
正式埋设CPⅢ控制点时，应将各组件安装在便于测量、稳固的地方。选定CPⅢ控制点埋设点时，可在该位置横向、纵向的钻孔，然后插入CPⅢ控制点的标志预埋件，使用化学凝固剂将其固定在该区域，同时，用白色油漆、红色油漆设置“点号标识”。
3.2.3 CPⅢ控制点埋设方案
（1）路基段。确定CPⅢ控制点后，施工人员可将该点位的预埋件与路基接触网杆共同浇筑，以此提升该点位预埋件的稳定性，并从高速铁路的路基原接触网区域，纵向扩展0.3m，基础埋深应增加0.5m。基础面扩展完毕后，使用规格为φ200mm的PVC管钻入承台，浇筑出直径为0.2m的圆墩柱，使其成为CPⅢ点永久性安装平台。圆墩柱内部可增设钢筋4根，钢筋长度分别为12mm，放置到指定位置后利用钢模进行浇筑工作，让CPⅢ的元器件能够埋入圆墩柱内。监测柱体质量时，若存在“下锚”“拉线”问题，施工人员在扩大基础面时，还应错开该点位的重锤位置。
（2）桥梁段。埋设高速铁路线上桥梁段的CPⅢ控制点时，其埋入位置分别集中在桥梁路段的“简支梁”“连续梁”“大跨连续梁”以及桥梁的特殊结构上。首先，分别在桥梁段32m长简支梁、24m长的简支梁上布设CPⅢ控制点，梁上每2孔应设置2个CPⅢ点，每个CPⅢ点之间的距离通常为64m、48m、56m。简支梁长度为24m时，可结合实际情况，适当的减少CPⅢ控制点，如每3孔布设一对CPⅢ控制点。
其次，普通的连续梁上，CPⅢ控制点往往会设置在桥梁固定端的上面。但不同跨度的连续梁，其CPⅢ控制点的数量、间距会有着明显差异性。通常情况下，连续量跨度保持在50～80m时，一定跨度内应均匀地设置一对及一对以上的CPⅢ点。应用精密控制网测量技术，复测CPⅢ点时，施工人员应全面地复核连续梁段，并确保复测环境与初次施测的环境相同。
最后，高速铁路上桥梁跨度、结构设计的差异性会改变CPⅢ点的布设要求，所以针对跨度非常大的连续梁，以及特殊桥梁结构，施工方需适当地增加CPⅢ点之间的距离，点位的实际距离应小于90m。正是测量时，尽管点位间距过大，但还应在相同的环境参数下测量，测量结束后，尽快铺板，并注意控制点处桥梁荷载的变化。
（3）隧道段。基于高速铁路线上精密控制网测量技术，隧道段内CPⅢ点的布设在强调元器件稳定性的同时，布设方法应参考现场情况。在本项目中，施工人员将埋设点集中在隧道两侧，埋设前提前凿出安装孔，孔径、孔深分别为25mm、60mm。实际开孔位置通常处于铁路轨道外轨的顶面30cm处，相邻CPⅢ点的间距为60m。观测时，施工人员可将元器件插入基座，拧紧螺母，观测结束后，需要使用轴套保护盖盖上该点位。
3.3 控制网的测设
待CPⅡ、CPⅢ点埋设结束，且控制点的技术要求、强度符合预期要求后，施工人员应及时进行控制网测设工作，具体思路如下。
3.3.1 仪器软件制备
使用角度测量精度、测距测量精度分别小于等于±1″、±1mm +2ppm的全站仪标称，以及Leica GPR121高精度金属外壳棱镜作为CPⅢ控制网的测量棱镜，观测CPⅡ、CPⅢ控制点。正是测量前，应提前检验、校对全站仪及其棱镜，确定其在有效检定期后，开始测量控制网。
3.3.2 测量CPⅢ控制网
（1）平面测量CPⅢ控制网。评估高速铁路线下工程质量后，加密、复测全线路段内的CPⅠ、CPⅡ控制网，控制网内各点位合格后，测设CPⅢ控制网测设。具体的测量方法是通过“自由测站边角交会”的方式，分别观测CPⅢ点，测试间距为120m，点位之间的测量间距最大应不超过180m，并且各个点位的测量三个自由测站的方向和距离观测量。为使CPⅢ平面控制网观测工作高效完成，可采用“网形测量”的方式，提升控制点的观测效率，如图2所示。在此过程中，CPⅢ点自由测站的距离为60m，每测站可满足8个CPⅢ点的观测要求。
（2）联测CPⅠ、CPⅡ控制点。平面测量CPⅢ控制网时，施工人员每隔600m还应同时测量一个CPⅠ、CPⅡ控制点，联测CPⅠ、CPⅡ控制点时，平面内各个控制点的观测距离应小于300m。
（3）测量CPⅢ高程控制网。使用棱镜对CPⅢ控制点的高程进行测量，具体测量方法是将棱镜的水准测量杆直接插入套筒内，获得测量数据后减去测量杆的半径值。基于精密控制网测量技术，CPⅢ高程控制网需要应用“单程精密水准”测量技术，采集测量区域内的“水准基点”后，联测三个及以上的水准基点，检核测量精度。为节约测量技术，提升测量效率，本项目采用“矩形法”对CPⅢ高程控制网的水准进行测量。
测量完毕后，建设方可借助铁道部主管部门评审合格的软件，即《铁路工程精密控制网测量数据处理系统》，分别计算高速铁路路段内CPⅢ控制网数据和平差。通常情况下，重叠测量后CPⅢ点的独立平差应小于等于±4.5mm，若测量CPⅢ控制网高程时，施工人员根据“三等水准基点”作为平差起算数据时，严密固定数据的约束平差取位分别为各测站高差0.1mm、高程1mm、往（返）测高差总和0.1mm等。
综上所述，高速铁路作为我国城市交通的重要组成部分，路线本身的舒适性、平顺性尤为重要。因此，为将高速铁路轨道线上的沉降、变形误差控制在标准范围内，还需利用“精密控制网测量技术”，规范地布设CPⅢ控制点，加强CPⅢ控制网的观测，保证我国高速铁路项目中无砟轨道的实际精度，建设符合社会经济建设需求的高质量高速铁路。
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