城市軌道交通工程鋪軌施工測量技術(shù)與方法

徐順明 陳雪豐

(1.廣州市地下鐵道總公司 廣州 510380;2.武漢大學(xué)測繪學(xué)院 武漢 430079)

城市軌道交通工程鋪軌施工測量技術(shù)與方法

徐順明1，2陳雪豐2

(1.廣州市地下鐵道總公司 廣州 510380;2.武漢大學(xué)測繪學(xué)院 武漢 430079)

以廣州地鐵3號線北延段為例，闡述鋪軌基標(biāo)施工測量內(nèi)、外業(yè)工作的重要步驟，介紹所采用的高精度測量儀器、有效的測量方法和保證測量精度的措施。結(jié)果表明，可以保證鋪軌工程測量精度滿足設(shè)計(jì)要求，得出鋪軌測量的有益結(jié)論與建議。

城市軌道交通;鋪軌基標(biāo);測量

軌道交通工程土建施工結(jié)束后往往會有調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要用來調(diào)整土建施工引起的偏差，而軌道工程中測量偏差是無法通過后續(xù)工序來消化和彌補(bǔ)的，造成輕則工程返工、重則報(bào)廢的問題，即使細(xì)小偏差也會給軌道安全帶來永久性的影響;同時(shí)，城市軌道交通安全、平穩(wěn)、舒適性的要求和新工藝性技術(shù)在軌道建設(shè)工程中的運(yùn)用，對鋪軌施工測量工作提出了較高要求。由于地下鐵道的軌道結(jié)構(gòu)采用混凝土整體道床，軌道工程一次定位，幾乎不能再調(diào)整，所以精確地測設(shè)鋪軌基標(biāo)是保證軌道工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 工程概況

廣州軌道交通3號線北延段是廣州北部地區(qū)第一條軌道交通線路，構(gòu)建了從新機(jī)場連接市區(qū)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速交通走廊，是2010年舉辦第16屆廣州亞運(yùn)會承諾的軌道交通線路之一。從3號線的廣州東站向北延伸至機(jī)場北站全長30.9 km，共設(shè)12個(gè)車站，設(shè)計(jì)最高行車速度為120 km/h，全部為地下線。土建工程采用24臺盾構(gòu)機(jī)施工，軌道工程分A、B標(biāo)段，A標(biāo)段采用60 kg/m鋼軌，9號道岔4.6 m間距交叉渡線道岔組合1組，9號單開道岔6組，分別位于同和站、嘉禾站;B標(biāo)段有兩組9號單開道岔5.0 m間距交叉渡線，交叉渡線由4組單開道岔、2組銳角轍叉和2組鈍角轍叉組成的菱形交叉線組成，全部為地下整體道床。工程總投資108億元，已于2010年10月30日開通運(yùn)營。

2 組織架構(gòu)與儀器設(shè)備

2.1 組織架構(gòu)

在項(xiàng)目工程部組織和指導(dǎo)下，測量工作由工程部管理。按1 km為一個(gè)測設(shè)單元，一個(gè)作業(yè)面需要12人組織作業(yè)。全過程分為平面組和高程組:平面組8人，主要擔(dān)任導(dǎo)線復(fù)測、平差，控制基標(biāo)的布設(shè)、放樣、平差;高程組4人，主要負(fù)責(zé)水準(zhǔn)復(fù)測、基標(biāo)高程的調(diào)校、基標(biāo)最終使用時(shí)的技術(shù)交底。

2.2 測量儀器設(shè)備

主要測量儀器設(shè)備見表1。

表1 主要測量儀器設(shè)備

3 測量作業(yè)內(nèi)容

3.1 測量作業(yè)流程

測量作業(yè)流程見圖1。

圖1 測量作業(yè)流程

3.2 控制點(diǎn)的交接和復(fù)測

地下鐵道隧道結(jié)構(gòu)的中線方向、里程、高程等均是由地面引入，為保證隧道內(nèi)的鋪軌精度，要求鋪軌前應(yīng)全面對其檢測，通過貫通測量后，對施工控制點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)整和平差后再設(shè)置基標(biāo)，以保證基標(biāo)的精度。

鋪軌基標(biāo)的測設(shè)依據(jù)為業(yè)主提供的聯(lián)測施工導(dǎo)線點(diǎn)，測量人員持交樁表逐樁核對、交接確認(rèn)。使用經(jīng)過有關(guān)部門檢測合格的全站儀和精密水準(zhǔn)儀，對交接的導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核聯(lián)測。

復(fù)測前根據(jù)已有點(diǎn)位資料計(jì)算轉(zhuǎn)折角、邊長、高差，在現(xiàn)場與實(shí)測結(jié)果相比較，以業(yè)主所提供點(diǎn)位資料的前兩個(gè)施工控制點(diǎn)和最后兩個(gè)施工控制點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)密平差。如若平差結(jié)果滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》規(guī)定的精度，即可利用該導(dǎo)線點(diǎn)測設(shè)鋪軌控制基標(biāo)。復(fù)核聯(lián)測應(yīng)滿足以下要求:

1)平面測量精度要求。①控制點(diǎn)導(dǎo)線測量應(yīng)采用Ⅱ級或以上全站儀左右角各測兩測回，左右角平均值之和與360°較差小于6″，導(dǎo)線邊長測量往返各測兩測回，測回間較差應(yīng)小于5 mm，往返測平均值較差應(yīng)小于4 mm;②數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用嚴(yán)密平差計(jì)算，各相鄰點(diǎn)間縱、橫向中誤差限值:直線段，縱向?yàn)椤?0 mm，橫向?yàn)椤? mm;曲線段，縱向?yàn)椤? mm，曲線段小于60 m時(shí)橫向?yàn)椤? mm，大于60 m時(shí)橫向?yàn)椤? mm;③在直線上其與180°較差不應(yīng)大于8″，曲線折角與相應(yīng)的設(shè)計(jì)較差，中線小于60 m時(shí)不應(yīng)大于20″，點(diǎn)間距大于60 m時(shí)應(yīng)不大于15″。

表2 水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求 m

3.3 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的內(nèi)業(yè)工作

3.3.1 鋪軌基標(biāo)測設(shè)位置的確定

根據(jù)鋪軌綜合設(shè)計(jì)圖，利用調(diào)整好的施工控制導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)測設(shè)鋪軌基標(biāo)。鋪軌基標(biāo)測設(shè)時(shí)，應(yīng)首先測設(shè)控制基標(biāo)，而后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)和道岔基標(biāo)?？刂苹鶚?biāo)在直線線路每120 m設(shè)置1個(gè)，曲線線路除曲線元素點(diǎn)設(shè)置控制基標(biāo)外，還應(yīng)每60 m設(shè)置1個(gè)。直線線路設(shè)置在線路中線的右側(cè)，曲線線路設(shè)置在線路外股一側(cè)，道岔鋪軌基標(biāo)一般設(shè)置在直股和曲股的兩側(cè)。加密基標(biāo)在直線線路每6 m設(shè)置1個(gè)、曲線線路每5 m設(shè)置1個(gè)，加密基標(biāo)在直線、曲線、道岔均設(shè)置在線路外側(cè)。

3.3.2 鋪軌基標(biāo)坐標(biāo)及高程的計(jì)算

為滿足實(shí)際需要，采用統(tǒng)一坐標(biāo)系下不受線性限制的復(fù)合辛普森公式作為計(jì)算鋪軌基標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，在設(shè)有豎曲線地段采用不受坡度和半徑大小影響的嚴(yán)密公式作為計(jì)算豎曲線高程的數(shù)學(xué)模型，并以此編寫程序計(jì)算鋪軌基標(biāo)的坐標(biāo)和高程。

3.4 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的外業(yè)工作

3.4.1 鋪軌基標(biāo)測設(shè)的基本原則

由于地鐵施工時(shí)車站控制點(diǎn)一般從地面直接投測，精度比較高，加之車站線路一般為直線，線路與站臺間距限差要求較高，不宜在車站進(jìn)行線路調(diào)整。因此在基標(biāo)測設(shè)中，堅(jiān)持“車站不動，調(diào)整區(qū)間”的原則，以“兩站一區(qū)間”為鋪軌單位，進(jìn)行鋪軌基標(biāo)測設(shè)。

3.4.2 鋪軌基標(biāo)的布置

根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)類型和施工需要，控制基標(biāo)與加密基標(biāo)具體布置主要按坐標(biāo)實(shí)測法進(jìn)行測設(shè)。鋪軌控制基標(biāo)(銅制基標(biāo))和加密基標(biāo)(普通基標(biāo))設(shè)置在結(jié)構(gòu)底板上，首先在結(jié)構(gòu)底板進(jìn)行鉆孔植筋，包封混凝土，埋設(shè)控制基標(biāo)，然后采用實(shí)測法進(jìn)行測量，并計(jì)算數(shù)據(jù)。用紅油漆在地面標(biāo)明其點(diǎn)位且在側(cè)墻上標(biāo)識出相應(yīng)的里程，同時(shí)采用全站儀三角高程法測定點(diǎn)位高程，以此對軌道設(shè)計(jì)高程、方向相比較計(jì)算出基標(biāo)樁與軌頂?shù)母卟詈偷戒撥墐?nèi)側(cè)的距離，達(dá)到調(diào)整軌道的目的，基標(biāo)結(jié)構(gòu)和布置見圖2、圖3。

3.4.3 控制基標(biāo)的測設(shè)

圖3 整體道床控制基標(biāo)設(shè)置

由于3號線北延段隧道是以車站和區(qū)間分段施工，所以測量控制基標(biāo)也要分段分批測放。鋪軌控制基標(biāo)的測設(shè)是以“兩站一區(qū)間”為測設(shè)單位，主要采用全站儀坐標(biāo)實(shí)測法(見圖4)?？刂苹鶚?biāo)的測設(shè)精度直接影響加密基標(biāo)的測設(shè)精度，故放樣控制基標(biāo)應(yīng)注意:每放樣一個(gè)控制基標(biāo)，必須進(jìn)行儀器歸零檢核，歸零誤差應(yīng)在限差之內(nèi)，否則重新放樣。計(jì))，角度與邊長不能滿足限差要求時(shí)，則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)線測量，直至滿足要求為止。

圖4 控制基標(biāo)布置

控制基標(biāo)埋設(shè)完成后，應(yīng)對其進(jìn)行檢測，檢測內(nèi)容、方法與各項(xiàng)限差需滿足:檢測控制基標(biāo)間夾角時(shí)，其左、右角各測兩測回，左右角平均值之和與360°較差應(yīng)小于6″，距離往返觀測各兩測回，測回較差及往返較差應(yīng)小于5 mm;直線段控制基標(biāo)間的夾角與180°較差應(yīng)小于8″，實(shí)測距離與設(shè)計(jì)距離較差應(yīng)小于10 mm，曲線段控制基標(biāo)間夾角與設(shè)計(jì)值較差計(jì)算出的線路橫向偏差應(yīng)小于2 mm;在地下施工控制水準(zhǔn)點(diǎn)間，應(yīng)布設(shè)附和水準(zhǔn)路線測定每個(gè)控制基標(biāo)的高程，其實(shí)測值與設(shè)計(jì)值較差應(yīng)小于2 mm。

3.4.4 加密基標(biāo)的測設(shè)

由于一條線路將埋設(shè)大量的鋪軌基標(biāo)，因此測設(shè)鋪軌基標(biāo)時(shí)必須采用分段控制、中間加密的方法，即先測設(shè)控制基標(biāo)，然后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)。加密基標(biāo)測設(shè)時(shí)等距不等高，只是其測設(shè)依據(jù)為已經(jīng)精確測設(shè)的控制基標(biāo)。以控制基標(biāo)間的方向，按加密基標(biāo)的里程，在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)。加密基標(biāo)的高程依據(jù)控制基標(biāo)高程用精密水準(zhǔn)儀測定。

直線每6 m一個(gè)加密基標(biāo)平面位置和高程測定的限差符合下列要求:

縱向，相鄰基標(biāo)間縱向距離誤差為5 mm;橫向，加密基標(biāo)偏離兩控制基標(biāo)間方向線距離為±2 mm;高程，相鄰加密基標(biāo)實(shí)測高差與設(shè)計(jì)高差較差不應(yīng)大于1 mm，每個(gè)加密基標(biāo)的實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程不應(yīng)大于2 mm。

曲線每5 m一個(gè)加密基標(biāo)平面位置和高程測定的限差應(yīng)符合下列要求:

縱向，曲線加密基標(biāo)間縱向距離允許誤差為±5 mm;橫向:加密基標(biāo)相對于控制基標(biāo)的橫向偏距不應(yīng)大于2 mm;高程，相鄰加密基標(biāo)實(shí)測高差與設(shè)計(jì)高差較差不應(yīng)大于1 mm，每個(gè)加密基標(biāo)的實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程不應(yīng)大于2 mm。

3.4.5 道岔基標(biāo)的測設(shè)

地鐵線路道岔有單開道岔、交叉渡線道岔組合，對這些道岔的鋪軌基標(biāo)測設(shè)應(yīng)根據(jù)道岔鋪軌基標(biāo)圖進(jìn)行。測設(shè)時(shí)可先對道岔的岔心、交點(diǎn)、主線和側(cè)線進(jìn)行測設(shè)，然后根據(jù)鋪軌基標(biāo)與上述各線路中線和交點(diǎn)的關(guān)系，利用控制基標(biāo)直接測設(shè)，同樣以精密水準(zhǔn)測量方法確定其高程。

岔區(qū)基標(biāo)一般測設(shè)在線路一側(cè)(見圖5)，但各種類型道岔的控制和加密基標(biāo)位置各異，而且它的位置

鋪軌控制基標(biāo)的測設(shè)包括3個(gè)步驟:①根據(jù)現(xiàn)場方便施工需要，采用全站儀坐標(biāo)實(shí)測法測設(shè)控制基標(biāo)，精度滿足施工要求;②控制基標(biāo)埋設(shè)完成后，應(yīng)對測設(shè)單位的控制基標(biāo)進(jìn)行串線測量，主要檢測控制基標(biāo)間角度、邊長、高差等幾何關(guān)系是否滿足施工要求;③鋪軌控制基標(biāo)的高程則利用施工控制水準(zhǔn)點(diǎn)測定，其觀測方法和限差同精密水準(zhǔn)測量。

控制基標(biāo)測設(shè)往往進(jìn)行多次，控制基標(biāo)高程及其之間的水準(zhǔn)測量技術(shù)要求按二等水準(zhǔn)測量進(jìn)行施測，水準(zhǔn)網(wǎng)閉合差小于8(L為水準(zhǔn)路線長度，以km隨設(shè)計(jì)圖、施工方法與機(jī)具而變化。另外，道岔岔心定位及道岔結(jié)構(gòu)各元素點(diǎn)相對精度要求高，而且自成一體。因此，在基標(biāo)測設(shè)前首先要研究基標(biāo)設(shè)計(jì)圖，然后確定測設(shè)步驟。

圖5 岔區(qū)基標(biāo)布置

加密基標(biāo)、道岔鋪軌基標(biāo)經(jīng)自檢滿足規(guī)范要求后，立即上報(bào)監(jiān)理工程師檢測。當(dāng)鋪軌基標(biāo)檢測合格后，方可根據(jù)鋪軌基標(biāo)鋪設(shè)軌道、灌注混凝土整體道床。至此，鋪軌基標(biāo)的測設(shè)工作全部完成。

4 測量保證措施

1)測量工作必須堅(jiān)持復(fù)核制，執(zhí)行有關(guān)測量技術(shù)規(guī)范，按照規(guī)范技術(shù)要求進(jìn)行測量設(shè)計(jì)、作業(yè)和檢測，保證各項(xiàng)測量成果的精度和可靠性。

2)測量記錄資料應(yīng)真實(shí)、準(zhǔn)確、工整，測量原始記錄必須現(xiàn)場同步作出，嚴(yán)禁事后補(bǔ)記，原始資料不允許涂改，不合格的應(yīng)當(dāng)補(bǔ)測或重測。

3)測量的外業(yè)工作必須有多余觀測，并構(gòu)成檢核條件;內(nèi)業(yè)工作應(yīng)堅(jiān)持兩人獨(dú)立平行計(jì)算和相互檢核。

4)利用已知點(diǎn)(包括控制點(diǎn)、方向點(diǎn)、高程點(diǎn))進(jìn)行引測、加密點(diǎn)位和工程放樣前，必須堅(jiān)持先檢測后利用的原則。

5)控制基標(biāo)測設(shè)完成以后，需兩組測量人員交換獨(dú)立進(jìn)行外業(yè)復(fù)測，復(fù)測時(shí)需通知駐地測量監(jiān)理旁站記錄。

6)測量儀器在施工前必須送到專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)鑒定，保證鑒定合格證書齊全，由專人保管，測量儀器日常應(yīng)有專人保管，并做好日常養(yǎng)護(hù)。

7)為保證隧道內(nèi)的鋪軌精度，要求鋪軌前應(yīng)全面檢測，通過貫通測量后，對施工控制點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)整和平差后，再設(shè)置基標(biāo)，以保證基標(biāo)的精度。

5 結(jié)論與建議

1)軌道工程測量的主要工作是鋪軌基標(biāo)測量，其實(shí)質(zhì)是按照設(shè)計(jì)線路和鋪軌綜合設(shè)計(jì)圖的要求，以一定的間隔，在線路中線或其一側(cè)測設(shè)具有精確平面坐標(biāo)和高程的標(biāo)志，作為鋪軌的平面和高程依據(jù)。通過采用上述方法和措施，本工程測量滿足了鋪軌設(shè)計(jì)的精度要求。

2)在軌道工程測量工作中精度高、難度大的工作是控制基標(biāo)的測設(shè)，而控制基標(biāo)的測設(shè)關(guān)鍵是歸化改正。

3)由于一條線路將埋設(shè)大量的鋪軌基標(biāo)，因此測設(shè)鋪軌基標(biāo)時(shí)必須采用分段控制、中間加密的方法，即先測設(shè)控制基標(biāo)，然后在控制基標(biāo)間測設(shè)加密基標(biāo)，這樣才能保證每一個(gè)鋪軌基標(biāo)的精度達(dá)到規(guī)范要求。

4)測設(shè)控制基標(biāo)時(shí)，從一個(gè)測設(shè)單位附合至下一測設(shè)單位時(shí)，全長閉合差必須滿足規(guī)范要求，并要注意與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，特別注意在車站內(nèi)完成基標(biāo)測設(shè)后應(yīng)檢查基標(biāo)與站臺之間的距離，避免軌道侵限。

［1］GB 50308—2008城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［3］廣州市軌道交通三號線北延段軌道工程總承包項(xiàng)目測量方案［R］.廣州，2009.

［4］袁寬瑤，薛育山.對加密基標(biāo)布設(shè)的一點(diǎn)建議［J］.都市快軌交通，2003(3):22-23.

［5］季明康，余興建.淺談城市軌道鋪軌工程的測量監(jiān)理［J］.廣東建材，2007(3):84-86.

［6］程政.上海軌道交通2號線西延伸段地下軌道施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(9):22-25.

Techniques and Methods of Track-laying Surveying for Urban Rail Transit Projects

Xu Shunming1，2Chen Xuefeng2
(1.Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510380;2.School of Surveying and Mapping，Wuhan University，Wuhan 430079)

Abstract:Taking the north extension section of Guangzhou metro Line 3 as an example，the article describes the important steps in the home and field work for establishing the base standard for track-laying and introduces the adopted precise measuring instruments，measurement methods and effective measures to ensure measurement accuracy.Results indicated that precision of a track-laying project was ensured to meet the design requirements. Conclusions and recommendations for track-laying were obtained.

Key words:urban rail transit;base standard for track-laying;measurement

U231

A

1672-6073(2012)02-0079-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2012.02.020

收稿日期:2011-07-18

2011-07-30

作者簡介:徐順明，男，在讀工程碩士，高級工程師，從事地鐵工程施工測量及測量技術(shù)管理，xushunming@gzmtr.com

(編輯:郝京紅)