高明強(qiáng)

摘 要：通過CPⅢ平面控制網(wǎng)測量大量實(shí)測數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)變形理論分析，證明了橋梁上CPⅢ平面控制網(wǎng)受結(jié)構(gòu)溫度變形較大，特別是不同時(shí)間段CPⅢ網(wǎng)段搭接測量和特殊大跨連續(xù)梁的CPⅢ測量坐標(biāo)偏差較大。為了消除或減小結(jié)構(gòu)變形對(duì)CPⅢ平面控制網(wǎng)精度的影響，采取必要解決方案，滿足CPⅢ平面控制網(wǎng)測量和使用精度，滿足高速鐵路無砟軌道施工和運(yùn)營維護(hù)需要。

關(guān)鍵詞：CPⅢ平面控制網(wǎng)；變形分析；解決方法

中圖分類號(hào)： U212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-155-3

1 概述

哈齊客專是黑龍江省省會(huì)哈爾濱市至齊齊哈爾市之間的高速鐵路客運(yùn)專線的簡稱，是國家“十二五”規(guī)劃的重點(diǎn)工程，是黑龍江省第一條省內(nèi)城際間客運(yùn)專線，是《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)中京哈客運(yùn)專線的重要組成部分。全省年平均氣溫多在-5℃～5℃之間，由南向北降低，四季分明，氣溫月際變化強(qiáng)烈，一般在8～10℃左右，這種溫度的變化對(duì)鐵路建設(shè)后期線上軌道控制網(wǎng)測量的精度產(chǎn)生一定的影響。

CPⅢ軌道控制網(wǎng)測量為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)，采用多測回自由設(shè)站邊角交會(huì)的方法進(jìn)行測量，具有外業(yè)測量精度要求高，對(duì)外界環(huán)境要求高的特點(diǎn)。測量過程貫穿于整個(gè)無砟軌道施工過程中，由于外界環(huán)境和施工的影響，CPⅢ平面控制網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生變形，特別是連續(xù)梁和搭接段落由于變形造成復(fù)測成果超限。

本文主要分析橋梁上CPⅢ測量，由于橋梁變形引起 CPⅢ平面控制網(wǎng)的變形，通過變形原因分析從而提出測量解決方法。

2 CPⅢ平面控制網(wǎng)變形分析

2.1 CPⅢ平面控制網(wǎng)測量方法

CPⅢ平面控制測量采用自由設(shè)站邊角交會(huì)方法施測，每站以2×3對(duì)點(diǎn)為測量目標(biāo)，測量時(shí)應(yīng)保證每個(gè)點(diǎn)至少在不同的測站上被測量3次，觀測距離不超過180m。

CPⅢ平面網(wǎng)應(yīng)附合于CPⅡ控制點(diǎn)上，每600m左右應(yīng)聯(lián)測一個(gè)CPⅡ加密控制點(diǎn)，加密控制網(wǎng)埋設(shè)于橋梁固定支座正上方防撞墻頂部，采用GPS 測量。CPⅢ平面網(wǎng)與上一級(jí)CPⅡ控制點(diǎn)聯(lián)測時(shí)，應(yīng)至少通過3個(gè)連續(xù)的自由測站或3個(gè)以上CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測距離不超過180m。一般 CPⅢ測量布網(wǎng)形式示意圖見圖1。

2.2 CPⅢ平面控制網(wǎng)變形分析

2.2.1 溫度變形影響分析

CPⅢ標(biāo)志一般埋設(shè)于梁體固定端防撞墻上，固定端設(shè)置1個(gè)固定支座，一個(gè)活動(dòng)支座，由于溫度不同， 梁體會(huì)產(chǎn)生收縮變形，CPⅢ標(biāo)志以固定支座為中心產(chǎn)生橫向變形。由于 CPⅢ標(biāo)志到固定支座距離大小不等， 固定支座上方標(biāo)志移動(dòng)量較小，活動(dòng)端支座移動(dòng)量較大。還有梁體上下溫度不一致造成彎曲變形，以兩支座為中心活動(dòng)，距離較短，對(duì)坐標(biāo)和高程影響較小，可不考慮。梁體CPⅢ標(biāo)志溫度變形示意圖見圖2。

2.2.2 溫度變化引起橫向變形計(jì)算

計(jì)算公式：Δlt=（Tmax-Tmin）××L

式中，Δlt：溫度變化之伸縮量；

Tmax：測量較高溫度；

Tmin：測量較低溫度；

：線膨脹系數(shù)；

L：伸縮梁長度。

一般設(shè)計(jì)時(shí)線膨脹系數(shù)可按表1數(shù)據(jù)參考選用：

2.2.3 簡支梁上CPⅢ標(biāo)志橫向溫度變形計(jì)算示例

以溫度變化 20℃為例計(jì)算：

左側(cè) CPⅢ標(biāo)志位移：

Δlt1=20×10×10-6×（2300+4600）=-1.38mm

右側(cè) CPⅢ標(biāo)志位移：Δlt2=20×10×10-6×2300=0.46mm

兩標(biāo)志相對(duì)位移：Δlt=Δlt2-Δlt1=1.84mm

2.2.4 連續(xù)梁上CPⅢ標(biāo)志縱向溫變形計(jì)算示例

連續(xù)梁多跨為一個(gè)整體，只有一個(gè)主墩設(shè)置一個(gè)固定支座，會(huì)出現(xiàn)CPⅢ標(biāo)志埋設(shè)于活動(dòng)支座或大跨連續(xù)梁跨中上方防撞墻頂，收縮變形較大，以 64m連續(xù)梁溫度變化20℃為例計(jì)算縱向變形量：Δlt=20×10×10-6×64×1000=12.8mm

從計(jì)算結(jié)果看連續(xù)梁CPⅢ標(biāo)志位移隨溫度和跨度變化，變形較大，使用時(shí)要特別注意。

3 CPⅢ測量變形分析

3.1 直接計(jì)算搭接段坐標(biāo)比較

根據(jù)不同時(shí)間段測量的成果比較，可以發(fā)現(xiàn)控制網(wǎng)存在溫度變化引起的變形，對(duì)兩段數(shù)據(jù)單獨(dú)計(jì)算，比較搭接段測量成果坐標(biāo)偏差，如下表2：

從表3-1可以看出，溫度差異 21℃左右，單號(hào)點(diǎn)左側(cè)活動(dòng)支座端偏差較大，雙號(hào)點(diǎn)右側(cè)固定支座端偏差較小，與分析結(jié)果基本一致。

將上面兩段測量搭接段坐標(biāo)展繪在圖上，可以看出二段點(diǎn)位基本按照分析情況向外橫向發(fā)生位移。具體位移詳見圖3。

3.2 搭接計(jì)算成果分析

第二段平差計(jì)算分別采用直接計(jì)算和搭接計(jì)算平差，其中搭接計(jì)算分兩種情況進(jìn)行，采用上段一對(duì)共用點(diǎn)和單側(cè)固定支座上方兩個(gè)點(diǎn)做約束平差。各種方法平差計(jì)算后，各項(xiàng)精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)詳見表3。

從表3中可以看出采用點(diǎn)對(duì)搭接約束平差會(huì)出現(xiàn)方向改正數(shù)較大，最大為 7.94″，精度指標(biāo)超過與已知點(diǎn)聯(lián)測 4″的限差要求。其余方向觀測值殘差圖如圖4。

若采用端頭單側(cè)兩個(gè)固定支座上測點(diǎn)進(jìn)行約束平差，由于固定支座上方測點(diǎn)位移較小，故約束平差后各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足要求。

3.3 連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)梁上CPⅢ坐標(biāo)復(fù)測成果比較

以40m+64m+40m 連續(xù)梁為例，測量溫度相差15℃在右時(shí)復(fù)測與原測坐標(biāo)比較成果見表4。

從表3-3可看出活動(dòng)支座上CPⅢ復(fù)測坐標(biāo)與原測坐標(biāo)差比較較大，連續(xù)梁外側(cè)固定端復(fù)測坐標(biāo)也有影響，坐標(biāo)較差偏大，特別是固定端活動(dòng)支座上CPⅢ復(fù)測坐標(biāo)偏差超過3mm。

3.4 驗(yàn)證結(jié)論

通過實(shí)例驗(yàn)證了溫度變化對(duì) CPⅢ平面控制網(wǎng)穩(wěn)定性影響較大，溫度變化較大時(shí)，控制網(wǎng)變形較大，相鄰測段不同時(shí)間段搭接測量時(shí)橫向變形對(duì)搭接精度的影響較大，特別是大跨連續(xù)梁的伸縮變形導(dǎo)致CPⅢ平面控制網(wǎng)變形很大，給CPⅢ測量和使用帶來很大困難。

4 解決方案

為消除或減小梁體溫度變形對(duì)CPⅢ平面控制網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，在CPⅢ測量和使用時(shí)可以采取以下措施：

①盡量縮短相鄰段CPⅢ測量時(shí)間，測量時(shí)選擇在夜間或陰天等比較良好的天氣狀況，減小溫度變化對(duì)控制網(wǎng)相鄰網(wǎng)段搭接測量影響。

②相鄰段落搭接測量約束時(shí)應(yīng)選用端頭至少1對(duì)固定支座上的CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行約束，減少溫度變形對(duì)測量精度影響。

③在軌道板鋪設(shè)、軌道檢測等關(guān)鍵工序施工前要進(jìn)行CPⅢ復(fù)測。

④對(duì)于大跨連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)CPⅢ測量時(shí)，整個(gè)段落要在較短的同一段時(shí)間、同一溫度、環(huán)境下進(jìn)行測量。

⑤大跨連續(xù)梁軌道板鋪設(shè)和軌道基準(zhǔn)網(wǎng)測量的時(shí)間段要盡量與測量CPⅢ的時(shí)間、溫度、環(huán)境一致。如果使用與測量時(shí)間相隔較長，溫度變化較大，可采用連續(xù)梁兩邊相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)進(jìn)行局部測量修正，減小溫度變形影響。

⑥根據(jù)實(shí)測梁體溫度及伸長量，比較準(zhǔn)確地推算出梁體線膨脹系數(shù)，然后根據(jù)使用時(shí)和測量時(shí)溫差，計(jì)算出使用時(shí)CPⅢ變形量，根據(jù)坐標(biāo)方位角實(shí)時(shí)修正CPⅢ坐標(biāo)。此方案適用于溫度變化較大，使用頻次較高的大跨連續(xù)梁。

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)分析驗(yàn)證了溫度變形對(duì)橋梁CPⅢ軌道控制網(wǎng)變形影響，特別是不同時(shí)間段 CPⅢ網(wǎng)段搭接測量和特殊大跨連續(xù)梁的CPⅢ測量坐標(biāo)偏差較大。為消除或減小梁體溫度變形對(duì)橋梁 CPⅢ平面控制網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，提出了具體的解決方案，滿足CPⅢ平面控制網(wǎng)測量和使用精度，為高速鐵路無砟軌道施工和運(yùn)營維護(hù)提供可靠的控制基準(zhǔn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李揚(yáng)海，等.公路橋梁伸縮裝置[M].北京：人民交通出版社，2006.2.

[2] 哈齊鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司.新建鐵路哈齊鐵路客運(yùn)專線軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）測量技術(shù)方案.2013.3.

[3] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.高速鐵路工程測量規(guī)范TB10601-2009[S].北京：中國鐵道出版社，2010.1.

[4] 中華人民共和國鐵道部.客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南.鐵建設(shè)[2006]158號(hào).