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      運(yùn)營(yíng)地鐵線路局部調(diào)線調(diào)坡段測(cè)量方法探討

      2017-02-28 19:05:46朱茂國(guó)李世海
      中國(guó)建筑科學(xué) 2016年11期
      關(guān)鍵詞:精度分析

      朱茂國(guó)++李世海

      摘 要:為實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)地鐵線路局部地段在無(wú)測(cè)量控制基準(zhǔn)情況下進(jìn)行高精度調(diào)線調(diào)坡測(cè)量這一難題,通過(guò)具體的地下線路調(diào)線調(diào)坡測(cè)量工程實(shí)例,分別從測(cè)量方法及實(shí)測(cè)精度評(píng)定兩方面進(jìn)行闡述,驗(yàn)證采用獨(dú)立系統(tǒng)技術(shù)方法的可行性,同時(shí)提出幾點(diǎn)建議供參考。

      關(guān)鍵詞:運(yùn)營(yíng)線路; 調(diào)線調(diào)坡測(cè)量; 獨(dú)立坐標(biāo)系; 精度分析

      引 言

      鋪軌控制基標(biāo)的高質(zhì)量測(cè)設(shè)、保護(hù)與合格移交是鋪軌作業(yè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),但因地鐵工程建設(shè)中的鋪軌作業(yè)往往時(shí)間緊、任務(wù)重、交叉施工等原因,軌道鋪設(shè)后的控制基標(biāo)破壞嚴(yán)重且未及時(shí)補(bǔ)設(shè)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,導(dǎo)致“軌通”后期因線路周邊環(huán)境改變、列車振動(dòng)等因素影響,在需要對(duì)線路調(diào)整時(shí)無(wú)法提供測(cè)量控制基準(zhǔn)。本文結(jié)合某運(yùn)營(yíng)地鐵區(qū)間,因旁側(cè)基坑開(kāi)挖對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵段軌道變形的影響,提出在獨(dú)立系統(tǒng)下進(jìn)行既有線路調(diào)線調(diào)坡測(cè)量的內(nèi)外業(yè)實(shí)施方法,該方法和結(jié)論為地鐵管理者及類似工程測(cè)量提供參考借鑒。

      1.工程簡(jiǎn)介

      某地鐵下行線因臨近基坑放坡開(kāi)挖施工,造成約450米隧道道床結(jié)構(gòu)發(fā)生水平及隆起變形,其中約250米隆起變形較嚴(yán)重,道床隆起量最大值達(dá)8.8mm。在采取車輛限速、基坑回填、跟蹤監(jiān)測(cè)等一系列安全保證措施后需對(duì)該段約750米范圍道床進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡。

      該段三站兩區(qū)間小里程約1200米連續(xù)直線,大里程方向緊接350米小半徑曲線,250米較嚴(yán)重變形區(qū)均在直線段,兩端緊接約250米測(cè)量范圍,其中大里程端約80米位于小半徑曲線段,見(jiàn)圖1。

      設(shè)計(jì)要求對(duì)該段進(jìn)行實(shí)際線路中心線平面坐標(biāo)及兩軌面平均高程(以下統(tǒng)稱“碎部點(diǎn)”)測(cè)量,變形較嚴(yán)重區(qū)域測(cè)量斷面2米一處,其余范圍測(cè)量斷面6米一處,測(cè)量資料用于調(diào)線調(diào)坡依據(jù)。

      2.測(cè)量設(shè)計(jì)及實(shí)施

      遵循“先控制,后碎部”的原則,在獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)下先完成控制測(cè)量,而后進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量。

      2.1 點(diǎn)位埋設(shè)方法

      2.1.1控制點(diǎn)位埋設(shè)

      平面及高程測(cè)量控制點(diǎn)共用同一點(diǎn)位,直線段間距約120米,曲線段間距不小于60米, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,埋設(shè)控制點(diǎn)位10個(gè),盡量位于同一直線上,由小里程向大里程方向依次編號(hào)Z1~Z10(Z代表左線),其中Z1、Z2、Z9、Z10分別位于測(cè)量范圍外穩(wěn)定區(qū), Z2、Z8均為左右軌道精確分中點(diǎn),分別位于穩(wěn)定直線段和靠近小半徑曲線的相對(duì)穩(wěn)定直線段,見(jiàn)圖1。

      2.1.2 碎部點(diǎn)標(biāo)記

      為精確測(cè)量軌道中心坐標(biāo),首先對(duì)軌距進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)精確測(cè)量并分中,線路中心線平面測(cè)量同步進(jìn)行,于道床上現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記出測(cè)量對(duì)應(yīng)位置,見(jiàn)圖2。

      2.2 線路中心線平面施測(cè)方法

      2.2.1 平面控制測(cè)量

      現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用徠卡TCR1201+全站儀及配套精密對(duì)點(diǎn)器,經(jīng)溫度、氣壓改正后按照四等導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求實(shí)施,依次聯(lián)測(cè)Z1~Z10號(hào)控制點(diǎn),同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢核確定Z2或Z8控制點(diǎn)地鐵里程。

      內(nèi)業(yè)處理結(jié)合該段線路設(shè)計(jì)平面圖通過(guò)“2次建立獨(dú)立坐標(biāo)系、3次內(nèi)業(yè)平差”求出各控制點(diǎn)位在獨(dú)立坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)及地鐵里程,具體如下:

      1)第一次建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng):假定Z2(X=0,Y=0),αZ2~Z1=180°0′0″,計(jì)算其余控制點(diǎn)坐標(biāo)值,坐標(biāo)反算出Z2~Z8控制點(diǎn)間距離L;

      2)第二次建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng):假定Z2(X=里程,Y=0),αZ2~Z8=設(shè)計(jì)圖中直線方位角,組成Z2至Z8無(wú)定向?qū)Ь€及局部支導(dǎo)線,求出各控制點(diǎn)二次坐標(biāo)值;

      3)第三步內(nèi)業(yè)計(jì)算:固定Z1~Z2、Z9~Z10的二次坐標(biāo)值,其余控制點(diǎn)作為導(dǎo)線轉(zhuǎn)點(diǎn)組成附合導(dǎo)線重新平差計(jì)算各控制點(diǎn)坐標(biāo)值作為最終采用值。

      2.2.2 平面碎部點(diǎn)測(cè)量

      在獨(dú)立坐標(biāo)系下,采用坐標(biāo)法測(cè)量?jī)煽刂泣c(diǎn)間標(biāo)記的碎部點(diǎn),在交叉部位應(yīng)保證有3~5個(gè)重合碎部點(diǎn)以便校核。測(cè)量方法以直線段為例,見(jiàn)圖2:

      內(nèi)業(yè)處理通過(guò)CASS繪圖軟件將全部控制點(diǎn)和碎部點(diǎn)展點(diǎn)至線路設(shè)計(jì)平面圖,所有點(diǎn)位以Z2或Z8控制點(diǎn)里程為基準(zhǔn)與線路設(shè)計(jì)平面圖對(duì)接,查看實(shí)際線路中心線位置與原設(shè)計(jì)線路關(guān)系,并在線路設(shè)計(jì)平面圖中量取各碎部點(diǎn)地鐵里程。

      圖2 直線段平面碎部點(diǎn)測(cè)量示意圖

      Fig.2 Diagram of measurement to line plane detail point

      2.3 軌面高程施測(cè)方法

      2.3.1 高程控制測(cè)量

      現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用徠卡NA2+GPM3光學(xué)水準(zhǔn)儀,以控制點(diǎn)Z1作為起算基準(zhǔn),嚴(yán)格按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè),準(zhǔn)確測(cè)得Z2~Z10控制點(diǎn)間高差值。

      內(nèi)業(yè)處理假定Z1控制點(diǎn)高程為20.000m,支水準(zhǔn)路線求算出Z2~Z10控制點(diǎn)相對(duì)高程值作為高程使用值,以后該段的高程測(cè)量工作可以以Z2~Z9作為附合水準(zhǔn)路線起算點(diǎn),Z1、Z10作為高程檢核點(diǎn)。

      2.3.2 軌面高程碎部測(cè)量

      依次測(cè)量軌道平面碎部點(diǎn)對(duì)應(yīng)的左、右軌同一里程位置高程值,高程計(jì)算起閉于各高程控制點(diǎn)。

      3.實(shí)測(cè)精度分析

      由于高程控制測(cè)量及碎部測(cè)量均按照二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測(cè),精度較高可滿足設(shè)計(jì)要求,下面主要對(duì)平面控制測(cè)量及碎部測(cè)量精度進(jìn)行分析。在不考慮儀器設(shè)備對(duì)點(diǎn)誤差及照準(zhǔn)誤差影響前提下,實(shí)測(cè)精度分析設(shè)計(jì)如下:

      3.1 平面控制測(cè)量精度分析

      1)第一步采用支導(dǎo)線平差的方法,精度評(píng)定如下:

      由Z2點(diǎn)支導(dǎo)線測(cè)量Zn點(diǎn)時(shí),Zn點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法見(jiàn)3-1式:

      (3-1)

      任一邊坐標(biāo)方位角是所測(cè)角度的函數(shù):

      -所測(cè)導(dǎo)線各左角;

      —導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角;

      —起始邊的坐標(biāo)方位角;

      根據(jù)誤差傳播定律可得終點(diǎn)n的坐標(biāo)誤差為:

      (3-2)

      進(jìn)一步化簡(jiǎn)為:

      (3-3)

      —導(dǎo)線各角的測(cè)角中誤差

      —導(dǎo)線各邊的測(cè)邊中誤差

      —導(dǎo)線終點(diǎn)n與各導(dǎo)線點(diǎn)i連線在x軸投影

      —導(dǎo)線終點(diǎn)n與各導(dǎo)線點(diǎn)i連線在y軸投影

      將n=6代入到式(3-3)可得Z8點(diǎn)(z是從3開(kāi)始編號(hào)的)的中誤差。

      至此,第一步精度評(píng)定完畢,并將Z8點(diǎn)作為第二步無(wú)定向?qū)Ь€平差的控制點(diǎn)。

      2)第二步采用無(wú)定向?qū)Ь€平差的方法,精度評(píng)定如下:

      由第一步中求得的Z8點(diǎn)坐標(biāo)(X8、Y8)可反算出Z2與Z8間的距離L,從而求得L的誤差方程(注:假定Z2點(diǎn)作為無(wú)誤差的起算點(diǎn)):

      (3-5 )

      (3-6)

      由式(3-5 )及(3-6)即可得Z8點(diǎn)的誤差方程,其中XZ2、YZ2為已知坐標(biāo)值,為Z2至Z8的真實(shí)方位角。

      然后參照第一步支導(dǎo)線精度評(píng)定的方法,即可對(duì)在Z2點(diǎn)設(shè)站測(cè)量Z1點(diǎn)及在Z8點(diǎn)設(shè)站測(cè)量Z9、Z10點(diǎn)位的精度進(jìn)行評(píng)定。并將Z1、Z2、Z9、Z10作為第三步內(nèi)業(yè)平差控制點(diǎn)。

      3)第三步采用附和導(dǎo)線間接平差的方法,精度評(píng)定如下:

      (3-7)

      ;; (3-8)

      由(3-7)及(3-8)式,可得:

      實(shí)測(cè)結(jié)果如下:

      3.2 平面碎部點(diǎn)測(cè)量精度分析

      由控制點(diǎn)設(shè)站,測(cè)量碎部點(diǎn),計(jì)算公式如下:

      (3-9)

      其中X2、Y2為待求碎部點(diǎn)坐標(biāo),X1、Y1為控制點(diǎn)坐標(biāo),S為設(shè)站點(diǎn)至碎部點(diǎn)距離,根據(jù)誤差傳播定律對(duì)3-9式求導(dǎo)可得:

      (3-10)

      S按照75米計(jì),按照180°0′0″或0°0′0″計(jì),取=75*1/60000=0.00125m,=1.8″,和按表1所示最弱點(diǎn)Z5對(duì)應(yīng)精度值計(jì),則最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差計(jì)算結(jié)果如下:

      本次調(diào)線調(diào)坡實(shí)測(cè)精度滿足設(shè)計(jì)部門(mén)要求,可作為本段線路調(diào)線調(diào)坡依據(jù)。經(jīng)跟蹤觀察,線路調(diào)整后列車能夠按照原設(shè)計(jì)速度平穩(wěn)行駛。

      4.注意要點(diǎn)

      4.1 軌道分中問(wèn)題

      1)本項(xiàng)目軌距測(cè)量精度高低直接關(guān)系實(shí)際線路中心點(diǎn)位置的準(zhǔn)確度,應(yīng)給予重視;

      2)Z2、Z8號(hào)控制點(diǎn)為軌道精確分中點(diǎn),應(yīng)準(zhǔn)確控制分中精度;

      3)曲線段對(duì)平面碎部點(diǎn)測(cè)量位置要求較高,棱鏡中心必須與軌面線和軌道分中線交點(diǎn)重合后測(cè)量。

      4.2 地鐵里程問(wèn)題

      1)Z2、Z8控制點(diǎn)里程應(yīng)準(zhǔn)確,宜結(jié)合隧道現(xiàn)狀采用多種里程檢核方式校核;

      2) 測(cè)量點(diǎn)位應(yīng)展點(diǎn)至線路設(shè)計(jì)平面圖后量取對(duì)應(yīng)的地鐵里程,并利用整里程注記校核。

      4.3 測(cè)量范圍及間距問(wèn)題

      1)測(cè)量范圍宜適當(dāng)大于設(shè)計(jì)要求測(cè)量邊界,利于與兩端既有線路平順對(duì)接;

      2)碎部點(diǎn)測(cè)量間距不應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求測(cè)量間距,過(guò)大容易略過(guò)軌道變形最大點(diǎn)。

      5.結(jié)論及建議

      采用獨(dú)立系統(tǒng)技術(shù)方法滿足范圍750m的既有地鐵軌道調(diào)線調(diào)坡測(cè)量精度要求,實(shí)現(xiàn)調(diào)軌后地鐵按原設(shè)計(jì)時(shí)速平穩(wěn)行駛,此測(cè)量方法可推廣應(yīng)用類似線形測(cè)量工程。針對(duì)本工程實(shí)例,同時(shí)提出幾點(diǎn)建議:

      1)鋪軌過(guò)程重視對(duì)鋪軌控制基標(biāo)的測(cè)量與保護(hù),盡可能多的保留施工過(guò)程使用的鋪軌控制基標(biāo),遺失基標(biāo)應(yīng)及時(shí)同等精度恢復(fù);

      2)地鐵運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后,因軌道磨損和道床結(jié)構(gòu)變形,通常會(huì)改變?cè)瓉?lái)線路軌道幾何形位,降低行車安全指標(biāo),為了利于日常線路維護(hù)及軌道整修,宜及時(shí)進(jìn)行線路軌道現(xiàn)狀測(cè)量工作;

      3)為盡可能降低因沿線周邊環(huán)境改變對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵的影響程度,宜對(duì)地鐵可能受到的周邊環(huán)境影響及時(shí)采取有效的針對(duì)性措施。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 秦長(zhǎng)利主編.城市軌道交通工程測(cè)量[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2008:236-259,271-275.

      [2] 張國(guó)良主編.礦山測(cè)量學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006:185-229.

      [3] GB50308-2008. 城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.6:12-20,69-72.

      【文章編號(hào)】1627-6868(2016)11-0039-04

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