CPⅢ技術(shù)在常州地鐵鋪軌中的應(yīng)用與探討

謝友鵬，張洋

(1.常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

傳統(tǒng)的地鐵鋪軌需要布測(cè)控制基標(biāo)以進(jìn)行加密基標(biāo)的測(cè)設(shè)，再依據(jù)加密基標(biāo)來(lái)調(diào)整軌道。CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)是采用自由設(shè)站邊角交會(huì)測(cè)量，控制網(wǎng)精度要求高，測(cè)量成果精確可靠，能夠很好地為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供測(cè)量控制基準(zhǔn)，目前在高速鐵路上運(yùn)用比較普遍，但在地鐵鋪軌上還是一種較新的測(cè)量方式[1，2]。

常州市軌道交通1號(hào)線工程規(guī)劃全線線路總長(zhǎng)約 42 km，設(shè)站33座，由新港站至滆湖站，呈南北走向，線路經(jīng)過(guò)新北區(qū)、天寧區(qū)、武進(jìn)區(qū)，線路走向?yàn)椋盒赂壅?長(zhǎng)江路-規(guī)劃樂(lè)山路-遼河路-通江路-黃河路-晉陵北路-飛龍路-新堂路-新豐街-和平路-花園街-大學(xué)城-鳳棲路-鏡湖路-滆湖站。本次1號(hào)線一期工程全長(zhǎng) 33.837 km，其中：地下線 31.486 km，高架線 2.161 km，過(guò)渡段 0.19 km，地下線全部采用無(wú)砟軌道，目前正在進(jìn)行鋪軌工作，從常州地鐵建設(shè)鋪軌階段的創(chuàng)新性、前沿性、高精度平順性及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的便捷性方面考慮，采用CPⅢ測(cè)量是一項(xiàng)必不可少的工作。

2 CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1 CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)量前準(zhǔn)備工作

隧道貫通后，沿線路方向通視良好，洞內(nèi)精密導(dǎo)線點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)測(cè)量均已完成，并且成果合格，作為CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.2 CPⅢ控制點(diǎn)布設(shè)

由于CPⅢ控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)間的相對(duì)精度高達(dá)±1 mm，而且CPⅢ控制網(wǎng)的服務(wù)期限從施工到竣工以及竣工后線路運(yùn)營(yíng)期間的軌道維護(hù)，因此CPⅢ控制網(wǎng)的測(cè)量標(biāo)志必須達(dá)到以下要求：具有強(qiáng)制對(duì)中、能夠長(zhǎng)期保存、不變形、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、價(jià)格適中，重復(fù)安置精度滿足同一套測(cè)量標(biāo)志在同一點(diǎn)重復(fù)安裝的空間位置偏差應(yīng)滿足表1的要求[3～5]。

CPⅢ標(biāo)志棱鏡組件安裝精度要求 表1

常州地鐵采用的CPⅢ測(cè)量標(biāo)志的預(yù)埋件的相關(guān)型號(hào)具體要求如下：

(1)標(biāo)志預(yù)埋件

標(biāo)志預(yù)埋件在CPⅢ網(wǎng)測(cè)量前埋設(shè)，為連接桿套筒，用于連接棱鏡桿或高程桿進(jìn)行后續(xù)平面和高程測(cè)量工作，如圖1所示：

圖1預(yù)埋件及保護(hù)蓋

(2)棱鏡測(cè)量桿

棱鏡測(cè)量桿用于連接CPⅢ點(diǎn)測(cè)量棱鏡，與Leica GRP121精密棱鏡配套使用的棱鏡測(cè)量桿如圖2所示：

圖2棱鏡測(cè)量桿

(3)水準(zhǔn)測(cè)量桿

水準(zhǔn)測(cè)量桿用于CPⅢ點(diǎn)高程測(cè)量，如圖3所示：

圖3水準(zhǔn)測(cè)量桿

(4)精密棱鏡

為滿足CPⅢ測(cè)量精度的要求，全線統(tǒng)一采用反射面大、精度高的Leica GRP121精密原裝進(jìn)口棱鏡，如圖4所示：

圖4 精密棱鏡

CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)的技術(shù)要求如表2所示。

CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)布網(wǎng)要求 表2

CPⅢ控制點(diǎn)埋設(shè)在側(cè)墻、管壁或防撞墻上，每隔 30 m～60 m埋設(shè)一對(duì)網(wǎng)點(diǎn)，隧道段距離管片底部約 2.1 m～2.5 m，埋設(shè)樣式如圖5所示。

圖5 CPⅢ點(diǎn)位埋設(shè)位置圖

3 CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)

3.1 CPⅢ平面控制網(wǎng)測(cè)量方法

CPⅢ平面控制網(wǎng)在觀測(cè)中其觀測(cè)環(huán)境需要達(dá)到以下一些要求：氣象穩(wěn)定、避免其他工序的施工干擾，以保證CPⅢ建網(wǎng)的觀測(cè)精度，建網(wǎng)時(shí)間應(yīng)列入施工組織計(jì)劃中。

CPⅢ平面控制網(wǎng)采用自由設(shè)站交會(huì)網(wǎng)方法測(cè)量，自由測(cè)站的測(cè)量，從每個(gè)自由測(cè)站，將以2×4個(gè)CPⅢ點(diǎn)為測(cè)量目標(biāo)，每次測(cè)量應(yīng)保證每個(gè)點(diǎn)測(cè)量4次，測(cè)量方法如圖6所示。

圖6 測(cè)站間距為60 m的CPⅢ平面網(wǎng)觀測(cè)網(wǎng)形示意圖

CPⅢ平面控制點(diǎn)對(duì)間距離為 30 m～60 m，CPⅢ施測(cè)時(shí)自由設(shè)站點(diǎn)距CPⅢ平面控制點(diǎn)距離一般應(yīng)小于 90 m左右，最大不超過(guò) 120 m，距洞內(nèi)精密導(dǎo)線已知點(diǎn)最大不超過(guò) 150 m。

3.2 CPⅢ平面控制網(wǎng)精度指標(biāo)

CPⅢ平面控制網(wǎng)觀測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)及精度要求如表3～表6所示[6，7]。

CPⅢ平面水平方向觀測(cè)技術(shù)要求 表3

CPⅢ平面網(wǎng)距離測(cè)量觀測(cè)技術(shù)要求 表4

CPⅢ平面控制網(wǎng)自由網(wǎng)平差后方向和距離改正數(shù)限差 表5

CPⅢ平面網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求 表6

3.3 CPⅢ高程控制網(wǎng)測(cè)量方法

CPⅢ控制點(diǎn)高程測(cè)量起閉于洞內(nèi)高程控制點(diǎn)。每一測(cè)段應(yīng)至少與3個(gè)洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，形成檢核。常州地鐵測(cè)量方式采取以下方式：

由于受通視條件無(wú)法進(jìn)行幾何水準(zhǔn)測(cè)量，采用自由測(cè)站三角高程測(cè)量方法進(jìn)行高程測(cè)量，與平面測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，網(wǎng)形如圖7、圖8所示。測(cè)量完成后應(yīng)采用不同測(cè)站所測(cè)得的相鄰點(diǎn)的高差，單個(gè)測(cè)站8個(gè)測(cè)點(diǎn)可計(jì)算10段相鄰點(diǎn)間的高差，如圖7所示。

圖7 單個(gè)測(cè)站自由測(cè)站三角高程網(wǎng)示意圖

多個(gè)測(cè)站所形成的三角高程網(wǎng)如圖8所示。

圖8 多個(gè)測(cè)站自由測(cè)站三角高程網(wǎng)示意圖

CPⅢ網(wǎng)相鄰點(diǎn)至少需在三個(gè)不同的自由測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)觀測(cè)，相鄰點(diǎn)高差值互差小于 3 mm時(shí)，取距離加權(quán)平均值作為最后的高差值。

3.4 CPⅢ高程控制網(wǎng)精度指標(biāo)

CPⅢ高程控制網(wǎng)三角高程觀測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)如表7所示。

CPⅢ控制網(wǎng)自由測(cè)站三角高程外業(yè)觀測(cè)的主要技術(shù)要求 表7

CPⅢ高程控制網(wǎng)平差后的主要精度指標(biāo)如表8所示。

CPⅢ三等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求 表8

4 案例分析

4.1 CPⅢ平面控制網(wǎng)精度分析

以常州地鐵兩站一區(qū)間(聚湖路站-茶山站上行線)為例，平面約束平差用該段洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，平差模式選擇Helmert嚴(yán)密平差，平差計(jì)算出所有CPⅢ點(diǎn)平面坐標(biāo)，并統(tǒng)計(jì)方向改正數(shù)、距離改正數(shù)、平差坐標(biāo)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、相鄰點(diǎn)間相對(duì)點(diǎn)位中誤差[8]。平面精度各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，具體統(tǒng)計(jì)如圖9所示：

圖9 CPⅢ平面控制網(wǎng)精度分析圖

4.2 CPⅢ高程控制網(wǎng)精度分析

本區(qū)間段CPⅢ高程控制網(wǎng)采用三角高程的方法野外進(jìn)行觀測(cè)，采用工程測(cè)量嚴(yán)密平差數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)平差計(jì)算，平差結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求，高程精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如圖10所示：

圖10 CPⅢ高程網(wǎng)精度分析圖

4.3 采用CPⅢ測(cè)量控制網(wǎng)精調(diào)軌排

以聚湖路站-茶山站上行線區(qū)間為例，直接利用CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行軌排，再利用軌檢小車對(duì)長(zhǎng)軌精調(diào)前進(jìn)行幾何狀態(tài)(平面、高程)的檢測(cè)，在軌檢小車的限差參數(shù)中，絕對(duì)精度中平面位置限差為 3 mm，高程限差為 2 mm，相對(duì)精度中軌距偏差 -3 mm-+2 mm，水平和扭矩限差 2 mm，平順性上高程限差為 2 mm，具體精密檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)如表9所示：

軌道靜態(tài)精密檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)表 表9

從上面的統(tǒng)計(jì)表中我們可以看出，利用CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行軌排，一次性合格率比較高，后期等長(zhǎng)軌焊接后，再利用軌檢小車進(jìn)行軌道平順性的調(diào)整，使地鐵軌道線性的平順性、穩(wěn)定性和舒適性均能達(dá)到很好的狀態(tài)。

5 建議與結(jié)論

(1)CPⅢ測(cè)量工作應(yīng)設(shè)立專門的現(xiàn)場(chǎng)施工協(xié)調(diào)人，統(tǒng)一安排、相互配合來(lái)完成后面的CPⅢ測(cè)量工作。

(2)CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)采集前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)儀器、棱鏡及連接桿的檢查，并做好檢查記錄，滿足測(cè)量精度要求后方可開(kāi)展外業(yè)工作。

(3)加強(qiáng)對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)的保護(hù)工作，CPⅢ控制點(diǎn)可用于后期機(jī)電設(shè)備安裝和裝飾裝修甚至后期運(yùn)維監(jiān)測(cè)。