張 彪 石德斌

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 CPⅢ高程網(wǎng)的分類

根據(jù)高速鐵路構(gòu)筑物類型的劃分,CPⅢ高程網(wǎng)主要分為三類：路基CPⅢ高程網(wǎng)、隧道CPⅢ高程網(wǎng)及橋梁CPⅢ高程網(wǎng)。其中路基和隧道CPⅢ高程網(wǎng)的建立方法大致相同,都是將已知水準(zhǔn)點(diǎn)和加密水準(zhǔn)點(diǎn)按照二等水準(zhǔn)直接聯(lián)測(cè),平差后獲取路基和隧道段落加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程,再根據(jù)環(huán)形觀測(cè)法將CPⅢ點(diǎn)貫通測(cè)量并聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn),最終得到CPⅢ點(diǎn)高程。與路基和隧道CPⅢ高程網(wǎng)建立方法不同,橋梁地段CPⅢ高程網(wǎng)建立涉及到高程上橋環(huán)節(jié)——三角高程測(cè)量,下面對(duì)橋梁段CPⅢ高程網(wǎng)建立方法及其特點(diǎn)重點(diǎn)敘述。

2 橋梁段CPⅢ高程網(wǎng)建立方法

橋梁段CPⅢ高程網(wǎng)的建立主要由兩部分組成,第一部分為加密水準(zhǔn)測(cè)量(高程上橋),第二部分為CPⅢ貫通測(cè)量(環(huán)形測(cè)量)。目前,在各大高鐵項(xiàng)目CPⅢ高程網(wǎng)建立中,第二部分CPⅢ貫通測(cè)量基本上保持一致，均采用環(huán)形測(cè)量法,區(qū)別之處在于CPⅢ建網(wǎng)中第一部分加密水準(zhǔn)測(cè)量。該部分存在兩種方法：橋上二等水準(zhǔn)貫通和橋下二等水準(zhǔn)貫通,這里根據(jù)加密水準(zhǔn)測(cè)量方法的不同，將CPⅢ高程網(wǎng)建立分為兩種進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 橋上二等水準(zhǔn)貫通法

(1)加密水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)

加密水準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性直接影響后續(xù)使用,其點(diǎn)間距一般不大于2 km,布設(shè)位置可與加密CPⅡ共樁,也可單獨(dú)埋設(shè)于橋梁固定端防撞墻上。

(2)加密水準(zhǔn)測(cè)量

加密水準(zhǔn)測(cè)量分三部分：橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)；橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量；橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè),按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求整網(wǎng)平差得出加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如圖1所示)。

圖1 橋上二等水準(zhǔn)貫通法加密水準(zhǔn)示意

(3)CPⅢ貫通測(cè)量

CPⅢ貫通測(cè)量包含CPⅢ環(huán)形測(cè)量和聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn)兩部分。每個(gè)測(cè)量小組按1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和2把因瓦標(biāo)尺進(jìn)行配置,每個(gè)環(huán)的4條邊觀測(cè)結(jié)束前均變換一次儀器高。與加密水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí),采用二等水準(zhǔn)往返觀測(cè)法,每個(gè)測(cè)段首尾各兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)均聯(lián)測(cè)加密水準(zhǔn)點(diǎn),中間加密水準(zhǔn)點(diǎn)就近聯(lián)測(cè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)(如圖2所示)。

圖2 橋上二等水準(zhǔn)貫通法CPⅢ貫通測(cè)量示意

2.2 橋下二等水準(zhǔn)貫通法

(1)加密水準(zhǔn)測(cè)量

加密水準(zhǔn)測(cè)量同樣分為三部分。第一部分：橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)；第二部分：橋下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)貫通測(cè)量；第三部分：橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量,該方法將橋下水準(zhǔn)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)整合按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求,整網(wǎng)平差得出橋下臨時(shí)點(diǎn)高程,再由橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量高差直接推算出橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如圖3所示)。

圖3 橋下二等水準(zhǔn)貫通法加密水準(zhǔn)示意

(2)CPⅢ貫通測(cè)量

橋下二等水準(zhǔn)貫通法CPⅢ貫通測(cè)量,同樣采用環(huán)形觀測(cè)法,其環(huán)形觀測(cè)順序和橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)關(guān)系,均與橋上二等水準(zhǔn)貫通法一致。二者區(qū)別在于投入人員、設(shè)備數(shù)量上,橋下二等水準(zhǔn)貫通法CPⅢ貫通測(cè)量,每個(gè)測(cè)量小組按1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和4把同類型因瓦標(biāo)尺進(jìn)行配置(標(biāo)尺零點(diǎn)差檢測(cè)合格)。每個(gè)環(huán)觀測(cè)時(shí)4把標(biāo)尺分別立在4個(gè)CPⅢ點(diǎn)上,2把標(biāo)尺為一組。待該環(huán)觀測(cè)完畢后,兩組標(biāo)尺與儀器同步前進(jìn),以減少扶尺人員行走距離,提高測(cè)量效率。

3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

下面通過國(guó)內(nèi)某高鐵項(xiàng)目的一段5 km長(zhǎng)CPⅢ高程建網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)上述兩種方法進(jìn)行比對(duì)分析,橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量?jī)煞N方法采用同一組數(shù)據(jù)。

3.1 橋上二等水準(zhǔn)貫通法

此方法采用1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和2把因瓦尺的標(biāo)準(zhǔn)配置開展水準(zhǔn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)橋下水準(zhǔn)和橋上水準(zhǔn)(含CPⅢ貫通測(cè)量)工作耗時(shí)共計(jì)25 h,加密水準(zhǔn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1、表2、表3所示。

表1 橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)

表2 橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將上述加密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)整合后整網(wǎng)平差,各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足限差要求,加密點(diǎn)成果如表4所示。

表4 加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果

3.2 橋下二等水準(zhǔn)貫通法

此方法采用1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀和4把因瓦尺的配置，開展水準(zhǔn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)橋下水準(zhǔn)和橋上水準(zhǔn)(含CPⅢ貫通測(cè)量)工作耗時(shí)共計(jì)13 h,加密水準(zhǔn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如表5、表6、表7所示。

表5 橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)

表6 橋下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)高差統(tǒng)計(jì)

表7 橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將上述橋下臨時(shí)點(diǎn)與已知水準(zhǔn)點(diǎn)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)和橋下臨時(shí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)，按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求整網(wǎng)平差,各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足限差要求,得出橋下臨時(shí)點(diǎn)高程。根據(jù)表7中橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相加,直接得出橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程值(如表8所示)。

表8 加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果

利用上述兩種方法得出的各自加密水準(zhǔn)點(diǎn)成果和采集的CPⅢ貫通數(shù)據(jù),平差計(jì)算得出CPⅢ高程成果對(duì)比結(jié)果(如表9所示)。

表9 兩種建網(wǎng)方法CPⅢ高程成果對(duì)比統(tǒng)計(jì)

4 比較分析

4.1 測(cè)量精度

通過上面兩種方法，分別對(duì)某高鐵項(xiàng)目一段CPⅢ數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,在測(cè)量精度方面,橋上二等水準(zhǔn)貫通法和橋下二等水準(zhǔn)貫通法測(cè)量精度基本一致,高程較差統(tǒng)計(jì)值最大為1.54 mm<3 mm,滿足限差和后續(xù)施工精度要求。

4.2 質(zhì)量控制

(1)橋上二等水準(zhǔn)貫通法

橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng)實(shí)際上是先將橋下已知水準(zhǔn)點(diǎn)和橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)通過加密水準(zhǔn)的三部分?jǐn)?shù)據(jù)整網(wǎng)平差構(gòu)建一個(gè)二等水準(zhǔn)網(wǎng),通過二等水準(zhǔn)網(wǎng)中的橋上加密水準(zhǔn)點(diǎn)平差CPⅢ高程網(wǎng),其本質(zhì)是利用高等級(jí)的橋上加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)控制較低等級(jí)的CPⅢ精密水準(zhǔn)網(wǎng)。工程實(shí)踐證明,前期構(gòu)建的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)建網(wǎng)合格后,CPⅢ精密水準(zhǔn)平差基本能滿足精度要求。但是,橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng)存在以下兩個(gè)問題。

其一,是前期的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)建網(wǎng)不滿足精度要求怎么辦？通過工程實(shí)踐,出現(xiàn)這種問題的概率達(dá)到30%～40%(在發(fā)生地面沉降區(qū)域尤其是差異地面沉降區(qū)域此概率值會(huì)更高),造成這種問題的原因有多方面,最主要的兩方面是橋下臨時(shí)點(diǎn)與橋上加密點(diǎn)三角高程測(cè)量存在誤差和橋下已知水準(zhǔn)發(fā)生沉降,這就需要對(duì)以上兩個(gè)方面進(jìn)行外業(yè)檢查,勢(shì)必會(huì)造成外業(yè)工作量的增加,降低建網(wǎng)效率。

其二,是加密水準(zhǔn)三角高程測(cè)量部分中人為因素和外界環(huán)境因素對(duì)其測(cè)量精度會(huì)有較大影響,實(shí)踐證明,同一處三角高程測(cè)量不同時(shí)間進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集其結(jié)果會(huì)有±3 mm的誤差,這就很可能造成因橋下水準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生沉降而產(chǎn)生的加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)不閉情況由三角高程測(cè)量誤差抵消,造成假閉合現(xiàn)象,對(duì)工程質(zhì)量造成安全隱患。

(2)橋下二等水準(zhǔn)貫通法

橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng)同樣也是前期先構(gòu)建一個(gè)加密二等水準(zhǔn)網(wǎng),但是該加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)與橋上二等水準(zhǔn)貫通法有實(shí)質(zhì)不同。橋下二等水準(zhǔn)貫通法加密二等水準(zhǔn)網(wǎng)有兩方面作用,其一,是通過橋下水準(zhǔn)貫通檢查橋下已知水準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性,直接判斷出發(fā)生沉降的水準(zhǔn)點(diǎn),進(jìn)行剔除或重新平差出其新高程,用于數(shù)據(jù)起算。其二,是求出橋下臨時(shí)點(diǎn)二等水準(zhǔn)高程,由三角高程測(cè)量推算出橋上加密點(diǎn)高程,進(jìn)而用于CPⅢ高程平差。通過工程實(shí)踐,利用橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng)的合格率達(dá)到95%以上,出現(xiàn)CPⅢ平差不閉合情況95%以上屬于三角高程測(cè)量問題,只需對(duì)其進(jìn)行外業(yè)檢查即可。

4.3 測(cè)量效率

從上面的一段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來看,橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng)采用1臺(tái)儀器和2把因瓦標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn)配置完成一段5 km長(zhǎng)CPⅢ高程建網(wǎng)需要耗時(shí)25 h。而采用1臺(tái)儀器和4把因瓦標(biāo)尺配置的橋下二等水準(zhǔn)貫通法建立該段CPⅢ高程網(wǎng)僅需13 h,配置上僅增加了2把尺,效率卻提高了近2倍,該比較是在兩方法進(jìn)行CPⅢ高程網(wǎng)建網(wǎng)一次性均合格的前提下統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù),在出現(xiàn)精度超限時(shí),橋下二等水準(zhǔn)貫通法的高效率則更為突出。

5 結(jié)束語

通過上述分析,橋下二等水準(zhǔn)貫通法和橋上二等水準(zhǔn)貫通法建立CPⅢ高程網(wǎng),在測(cè)量精度方面二者基本一致。但是在質(zhì)量控制和測(cè)量效率上,橋下二等水準(zhǔn)貫通法更具有優(yōu)勢(shì),尤其是在發(fā)生地面沉降區(qū)域段落,該方法更能高效、快捷地建立CPⅢ高程網(wǎng),為后續(xù)無砟軌道施工提供高精度的控制基準(zhǔn)。

根據(jù)多條高鐵項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),針對(duì)CPⅢ高程網(wǎng)的建立，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),供大家參考：

(1)加強(qiáng)儀器設(shè)備與標(biāo)志件的檢查,尤其是標(biāo)尺零點(diǎn)差的檢驗(yàn)。

(2)橋下臨時(shí)上橋點(diǎn)可埋設(shè)與加密水準(zhǔn)點(diǎn)同規(guī)格的預(yù)埋件,且安置于橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)上。

(3)每一測(cè)段不同處三角高程測(cè)量,應(yīng)盡量控制在觀測(cè)環(huán)境條件變化小的較短時(shí)間內(nèi)完成。

(4)對(duì)于區(qū)域沉降地段,僅可能一次性、長(zhǎng)距離、短時(shí)間內(nèi)完成CPⅢ高程網(wǎng)的建立。

[1]鐵道部.中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃[Z].北京：鐵道部,2008

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

[3]京廣鐵路客運(yùn)專線河南有限責(zé)任公司.石武客運(yùn)專線(河南段)CPⅢ軌道控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)方案[Z].鄭州：河南公司,2010

[4]京石鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司.京石、石武(河北段)客運(yùn)專線CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量作業(yè)指導(dǎo)書[Z].石家莊：京石公司,2010