孫繼成

(中鐵四局集團有限公司，安徽合肥 230011)

1 概述

滬寧城際鐵路位于長三角地區(qū)，經(jīng)由上海、昆山、蘇州、無錫、常州、丹陽、鎮(zhèn)江至南京，全長301雙線公里，軌道設(shè)計為CRTSⅠ型板式無砟軌道。滬寧城際鐵路無砟軌道施組工期極為緊張，無砟軌道鋪設(shè)時間平均約為2個月左右，鋪軌完成后即開始聯(lián)調(diào)聯(lián)試。鋼軌精調(diào)工作只能利用鋪軌運輸間隙與其他專業(yè)施工并行開展施工，時間僅有20d左右。在如此短的工期內(nèi)，按原引進的施工技術(shù)方案將難以完成按期開通運營的目標要求。為了滿足滬寧線整體施工需要，借鑒CRTSⅡ型板精調(diào)控制方法，提出引入軌道基準點(GRP)作為軌道板精調(diào)控制和鋼軌精調(diào)控制基準的測控體系。

2 現(xiàn)狀調(diào)查與研究目標

傳統(tǒng)CRTSⅠ型板式無砟軌道施工測量中，首先利用既有的CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)和二等水準控制網(wǎng)建立CPⅢ控制網(wǎng)，然后在施工完成的凸形擋臺上沿線路中線方向設(shè)置加密基樁和基準器。加密基樁和基準器依據(jù)相鄰CPⅢ控制點進行加密，逐一測定其位置和高程后控制其垂直于線路中線方向的限差合格后并標定點位。加密基樁和基準器測設(shè)完成后，作為控制基準進行軌道板的鋪設(shè)及調(diào)整定位。

采用傳統(tǒng)CRTSⅠ型板式無砟軌道施工工藝，在軌道板精調(diào)時需使用專用三角規(guī)進行測量，軌道板控制范圍較小且采用水準氣泡控制，精度控制有限，鋪設(shè)完成的軌道板精度只能實現(xiàn)軌道板結(jié)構(gòu)的大致平順，無砟軌道精調(diào)工作集中到鋪軌完成后。在鋼軌精調(diào)階段，由于加密基樁和基準器為一次性使用，鋪軌后的軌道精調(diào)只能以CPⅢ控制網(wǎng)為起算控制網(wǎng)通過全站儀任意架站定位，逐承軌點測量鋼軌絕對坐標并固定鋼軌位置，即絕對定位階段。在此基礎(chǔ)上再對各承軌點進行平順性調(diào)整，即相對調(diào)整階段。此過程全站儀設(shè)站繁瑣，承軌點測量工作量大，作業(yè)效率低，需要較長作業(yè)時間多次調(diào)整才能滿足聯(lián)調(diào)聯(lián)試的條件。

而滬寧城際鐵路無砟軌道施工工期極為緊張，鋼軌精調(diào)只能利用鋪軌時間與鋼軌鋪設(shè)交叉進行。為了保證全線按期開通目標要求，需要系統(tǒng)地優(yōu)化無砟軌道施工測量方案，減少軌道鋪設(shè)完成后鋼軌精調(diào)工作量和作業(yè)時間。為此，借鑒CRTSⅡ型板無砟軌道測量方法，提出了優(yōu)化滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道測控網(wǎng)體系的研究目標:

①在CPⅢ控制網(wǎng)下增設(shè)控制點軌道基準點(GRP)，并提出測量和數(shù)據(jù)處理方法。

②結(jié)合現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，驗證引入軌道基準點(GRP)進行CRTSⅠ型板式無砟軌道施工的技術(shù)及經(jīng)濟優(yōu)勢。

3 研究和應(yīng)用

3.1 資料收集

查閱了CRTSⅠ、Ⅱ型板式無砟軌道的設(shè)計和施工測量方案，收集了京津城際鐵路關(guān)于CRTSⅡ型板式無砟軌道GRP點測量作業(yè)方法等技術(shù)資料。

3.2 理論分析和測設(shè)方案

結(jié)合滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道特點，借鑒CRTSⅡ型板式無砟軌道中GRP點的測量方法，分析研究CRTSⅠ型板式無砟軌道中GRP點的點位埋設(shè)、外業(yè)測量、數(shù)據(jù)處理和平差方法以及精度控制指標，提出滿足滬寧城際鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道施工要求的軌道基準點(GRP)測量方案。

(1)GRP點定義

CRTSⅠ型板無砟軌道基準點(GRP)，布設(shè)于凸形擋臺中心處，一般每隔一塊軌道板設(shè)一處，通過CPⅢ網(wǎng)測定其三維坐標，其坐標數(shù)據(jù)將直接用于軌道板精調(diào)和后期的軌道精調(diào)，具有以下特點:

①沿軌道軸線布設(shè)，近似直線導(dǎo)線。依據(jù)CPⅢ點，粗略放樣GRP點，然后精確測定。

②左、右線分開布設(shè)，以提高軌道的橫向精度。

③平面和高程分開測定，以提高高程的精度。

④相鄰點間平面精度0.2 mm，相鄰點高差精度0.1 mm。

(2)GRP點作業(yè)流程

GRP點以已測設(shè)完成的CPⅢ控制網(wǎng)為起算數(shù)據(jù)進行測量，其主要作業(yè)流程如下:

①GRP點設(shè)計坐標計算。

②GRP點初放樣。

③GRP點埋設(shè)。

④GRP點平面測量和數(shù)據(jù)處理。

⑤GRP點高程測量和數(shù)據(jù)處理。

⑥成果輸出。

(3)GRP點埋設(shè)

在GRP點初放樣后，按要求對GRP點進行埋設(shè)，考慮到軌道板精調(diào)的需要，滬寧城際鐵路GRP點設(shè)于凸形擋臺中心，按每5 m(CRTSⅠ型軌道板的長度)布設(shè)一個，左、右線分別布設(shè)，埋設(shè)位置偏離放樣點位置不大于5 mm。標志的埋設(shè)分別為以下兩種情況:

①對于底座板施工完成后隨即進行凸形擋臺的情況(如直線段)，可在GRP點放樣點的位置上鉆孔，預(yù)埋如圖1所示的GRP點基標釘，并用黏合劑錨固。

②對于軌道板精調(diào)后施工凸形擋臺的情況(如曲線段)，在底座板施工時，在放樣點位置上預(yù)埋如圖2所示的鋼棒型GRP點標志點，其鋼棒直徑為30 mm。

(4)GRP點的編號

GRP點的編號分左右線分別進行，沿線路里程增加方向編號，統(tǒng)一為七位。具體規(guī)則為:L(左線)/R(右線)+×××(里程整公里數(shù))+×××(該公里段GRP點序號)。

圖1 GRP點基標釘

圖2 鋼棒型GRP點標志點

3.3 GRP點的測量與數(shù)據(jù)處理

GRP點三維坐標的測量，采用平面和高程分開施測的方法進行。相鄰GRP點之間的平面和高程相對精度滿足表1要求。

表1 相鄰GRP點間相對精度要求

(1)GRP點的平面測量

GRP點平面測量外業(yè)觀測滿足下列要求:

①全站儀設(shè)站點盡量靠近GRP點的連線方向。

②左、右線GRP點的測量，分別設(shè)站觀測。

③同一測站觀測的CPⅢ控制點不少于4對，觀測的GRP點宜為10～14個(可視天氣情況作相應(yīng)調(diào)整)，其中包括與上一個測站搭接的5個GRP點。

④同一測站每個測回GRP點觀測都由遠及近依次進行觀測。觀測完畢后沿GRP觀測順序進行搬站，即后退式搬站。

⑤每一測站重復(fù)觀測上一測站的CPⅢ控制點不少于2對，重復(fù)觀測上一測站觀測的GRP點不少于5個。

以左線測量為例，GRP點平面測量的方法示意如圖3所示，右線測量與左線類似。

圖3 GRP點平面測量方法示意(左線)

(2)平面數(shù)據(jù)處理

GRP點平面測量的數(shù)據(jù)處理，采取約束聯(lián)測的CPⅢ點坐標的方法進行平差計算。以本站聯(lián)測的CPⅢ控制點和各GRP點坐標的均值作為觀測值，利用本站聯(lián)測的CPⅢ控制點的已知坐標作為起始值，采用平差的方法求解CPⅢ控制點兩套坐標(線路獨立坐標系和測站站心坐標系)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，再根據(jù)得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)對各GRP點的坐標均值進行轉(zhuǎn)換。

(3)GRP點的高程測量

為保證GRP點高程測量的精度，GRP點高程測量采用高精度電子水準儀和一把配套條碼水準尺施測，施測時采用附合水準路線和中視法支水準測量路線相結(jié)合的方法進行。

水準儀設(shè)站點盡量位于相鄰兩個CPⅢ控制點之間，每一測站要求如表2所示。

表2 GRP點高程測量主要技術(shù)要求

左右線GRP點高程分別測量。

每300 m左右與線路同側(cè)穩(wěn)定的CPⅢ控制點閉合一次;同一測段進行往返測。

同一測段內(nèi)左線(或右線)其余CPⅢ控制點均作為轉(zhuǎn)點，用于對高程測量成果進行檢核，測段內(nèi)所有GRP點均作為中視點。

同一測段不需重復(fù)測量GRP點。

不同測段間重復(fù)觀測的GRP點不少于3個，在橋上作業(yè)時搭接點盡量預(yù)留在每孔梁的固定端。

以左線往測為例，GRP點高程測量的方法示意如圖4所示，左線返測與右線測量均與此類似。

(4)高程數(shù)據(jù)處理

往測水準路線閉合差滿足要求后，先對作為轉(zhuǎn)點的CPⅢ控制點進行平差計算，得到各轉(zhuǎn)點處CPⅢ控制點的高程，再據(jù)此計算各中視GRP點的往測高程。返測水準路線閉合差滿足要求后，也是先對作為轉(zhuǎn)點的CPⅢ控制點進行平差計算，得到各轉(zhuǎn)點處CPⅢ控制點的高程，再據(jù)此計算各中視GRP點的返測高程。最后取所有GRP點的往返測高程的均值作為本測站GRP點的采用高程。

3.4 現(xiàn)場試驗驗證

(1)試驗數(shù)據(jù)采集

依托滬寧城際先導(dǎo)段，以測設(shè)完成的GRP點為控制基準進行軌道板精調(diào)，安裝扣件并鋪設(shè)鋼軌，然后分別以GRP點和CPⅢ點為基礎(chǔ)控制數(shù)據(jù)進行鋼軌靜態(tài)檢測，檢核鋼軌鋪設(shè)后的軌道幾何狀態(tài)以及GRP點在軌道靜態(tài)檢測中的測量效率和測量精度。現(xiàn)場采集試驗數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

表3 基于GRP點軌道靜態(tài)檢測綜合評價

由以上軌道靜態(tài)檢測綜合評價表可知:

①鋪設(shè)后的鋼軌平面和高程絕對精度合格率達到100%，每個扣件節(jié)點處的鋼軌幾何狀態(tài)基本精準。

②鋪設(shè)后的鋼軌軌向長波(150 m弦)以及高低長波(150 m弦)合格率達到100%;軌向短波(10 m弦)合格率97.13%，最大偏差4.1 mm;高低短波(10 m弦)合格率在99%左右，最大偏差2.6 mm;鋼軌相對精度基本合格，只有少部分扣件需調(diào)整。

③采用GRP點進行軌道靜態(tài)檢測結(jié)果與采用CPⅢ網(wǎng)進行軌道檢測結(jié)果基本一致，但在絕對精度和相對精度上都較好。

表4 基于CPⅢ控制網(wǎng)軌道靜態(tài)檢測綜合評價

④采用GRP點進行軌道靜態(tài)檢測結(jié)果與采用CPⅢ網(wǎng)進行軌道檢測結(jié)果中平面較差差別較大，最大較差4.5 mm。

(2)現(xiàn)場試驗分析

通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析可見，利用測設(shè)完成的高精度的GRP點進行軌道板精調(diào)，能夠較好地控制鋪軌后的軌道精度，保證鋼軌扣件節(jié)點處的幾何狀態(tài)能夠滿足絕對定位要求，使鋼軌精調(diào)直接進入相對調(diào)整階段。同時，鋼軌的相對平順性也基本合格，只需進行少量的軌道調(diào)整，極大地減少了后期的鋼軌精調(diào)工作量。

采用GRP點進行軌道檢測和精調(diào)時，儀器在測設(shè)完成的GRP點上強制對中設(shè)站后開始測量，一方面可以減少傳統(tǒng)方法中的CPⅢ網(wǎng)自由設(shè)站的設(shè)站誤差，提高測站間的相對精度，保證檢測成果能夠更準確地反映軌道的真實狀態(tài);另一方面軌道調(diào)整與軌道板調(diào)整采用的控制數(shù)據(jù)都為GRP點，保證了控制數(shù)據(jù)的一致性，提高了鋼軌靜態(tài)檢測軌向、高低等平順性控制質(zhì)量。

4 結(jié)論

我國鐵路建設(shè)正逐步進入高速鐵路建設(shè)時期，為了滿足高速鐵路建設(shè)“高速度、高平順性、高舒適度”的需要，在借鑒國外先進技術(shù)和國內(nèi)成功經(jīng)驗的同時，必須要堅持走“消化，吸收，再創(chuàng)新”的道路，針對不同的建設(shè)項目進行無砟軌道施工工藝優(yōu)化和創(chuàng)新。在滬寧城際鐵路建設(shè)中，通過引入 GRP測量點，在保留CRTSⅠ型板式無砟軌道的施工方便簡捷、成本低的前提下，又進一步提高了軌道板的施工控制精度以及后期軌道靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量。一方面保證了鋪軌后鋼軌扣件節(jié)點處的幾何狀態(tài)能夠滿足絕對定位要求，另一方面減少了后期鋼軌精調(diào)工作量，從而為在短時間內(nèi)完成軌道幾何狀態(tài)精調(diào)施工并提供聯(lián)調(diào)聯(lián)試條件打下了基礎(chǔ)。

[1]TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S］

[2]鐵建設(shè)函[2009］674號 高速鐵路無砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南[S］

[3]張正祿，等.工程測量學(xué)[M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

[4]朱 穎.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)[M］.北京:中國鐵道出版社，2009