客运专线隧道内CPⅡ控制测量方法探讨

金 鸿

0 引言

为满足客运专线行车高速、高可靠性和旅客舒适度的要求对轨道的平顺性要求很高,对采用无砟轨道铺设,对各等级测量提出了非常高的要求。虽然《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》对隧道外CPⅠ,CPⅡ精密控制网测量有严格技术规定,而隧道内CPⅡ控制测量作业方法和操作步骤没有明确规定,隧道内CPⅡ控制测量方法探讨结合秦东隧道内CPⅡ控制测量实例,介绍隧道内CPⅡ控制测量具体实施。

1 实例

秦东隧道全长7684 m,是郑西客运专线隧道中3个重点控制工程之一,位于陕西省潼关县境内。隧道所经区域主要为黄土台塬区,黄土台塬顶平坦,开阔,整体上南高北低,多有村庄道路分布,均为农田。隧道洞口坡面黄土冲沟较发育,无大规模不良地质,冲沟稳定,坡面整齐,自然坡约 50°,洞顶均为荒地、坡地,植被稀疏。秦东隧道进口位于陕豫两省交界处的杨家村坡地下,出口位于潼洛沟内,进出口交通便利。

1.1 隧道内平面控制网设计与观测

1.1.1 选点布网

CPⅡ导线布设及测量参考《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》等相关规范,并根据本项目实际情况进行精度估算,秦东隧道采用二等导线网进行测量,考虑秦东隧道无砟轨道的整体铺设,经过优化设计,秦东隧道CPⅡ导线点整体布设,按二等导线网的要求进行测量。二等导线网基本技术指标见表1。

CPⅡ按精密导线网布设:在洞外CPⅠ的基础上自隧道进出口沿线路方向在隧道洞内布设,秦东隧道一般按照间隔800 m布设对点。

表1 二等导线网

秦东隧道CPⅡ控制点编号为 QDCPⅡ01～QDCPⅡ19,共计19个,控制点均遵循由小里程向大里程顺序编号原则,构成了整个隧道的平面控制网,见图1。

1.1.2 埋石

CPⅡ控制点布设充分考虑后续施工的影响及减少旁折光的影响,布设在距离洞壁1 m多干扰较少的电缆槽上,标志采用钻孔锚固法埋设。CPⅡ控制点标志均采用直径20mm长30mm的不锈钢材料,下部采用普通钢筋焊接而成。其顶部为圆球形并刻0.5mm深的十字分划丝,便于平面点和高程点共用。

1.1.3 观测

1)CPⅡ测量按二等导线技术要求进行,每个洞口联测2个CPⅠ控制点,附合在洞外 CPⅠ控制点上。2)采用 LEICA TCA2003测量机器人全站仪施测,仪器测角标称精度为0.5″,测距标称精度为1mm+1 ppm,导线测量采用机载程序伺服马达自动测量并记录,测回数为6个测回。其水平方向观测值与距离观测值的各项限差如表2,表3所示。

表2 水平方向观测限差 (″)

表3 边长观测限差

洞内CPⅡ施测前对仪器设备进行常规检校,施测期间进行了经常性检校,施测时加强对中整平和照明工作。用于气象改正的温度、气压数据,在每测站测定一次,气象观测时待气压计、温度计与周围环境一致后测记气象数据,避免气压计、温度计受日光曝晒和辐射。测距边气象改正通过全站仪设置自动进行。

1.1.4 数据处理

1)每天数据观测完毕对数据进行整理,对各项限差进行计算检核,合限的角度、平距等数据求取平均值,在控制闭合环边数(4～6)的前提下,对个别超限的角度进行了剔除,对可构成环的数据进行闭合差的检验,对不满足限差的数据进行分析,需要时进行了返工重测。2)数据处理时,外业平距进行了高程归化和高斯投影改化,所有角度闭合差和边长闭合差满足要求后采用专业平差软件进行计算,本次平差采用武汉大学的COSWIN软件进行计算。

1.1.5 平面控制网平差及精度评定

在郑西客运专线工程坐标系下平差后,秦东隧道洞内CPⅡ导线各项限差均满足技术设计的二等导线要求。

从平差结果看测量成果精度指标均满足相关规范及技术设计的要求。

1.2 隧道内高程控制网的设计与观测

1.2.1 选点与布网

结合本工程实际,在隧道洞内布设二等水准点,建立无砟轨道施工范围内的高程控制网。秦东隧道洞内二等水准点均按不大于 2km布设,与洞内CPⅡ导线点公用,秦东隧道共布设11个水准点。

1.2.2 水准观测

二等水准采用两台Leica NDA03电子水准仪,3 m铟瓦条码水准尺,自动观测记录,采用单路线往返观测。仪器经过国家专业检测部门检定,并在开工前和作业期间进行常规检验和经常性检查,保证仪器工作状态良好。

按照国家二等水准测量精度要求进行施测,水准观测时,采用大于5 kg的铸铁尺垫立尺转点,使用尺撑扶尺。由于洞内光线较暗,观测时将水准尺尺面一定范围用光源均匀照亮,以便仪器能够正常读数。

1.2.3 数据处理

平差前进行了测段往返测高差不符值、附合路线闭合差检核和每千米高差中偶然中误差计算;往返测高差不符值限差满足不大于秦东隧道洞内二等水准测量以全线贯通二等水准测量点CPⅠ001,CPⅠ003为约束起算点,在本段测量数据满足不大于的前提下进行平差计算。

每千米水准测量偶然中误差按下式计算:

其中,Δ为测段往返测高差不符值,mm;L为测段长度,km;n为测段数。

1.2.4 高程控制网平差及精度评定

高程控制网平差采用清华三维平差软件计算,精度指标见表4。

表4 二等水准测量精度指标

从表4中可以看出,本隧道的高差闭合差均满足规范要求,综合每千米水准测量偶然中误差0.37mm≤±1.0mm,满足规范的要求。

1.3 平面及高程控制网分析

测量精度指标表明此次测量精度高,完全满足有关技术规范和工程施工应用的要求。

2 结语

郑西客运专线秦东隧道内CPⅡ控制网的观测成果质量优良,测量精度高,完全满足有关技术规范和工程施工应用的要求。

[1] TB 10101-99,新建铁路工程测量规范[S].

[2] GB 12897-91,国家一、二等水准测量规范[S].

[3] GB/T 15314-94,精密工程测量规范[S].

[4] 铁建设[2006]189号,客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定[S].

[5] 铁建设[2007]47号,新建时速度300km～350km客运专线铁路设计暂行规定(上、下)[S].

[6] 王国梁.高速公路隧道施工监控量测[J].山西建筑,2009,35(31):320-321.