桥隧相连工程整体施工独立控制网建网方案探讨

2012-08-02付宏平陈光金刘海江

铁道标准设计 2012年4期

付宏平，陈光金，刘海江

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043;2.大西铁路客运专线有限责任公司，太原 030027)

《高速铁路工程测量规范》(TB10601—2009)规定:“复杂特大桥应建立独立的施工测量平面、高程控制网”;“当线路平面控制网精度不能满足隧道平面控制测量要求时，应建立隧道独立平面控制网，并与隧道洞口附近线路平面控制点联测”;“平面控制网坐标系宜采用以隧道平均高程面为基准面，以隧道长直线或曲线隧道切线(或公切线)为坐标轴的施工独立坐标系，坐标轴的选取应方便施工使用”;“高程系统应与线路高程系统相同”。

文献[1]对铁路精测网对桥隧施工测量的影响进行了分析，得出结论:“在桥梁、隧道施工中，如果采用在线路精测网CPⅠ、CPⅡ下的加密网代替独立施工控制网，用设计理论中线数据进行施工。由于施工加密网与原测CPⅠ、CPⅡ不是同期网，虽然进行了兼容性、稳定性检查，但两期CPⅠ、CPⅡ间的角度发生了变化。对桥梁工程而言，直接体现为拨角放样误差，影响墩台的横向位置。对隧道工程而言，由于CPⅠ控制点数量少(进、出洞口一般各2个)、洞口间距离较远，加上测量误差的存在，点间的相对位置变化不能有效判别，若以CPⅠ、CPⅡ为基准加密，实际扭曲了CPⅠ、CPⅡ与新设控制点间的相对关系，不利于隧道准确贯通”。因此必须建立特大桥、特长隧道独立施工控制网。

对于长大桥隧相连工程，由于施工测量精度要求高，必须保证施工控制点相对位置准确，使工程平顺衔接或贯通，如何进行长大桥隧相连工程布网设计，是一个值得探讨的问题。针对某铁路黄河特大桥以及特长隧道工程相连的实际情况，结合以往大型桥隧工程施工独立控制网的测量经验，提出建立桥隧整体独立施工控制网的设想，以确保相关工程施工放样精度以及相邻工程施工正确衔接。

1 工程概况

1.1 某铁路黄河特大桥

某铁路黄河特大桥桥梁长度9.983 km。桥梁一侧桥台位于黄河三级阶地上，另一侧桥台位于黄土台塬边上，沿小里程方向形成连续阶梯状陡坎，大部分桥墩坐落于缓和一级阶地、漫滩及河床区。桥梁地区地形平坦，地势起伏较小。桥址处黄河河槽宽浅，主河槽摆动不定。跨河水域宽3.5 km。

1.2 特长隧道

特长隧道全长9.355 km，属于双线长大隧道，结合隧道所处地形、地质条件，考虑施工工期、洞口施工条件及运营期间救援疏散要求，采用4座斜井辅助施工。进口端连接黄河特大桥，出口端连接金水沟大桥。

1.3 相连另一隧道

与金水沟大桥相连另一隧道全长2 244 m，为双线隧道，与特长隧道同处同一条直线，2个隧道洞口相距很近，中间以金水沟大桥相连接。

2 平面独立控制网网形设计

某铁路跨越黄河段落属于典型的桥隧相连工程，线路经黄河特大桥后直接进入特长隧道，出隧道后接入金水沟大桥，金水沟大桥接入相连另一个隧道。在这样的区段桥、隧施工控制网就不宜单独建网。一方面要考虑单体工程的特点以及布网要求，保证测量精度。另一方面还要兼顾工程相关性，达到相邻工程平顺衔接的目的。基于以上两点考虑，该段工程按照桥隧整体独立施工控制网思路进行布网设计，即黄河特大桥-特长隧道-金水沟大桥-相连另一隧道平面独立施工控制网整网同测。

整体施工控制网由隧道控制网和桥梁控制网两大部分组成。隧道控制网含隧道进出口联系网;两端洞口子网、各斜井洞口子网以及子网间的联系网。桥梁控制网含跨河框架网和旱桥控制网。各控制网的基本网形采用大地四边形、四边形和三角形，均由独立基线矢量构成，各控制网叠加后构成桥隧整体施工控制网。

2.1 隧道进出口联系网

隧道进、出口各布设至少3个控制点，其中，隧道进、出口应设洞口投点，便于将隧道中线以直线边形式纳入控制网中一并考虑。隧道进出口联系网设计网形示意如图1所示。

图1 隧道进出口联系网设计网形示意

2.2 隧道两端洞口子网、各斜井洞口子网和子网间的联系网

隧道每个斜井井口按3个点布设考虑。其中1个控制点应布设在斜井洞口附近(距离斜井洞口不宜短于300 m)，便于施工引测进洞。同时还应放出2个斜井中线投点，并纳入控制网中观测，以确定斜井与中线的精确关系。各子网以及子网间的联系网网形示意如图2所示。

图2 各子网以及子网间的联系网网形示意

2.3 桥梁框架控制网

桥梁控制网主要由跨河框架控制网和旱桥控制网组成，跨河控制点与中线投点组成桥隧长边框架网，同时应纳入利用两岸的定测深埋水准点点位。跨河控制点G1、G2、G3、G4专门建立观测台，高出河面2～3 m，尺寸为1.2 m×1.2m×6 m，其中地面以下5 m，露出地面1 m，为钢筋混凝土结构。桥梁框架网网形示意如图3所示。

2.4 旱桥部分控制网

旱桥部分控制网利用CPⅠ、CPⅡ点位直接联测到框架网上，框架网与旱桥控制网共同构成桥梁施工控制网。控制网的方位、边长精度应满足要求。然后以CPⅠ、CPⅡ的独立坐标作为约束基准，计算加密点的独立施工坐标。在河中心，进行便桥基础施工时，在便桥附近设置2～3个观测墩用于水中墩台放样，可以在跨河控制点下加密。根据大桥现场条件及施工需要，采取路线两侧穿插式加密布置可以避免个别点被破坏无法放样的弊病，相邻两加密点间距不小于300 m，以保证测量精度。旱桥部分控制网网形如图4所示。

图3 桥梁框架网网形示意

图4 旱桥部分控制网网形示意

3 平面控制网坐标系设计

一般情况下，桥隧整体独立施工控制网平面坐标系根据控制网施测完成后的精度情况，可以采用以下坐标系方案之一。

3.1 整体独立施工坐标系

采用隧道坐标系统的轴向，坐标投影高程面取桥梁墩顶的平均高程，桥墩放样不进行改化。整体独立施工坐标系以曲线JD7左线的切线点QS004和加密点QS001确定左中线(QS001用原线路坐标系直接定测在隧道左线上)，左线定为X轴，方位角定位:0°00'00″，以垂直于X轴的直线为Y轴，并以QS001为原点，X坐标为QS001定测里程，Y坐标假定为10 000，坐标投影高程面取桥墩顶面的平均高程390 m，整体独立施工坐标系建立如图5所示。

转换坐标系控制点位置说明:QS001，QS002，QS003，QS004同处于曲线JD7的第一切线边或直线上;QS005，QS006同处于曲线JD7的第二切线边或直线上，这两座桥轴线控制点应该在黄土台塬顶上、黄河三级阶地的高处，能够直接通视，控制直线桥墩方向。

图5 整体独立施工坐标系

实际作业时，放样线路中线投点的置镜点应选择距中线最近的CPI或CPII控制点。投点放出后，首先将中线投点 QS001，QS002，QS003，QS004，QS005，QS006一次测完，并将放样使用的CPI、CPII纳入，然后检查控制点的直线性。在现场满足两端路基平顺衔接的情况下，现场挪动点位，将控制点归化到理论位置后重新测量，再进行全网GPS精密控制测量。检查并选择控制点，保证精测偏角与设计偏角尽量符合，相差最小为原则。

完成控制网观测以及独立施工坐标计算后，精确计算独立控制网下的夹角以及交点坐标，重新计算曲线设计要素，与设计专业结合，检查是否存在设计图纸处理。根据公用点放样位置数据一致性检查情况确定采用1套坐标系或桥隧2套独立坐标系，以方便施工。

3.2 黄河特大桥独立坐标系

以曲线JD7的第二切线边所在直线为X轴，方位角设为0°00'00″，以垂直于X轴的直线为Y轴，以SQ005为坐标系原点，Y坐标假定为10 000，坐标投影高程面取桥墩顶面的平均高程390 m。桥隧采用两套独立坐标系成果，将整体网中的桥梁部分按桥梁独立坐标系统进行转换，方便桥梁施工。坐标系建立如图6所示。

图6 某铁路黄河特大桥独立坐标系

3.3 桥、隧单独坐标系

以隧道轴向、隧道平均高程面515 m建立隧道施工坐标系统;以桥梁轴向、墩顶平均高程面390 m建立桥梁独立施工坐标系统。需要核查从公用点上放样衔接处中线位置是否满足要求。

以上2、3种方案需要核查公用点上放样中线位置数据的一致性，相差大时不能采用。根据该项目工程具体特点，最终采用建立整体独立施工坐标系作为平面控制网坐标系设计方案。

4 高程独立控制网

高程系统沿用铁路线路定测高程系统即1985年国家高程系。桥隧高程控制测量全部按二等精密水准测量技术要求施测。特大桥各加密点均为平面、高程共用控制点。隧道高程控制测量埋桩及施测按进、出口3个点布设，斜井或横洞按2个点以上布设。相邻标段使用同一水准点进行工程衔接处施工放样。

由于该处黄河属于漫滩，河床摆动不定，跨河水域宽度3.5 km，跨河水准测量无法实施，使得桥隧整体独立高程控制网无法实施。利用黄河特大桥施工便桥，按二等水准测量要求进行跨黄河两岸水准点联测。特长隧道高程控制测量采用独立高程系统，对隧道进、出口定测水准点联测，检测合格后作为隧道高程基准。高程测量从定测的水准基点开始，引测至各个隧道进、出口洞口以及斜井洞口。

5 结论与建议

桥隧相连工程施工测量精度要求高，为保证施工控制点相对位置准确，使相连工程平顺衔接或顺利贯通，建立桥隧整体独立施工控制网用于桥隧相连工程的施工控制测量是必要的。如果分开单独布网或者采用精测网(CPⅠ、CPⅡ)下的施工加密网进行施工放样，可能对桥隧工程施工测量精度带来一定影响，开展桥隧相连工程整体独立施工控制网布设方案探讨对于大型桥隧工程施工具有明显的指导意义。

桥隧整体施工独立控制网建立后，应注意检查线路相邻工程平顺衔接问题。黄河特大桥与上一个标段以线路坐标系进行对接，特长隧道-金水沟大桥-相连另一隧道出口与下一个标段也以线路坐标系进行对接，保证线下工程的平顺性。前后相邻两家标段，应签订控制点共用书面协议，保证两家施工放样采用相同的平面、高程控制点。

桥隧工程重大，精度要求高，工程变更调整不易，必须保证控制点的稳定性以及控制网成果的准确性和可靠性。进行控制网的复测是必须的，这也是一种工程惯例。建议桥隧整体独立施工控制网完成后，在工程施工前，开展第三方复测，以确保控制网的质量。

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