广西沿海铁路轨道控制网(CPⅢ)静态验收技术方案设计

2013-04-14周昊

铁道勘察 2013年1期

周　昊

(南宁铁路局建设管理处，广西南宁　530029)

1　概述

广西沿海铁路是我国沿海铁路的重要组成部分，是广西乃至西南地区出海大通道的主要铁路运输通道，北部湾城市最主要的交通大动脉，中国—东盟国际铁路通道的重要组成部分，包括三部分：南钦铁路、钦防铁路、钦北铁路，速度目标值250 km/h。南钦线正线全长约98 km，钦北线99 km，钦防线仅有62 km。北部湾4市将进入同城时代，融入1小时经济圈。

高速铁路轨道控制网(简称CPⅢ控制网)是沿铁路线路布设的三维控制网，其平面网起闭于基础平面控制网(CPⅠ)或线路控制网(CPⅡ)，其高程网起闭于线路水准基点。CPⅢ控制网一般在线下工程施工完成和沉降评估通过后进行施测，是高速铁路施工期间无砟轨道板精调、轨道精调和高速铁路运营期间轨道维护的测量控制基准，高铁通车运营后变形监控的基准网，称之为精密测量网的重中之重。CPⅢ控制网的控制点布设密度为：沿铁路线两侧路肩上，纵向约60 m布设一对CPⅢ点，点对横向间距为10～20 m。CPⅢ控制网具有网点数量众多、外业观测数据量大、相对精度要求高和观测方法及控制点标志特殊等特点。

静态验收是对建设项目按设计完成且质量合格、设备安装调试完毕且质量合格而进行检查确认的过程。静态验收涉及工务、通信、信号、房建、轨道控制网(CPⅢ)、环保等相关专业。南宁铁路局组织的静态验收工作组将采用内业检查、外业检查和重点抽查相结合的方式，根据验收及开通计划安排，组织建设、设计、施工、监理和设备管理单位相关人员，徒步对全线各项工程逐个进行检查评定，对检查中发现的问题进行梳理，形成问题库并制定整改措施，明确责任单位、责任人和整改时间，确保验收和问题整改后的复验效果。本文重点对轨道控制网(CPⅢ)的静态验收标准进行技术方案的设计。

2　轨道控制网(CPⅢ)技术方案设计

2.1　CPⅢ坐标系统设计及起算数据

CPⅢ分为平面坐标系和高程坐标系。平面坐标系统采用中铁二院提供的精测网CPI和CPⅡ成果坐标系统，该系统为工程独立坐标系，参考椭球为北京54椭球体参数，分为若干个投影带，高程基准采用1985国家高程基准。CPⅢ的起算数据一般采用CPⅡ加密成果和二等水准加密成果作为起算数据。CPⅡ加密和二等水准加密按照相关测量标准进行布点、埋标、观测和平差计算。

2.2　CPⅢ点布设

路基段CPⅢ网点成对布设在路基上设置的专用控制点桩上，专用控制点桩必须具有稳定的基础。专用控制点桩基础可利用接触网杆的扩大基础，即沿线路纵向靠近线路中线位置将接触网杆基础扩大30 cm，扩大基础宽度30 cm，埋深不小于50 cm。为保证CPⅢ点的稳定性，扩大基础应与接触网基础同时浇筑，实施方案如图1所示。

图1　路基段CPⅢ控制点桩在接触网杆扩大基础上埋设示意(单位：mm)

专用控制点桩基础采用独立基础时，选择便于观察的位置进行浇筑，基础规格30 cm×30 cm，埋深至筏板基础上。专用控制点桩高0.6 m，直径20 cm，在施工时应加4根直径为6 mm的钢筋。CPⅢ预埋件应埋设至圆柱顶部尽量靠线路方向的位置(避免后期侧面立上电气化杆后被遮挡)，加盖防水皮套，浇筑接触网杆基础时连同CPⅢ点基础一起浇筑，以保证CPⅢ点的稳定性(如图2所示)。桥梁段CPⅢ点成对布设在墩台顶部桥梁固定支座端正上方的防撞墙顶中部，偏差不应大于0.1 m，如图3所示。

图2　路基段专用控制点桩上的CPⅢ点示意

图3　桥梁段CPⅢ点的布设

(1)简支梁部分

对于24 m或32 m简支梁，每2孔布设一对CPⅢ点，相邻两对CPⅢ点间距约为64 m(32+32) m、56 m(32+24) m或48 m(24+24) m。对于连续24 m简支梁，根据实际情况也可每三孔布设一对CPⅢ点。

(2)普通连续梁

对于连续梁，CPⅢ应优先布设于固定端上方。对于跨度超过80 m的连续梁，应在跨中50～80 m间距尽量均匀布设一对或几对CPⅢ点，对跨中的CPⅢ点使用或复测时，尽可能保证与施测的外部环境相同，使用前应对整个连续梁段进行复核。

(3)大跨连续梁和特殊结构

结合梁跨结构形式、跨度、材料的不同，按CPⅢ点的布设要求和间距进行布点，可适当增大相邻点对间距，但最长不超过90 m。整个段落要在较短的同一段时间、同一温度、环境下进行测量。测量CPⅢ的时间和铺板的时间尽量相隔时间要短，且荷载没有大的变化。如果相隔时间较长或温度、环境、荷载有较大的变化，要进行重新复测后使用。铺板的时间段要和测量CPⅢ的时间、温度、环境一致，应尽量在夜间或阴天温度变化较小的时间段内进行。

隧道段CPⅢ点成对布设在电缆槽顶面以上30 cm的边墙内衬上，隧道段相邻两对CPⅢ点纵向距离约60 m。隧道段CPⅢ点布设具体位置如图4所示。既有车站内贯通线一般埋设在站台廊檐上，测量标志横向埋设。

图4　隧道段CPⅢ点的布设(单位：m)

2.3　CPⅢ平面外业观测及精度要求

CPⅢ控制网采用自由测站边角交会的方法测量，每个自由测站观测12个CPⅢ点。自由测站间距一般约为120 m，观测CPⅢ点的最远距离不应大于180 m，每个CPⅢ点至少应保证有三个自由测站的方向和距离观测量，具体测量方法如图5所示。

图5　CPⅢ网平面测量网形示意

CPⅢ网平面测量水平方向应采用全圆方向观测法进行观测。水平方向观测应满足表1的规定。CPⅢ网平面测量距离观测采用多测回距离观测法，应满足表2的规定。边长观测应实时在全站仪中输入温度和气压进行气象元素改正，温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5 hPa。CPⅢ网平面测量应在气象条件相对比较稳定的天气(温差变化较小，湿度较小)下进行，尽量选择无风的阴天或夜晚无风的时段施测。应完全避开日出、日落、日中天前后1 h的时段观测，夜间观测应注意避开强光源对观测的影响。CPⅢ网平面测量可根据施工需要分段测量，分段测量的区段长度不宜小于4 km，区段间观测不应少于6对重叠的CPⅢ点。区段接头不应位于车站、道岔或连续梁范围内。

表1　CPⅢ网平面测量水平方向观测技术要求

表2　CPⅢ平面网距离观测技术要求

2.4　CPⅢ高程外业观测及精度要求

CPⅢ高程控制网水准路线采用如图6所示的矩形法水准路线形式，每相邻的两对CPⅢ点之间都构成一个闭合环。CPⅢ高程控制点与平面控制点共桩，在进行棱镜中心高程的水准测量时，只需直接将水准测量杆件插入套筒内即可测量。通过减去水准杆件球形的半径值即可方便地获得棱镜中心的精确高程。CPⅢ控制点高程限差要求如表3所示。精密水准测量水准路线的精度要求如表4所示。精密水准观测测站的主要技术要求如表5所示

表3　CPⅢ控制点高程限差要求

表4　精密水准测量水准路线的精度要求　mm

表5　精密水准观测测站的技术要求

图6　矩形法CPⅢ高程网测量原理示意

3　CPⅢ的平差及精度要求

CPⅢ平面控制网数据计算和平差处理，应采用铁道部主管部门评审合格的软件，而且全线CPⅢ平面网平差计算的软件应统一，数据处理软件应与全站仪数据采集接口兼容。广西沿海铁路采用铁四院CPⅢ DAS软件进行CPⅢ网数据处理和平差计算。CPⅢ控制网平面测量完成后，先采用独立自由网平差，再采用复测合格的CPⅠ、CPⅡ点或CPⅡ加密点成果进行固定约束平差。为保证每次设站测量过程中，所有棱镜都安插到同样的位置，可根据相邻测站与任意一对CPⅢ控制点组成的闭合环的闭合差进行检核，检核精度应满足表6的要求。CPⅢ控制网平面测量自由网平差时，按表7的规定对各项技术指标进行统计分析，检核控制网自由网平差的精度。CPⅢ平面控制网自由平差满足表8的要求后，才能进行平面网约束平差。按规定对各项技术指标进行统计分析，检核控制网约束平差的精度。

表6　CPⅢ平面网横向闭合差检核限差

表7　CPⅢ平面网自由网平差后的主要技术要求

表8　CPⅢ平面网约束网平差后的主要技术要求

4　静态验收数据抽样检查分析

本次采样数据里程范围为：DK037+000～DK048+495段(施工里程)，全长约11.5 km。本测段中央子午线为108°30′00″，投影面大地高为150 m，高程系统采用1985国家高程基准。对该测段数据进行精度分析，得出如下结果：CPⅢ平面控制网的观测数据满足各项精度指标，通过平差计算各改正数均在规定值范围内，独立平差后与前一区段重叠点坐标较差最大值为2.3 mm，约束前一区段部分重叠CPⅢ点平差后，未约束的公共点在该区段与后一区段的坐标差值最大为0.8 mm。点间相对点位精度最大为0.50 mm，最小为0.23 mm，平均为0.34 mm(见图7)。高程控制网中相邻CPⅢ点高差中误差均小于0.5 mm(见图8)。高程控制网中环闭合差及附和线路闭合差满足规范要求。以上指标均小于《高速铁路工程测量规范》(TB10601—2009)要求。