隧道内接触网施工测量方法研究

谢琪峰

(中铁二十局集团电气化工程有限公司，陕西西安 710119)

1 工程概况

电气化铁路隧道施工包括施工测量、打孔、锚植和安装等主要环节。由于目前我国隧道施工测量尚无比较先进的专用测量工具，特别是隧道内锚段关节和下锚锚臂位置及旋转滑轮底座等装置的测量工作，要求顺线路方向导线与锚臂前端安装的滑轮必须保持在同一垂面，垂直线路方向锚臂前端安装的滑轮必须与隧道壁上安装的多个旋转滑轮底座在同一垂面，才能较好的解决补偿滑轮钢丝绳的偏磨的问题。受隧道内地形、环境、交叉施工、光线等影响，施工测量就比较难准确测量定位。

以太中银双线铁路为例，隧道较多，隧道内测量定位的工作量非常大，复杂多变，隧道内锚段关节多、设备多、特殊位置多，改变了传统的锚段关节在隧道预留洞门墙上下锚的设计方案(采取洞内预留锚段关节和下锚)。

2 测量方法

施工测量是隧道施工的关键和依据。若不能准确一步到位，将严重制约着后续工序打孔、锚植和安装，对隧道施工质量至关重要，如果一旦出现差错，就会造成锚植错误和安装困难。隧道内的各种埋入杆是不能重新拔出的，否则会造成对材料的严重浪费和较大返工。因此对测量工作提出了严格的要求，不能出现丝毫差错。

2.1 测量

现在的隧道施工测量都是以人工为主，测量工器具为:钢卷尺、水平尺、竹竿、线坠、记号笔等，原始测量方法，施工测量受人为因素影响，无法掌握，更不能控制测量误差。图1为隧道吊柱安装示意图。如采用一般的测量方法:不仅造成锚植螺栓间距误差大，吊柱、锚臂不能正常安装;而且吊柱或锚臂倾斜严重，易引起带电体与隧道壁绝缘距离降低，造成瞬间放电现象发生和重复施工。分析原因是由于积累测量误差和没有更好的测量方法等多种因素造成的。如设计误差、测量偏差、打灌偏差、安装误差及材料等原因。这里主要讲设计误差和测量方法偏差。

1)一般直线测量方法:如双线路隧道吊柱安装示意图如图1所示，人工测量如图2所示。

线下施工单位交线路中心桩。依据线路中心根据设计要求测量出隧道内接触网悬挂装置位置，直线区段吊柱应位于隧道中心位置左右对称布置。图1中吊柱中心为L1(L2)=CX-吊柱宽度(施工中最容易忽略的计算数字，容易导致吊柱CX不能达到标准，对下步施工严重影响支持装置的安全距离)。用竹竿上已绑好的线坠吊出吊柱的中心位置和利用竹竿上记号笔画出隧道顶上吊柱的中心位置，最后再根据吊柱的中心位置，提前制作吊柱底盘模板，进行吊柱底盘螺栓打孔作业。确定孔位后，因吊柱底盘本身与柱体存在夹角，因此打孔要求垂直打孔，并且保证孔距精确间距。

图1 双线路隧道吊柱安装示意图

图2 隧道内人工测量示意图

2)曲线上和“S”形隧道内测量，吊柱位于隧道中心位置左右不对称布置，见图2:直线测量和曲线测量方法基本相同，唯独吊柱中心为L1(L2)=C±δ-吊柱宽度经常发生一些不该出现的差错。隧道吊柱中心偏离多少与线路的超高值有关，在正确安装吊柱位置时，曲外为+δ、曲内为-δ。偏差过大会造成电力机车受电弓与邻线绝缘距离不能达到要求，再加上测量偏差、锚植偏差、安装误差及材料等原因，很容易造成返工及绝缘距离不够等。故确定吊柱中心位置是关键的一步。

在测量工作中引起的测量误差主要是在测量过程中容易疲劳，作标记打油漆点不准确，即不能打到指定位置出现偏差，竹竿过长后易发生弯曲，加之隧道内光线不好，油漆点刷的过大、油漆太多或太少、看不见标志点等因素。如果出现标志点找不到的情况，测量人员应及时补测。隧道内交叉施工带来的空气浑浊、机械尾气排放以及各种粉尘及噪声极易给测量人员带来不少困难。测量人员会感到空气中缺氧，人的思维减缓，引起反应迟钝，直接影响到测量数据的准确性和可靠性，容易造成测量人员的错觉;加上光线昏暗引起视觉误差，隧道内一片漆黑，测量人员难以找到一个固定的参照物。

2.2 仪器测量

经过施工经验和慢慢摸索研究，我们总结出自己的一套隧道内直线和曲线施工方法(见图3)，增加了测量的难度，特别是长大隧道更为严重。限性测量方法和测量工具，采用高端工具和新方法。

首先从施工工器具和测量工具上改进，选用土建单位施工使用的激光垂准仪。

1)激光垂准仪基本参数为:一侧垂准偏差1/5万;长水准器角值20″/2 mm;波长635 mm;激光等级2级;放大倍率25倍。采用激光垂准仪测量改掉以往用线坠悬吊的误差。

2)采用提前编制好的计算机程序，套用统一的计算公式，简便计算公式和复核方法，直接计算出从线路中心至吊柱中心位置的距离。根据线下交桩，直接用全站仪和棱镜测量出吊柱中心位置，完全丢掉了钢卷尺测量。将垂准仪下点直接对准棱镜位置点，调整垂准仪水准，直接测量出隧道顶吊柱中心位置。

图3 隧道内仪器测量示意图

3)利用垂准仪激光打出隧道吊柱中心位置，梯车上人员直接拿吊柱底盘模具直接画出吊柱中心位置及螺栓位置。

4)确定吊柱中心位置后，全站仪测量出线路中心位置，用钢卷尺进行再次复核，确保误差在可控范围。

5)隧道内的接触网的施工测量工作不是简单的抄图照搬设计图纸，主要是在测量工作之前审图，发现问题及时提出相应改正设计方案和措施，测量之前要熟悉图纸中的各种尺寸和相关数据，关键数据和几何尺寸要两人相互核算确认。确认无误后，才能进行施工测量。完成隧道内测量及吊柱安装工程。

2.3 三维测量法

隧道内承导下锚重型锚臂位置及旋转滑轮底座位置测量更是目前行业中测量方法中的缺陷，最常用的就是人工线垂测量。这种方法虽简单，但最容易造成返工和施工安装后容易造成偏磨、脱槽断线等问题。下面就我们自己总结使用的三维测量法进行简要介绍。

1)由于下锚处隧道壁结构的复杂性和高铁对下锚装置标准要求高，给施工测量带来诸多不便。首先测量仪器因为地形和参数(全站仪镜头向上抬视角度最多只能达到60°左右)无法使用，加上一般有下锚位置的隧道净空高度要比普通吊柱安装的净空高出近2 m，最高处达11 m多，给施工人员在隧道顶壁打孔、测量带来了更高的要求。

a.一般测量方法:采用人工线坠悬吊测量，使用线坠悬吊出垂直隧道壁的所有旋转滑轮底座位置进行打孔，即图4中B向所示。

b.测量出锚臂位置，这个可以采用垂准仪前面测量吊柱的方法来控制误差及绝缘安全距离，以不至于返工。

c.最难控制的要点所示(见图4)，旋转滑轮底座与重型锚臂承、导下锚卡箍的水平控制。如果旋转底座滑轮高或低于下锚补偿滑轮高度，补偿滑轮容易脱槽;旋转底座滑轮向左或右偏于下锚补偿滑轮，容易导致旋转底座滑轮脱槽。为此我们组织人员对该难度施工进行攻关，突破用线坠施工的方法，并得到良好的改进。最终提出三维测量下锚位置的方法。

2)三维测量方法简单明了(见图5)。在使用线坠测量方法的同时得到了大幅度改进。只要从地面上确定隧道顶锚臂位置，使用改装的三角测尺使其构成三维保证三条轴线角度为90°，这样才能确保测量出来的旋转滑轮底座与重型锚臂承、导下锚卡箍的水平控制。既保证了旋转底座滑轮与下锚补偿滑轮呈水平，又保证旋转底座滑轮与下锚补偿滑轮在同一水平面。这种方法简单易掌握，不易造成返工和施工安装后偏磨及脱槽断线等问题。

图4 隧道内下锚示意图

图5 隧道三维定位测量示意图

3 结语

我个人认为工程技术人员就是要依据现场状况，结合理论补充完善设计图纸的缺陷，对不清楚的数据和尺寸要与专线工程师和设计院联系落实。其实设计图纸只是工程技术人员施工的主要依据之一，它也不是绝对不变的，隧道净空高度、关节预留位置、隧道断面开挖尺寸与设计是否相符等，都要去核实。工程技术人员也不能随意改动设计图纸的数据和尺寸，因为它是设计人员经过认真计算出来的，否则会弄巧成拙。施工现场与设计不符时要修改设计，在测量时我们发现的种种情况有可以避免和无法避免两种。施工测量是我们施工的前提，减少不必要的施工麻烦，我认为是完全可以避免的。隧道测量主要坚持两个原则:

1)确保机车受电弓能正常地从网上平稳运行。

2)确保隧道内各种设备的对地绝缘距离、设备与设备间的绝缘距离、设备转动件灵活可靠使用。

对于其他数据和尺寸的设计是针对各种设备相互连接以及运营、管理维护等而设计的，尽管隧道施工测量复杂，各种数据繁多(特别是绝缘锚段关节)，只要把握住重点，其他的问题就可以迎刃而解。

隧道施工测量，以目前的测量方法和测量工具来讲，已不能满足我国今后的高速电气化铁路发展的需要，建议研究一些适合于新建山区隧道群的电气化铁路隧道施工测量的专用工具和机械设备，来改变电气化铁路的高速运行，为大家创造更高效益。

[1] 中铁电气化局集团有限公司.TB 10421-2003铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[M].北京:中国铁道出版社，2004:83-85.

[2] 吉鹏霄，张桂林.电气化铁路接触网[M].北京:化学工业出版社，2011:173-182.

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