哈齐客专CPⅢ平面控制网测量变形分析

高明强

摘 要：通过CPⅢ平面控制网测量大量实测数据和结构变形理论分析，证明了桥梁上CPⅢ平面控制网受结构温度变形较大，特别是不同时间段CPⅢ网段搭接测量和特殊大跨连续梁的CPⅢ测量坐标偏差较大。为了消除或减小结构变形对CPⅢ平面控制网精度的影响，采取必要解决方案，满足CPⅢ平面控制网测量和使用精度，满足高速铁路无砟轨道施工和运营维护需要。

关键词：CPⅢ平面控制网；变形分析；解决方法

中图分类号： U212 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-155-3

1 概述

哈齐客专是黑龙江省省会哈尔滨市至齐齐哈尔市之间的高速铁路客运专线的简称，是国家“十二五”规划的重点工程，是黑龙江省第一条省内城际间客运专线，是《中长期铁路网规划》“四纵四横”高速铁路网中京哈客运专线的重要组成部分。全省年平均气温多在-5℃～5℃之间，由南向北降低，四季分明，气温月际变化强烈，一般在8～10℃左右，这种温度的变化对铁路建设后期线上轨道控制网测量的精度产生一定的影响。

CPⅢ轨道控制网测量为轨道铺设和运营维护提供控制基准，采用多测回自由设站边角交会的方法进行测量，具有外业测量精度要求高，对外界环境要求高的特点。测量过程贯穿于整个无砟轨道施工过程中，由于外界环境和施工的影响，CPⅢ平面控制网会产生变形，特别是连续梁和搭接段落由于变形造成复测成果超限。

本文主要分析桥梁上CPⅢ测量，由于桥梁变形引起 CPⅢ平面控制网的变形，通过变形原因分析从而提出测量解决方法。

2 CPⅢ平面控制网变形分析

2.1 CPⅢ平面控制网测量方法

CPⅢ平面控制测量采用自由设站边角交会方法施测，每站以2×3对点为测量目标，测量时应保证每个点至少在不同的测站上被测量3次，观测距离不超过180m。

CPⅢ平面网应附合于CPⅡ控制点上，每600m左右应联测一个CPⅡ加密控制点，加密控制网埋设于桥梁固定支座正上方防撞墙顶部，采用GPS 测量。CPⅢ平面网与上一级CPⅡ控制点联测时，应至少通过3个连续的自由测站或3个以上CPⅢ点进行联测，联测距离不超过180m。一般 CPⅢ测量布网形式示意图见图1。

2.2 CPⅢ平面控制网变形分析

2.2.1 温度变形影响分析

CPⅢ标志一般埋设于梁体固定端防撞墙上，固定端设置1个固定支座，一个活动支座，由于温度不同， 梁体会产生收缩变形，CPⅢ标志以固定支座为中心产生横向变形。由于 CPⅢ标志到固定支座距离大小不等， 固定支座上方标志移动量较小，活动端支座移动量较大。还有梁体上下温度不一致造成弯曲变形，以两支座为中心活动，距离较短，对坐标和高程影响较小，可不考虑。梁体CPⅢ标志温度变形示意图见图2。

2.2.2 温度变化引起横向变形计算

计算公式：Δlt=（Tmax-Tmin）××L

式中，Δlt：温度变化之伸缩量；

Tmax：测量较高温度；

Tmin：测量较低温度；

：线膨胀系数；

L：伸缩梁长度。

一般设计时线膨胀系数可按表1数据参考选用：

2.2.3 简支梁上CPⅢ标志横向温度变形计算示例

以温度变化 20℃为例计算：

左侧 CPⅢ标志位移：

Δlt1=20×10×10-6×（2300+4600）=-1.38mm

右侧 CPⅢ标志位移：Δlt2=20×10×10-6×2300=0.46mm

两标志相对位移：Δlt=Δlt2-Δlt1=1.84mm

2.2.4 连续梁上CPⅢ标志纵向温变形计算示例

连续梁多跨为一个整体，只有一个主墩设置一个固定支座，会出现CPⅢ标志埋设于活动支座或大跨连续梁跨中上方防撞墙顶，收缩变形较大，以 64m连续梁温度变化20℃为例计算纵向变形量：Δlt=20×10×10-6×64×1000=12.8mm

从计算结果看连续梁CPⅢ标志位移随温度和跨度变化，变形较大，使用时要特别注意。

3 CPⅢ测量变形分析

3.1 直接计算搭接段坐标比较

根据不同时间段测量的成果比较，可以发现控制网存在温度变化引起的变形，对两段数据单独计算，比较搭接段测量成果坐标偏差，如下表2：

从表3-1可以看出，温度差异 21℃左右，单号点左侧活动支座端偏差较大，双号点右侧固定支座端偏差较小，与分析结果基本一致。

将上面两段测量搭接段坐标展绘在图上，可以看出二段点位基本按照分析情况向外横向发生位移。具体位移详见图3。

3.2 搭接计算成果分析

第二段平差计算分别采用直接计算和搭接计算平差，其中搭接计算分两种情况进行，采用上段一对共用点和单侧固定支座上方两个点做约束平差。各种方法平差计算后，各项精度指标统计详见表3。

从表3中可以看出采用点对搭接约束平差会出现方向改正数较大，最大为 7.94″，精度指标超过与已知点联测 4″的限差要求。其余方向观测值残差图如图4。

若采用端头单侧两个固定支座上测点进行约束平差，由于固定支座上方测点位移较小，故约束平差后各项精度指标均满足要求。

3.3 连续梁等特殊结构梁上CPⅢ坐标复测成果比较

以40m+64m+40m 连续梁为例，测量温度相差15℃在右时复测与原测坐标比较成果见表4。

从表3-3可看出活动支座上CPⅢ复测坐标与原测坐标差比较较大，连续梁外侧固定端复测坐标也有影响，坐标较差偏大，特别是固定端活动支座上CPⅢ复测坐标偏差超过3mm。

3.4 验证结论

通过实例验证了温度变化对 CPⅢ平面控制网稳定性影响较大，温度变化较大时，控制网变形较大，相邻测段不同时间段搭接测量时横向变形对搭接精度的影响较大，特别是大跨连续梁的伸缩变形导致CPⅢ平面控制网变形很大，给CPⅢ测量和使用带来很大困难。

4 解决方案

为消除或减小梁体温度变形对CPⅢ平面控制网稳定性的影响，在CPⅢ测量和使用时可以采取以下措施：

①尽量缩短相邻段CPⅢ测量时间，测量时选择在夜间或阴天等比较良好的天气状况，减小温度变化对控制网相邻网段搭接测量影响。

②相邻段落搭接测量约束时应选用端头至少1对固定支座上的CPⅢ点进行约束，减少温度变形对测量精度影响。

③在轨道板铺设、轨道检测等关键工序施工前要进行CPⅢ复测。

④对于大跨连续梁等特殊结构CPⅢ测量时，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。

⑤大跨连续梁轨道板铺设和轨道基准网测量的时间段要尽量与测量CPⅢ的时间、温度、环境一致。如果使用与测量时间相隔较长，温度变化较大，可采用连续梁两边相对稳定的点进行局部测量修正，减小温度变形影响。

⑥根据实测梁体温度及伸长量，比较准确地推算出梁体线膨胀系数，然后根据使用时和测量时温差，计算出使用时CPⅢ变形量，根据坐标方位角实时修正CPⅢ坐标。此方案适用于温度变化较大，使用频次较高的大跨连续梁。

5 结束语

本文详细分析验证了温度变形对桥梁CPⅢ轨道控制网变形影响，特别是不同时间段 CPⅢ网段搭接测量和特殊大跨连续梁的CPⅢ测量坐标偏差较大。为消除或减小梁体温度变形对桥梁 CPⅢ平面控制网稳定性的影响，提出了具体的解决方案，满足CPⅢ平面控制网测量和使用精度，为高速铁路无砟轨道施工和运营维护提供可靠的控制基准。

参 考 文 献

[1] 李扬海，等.公路桥梁伸缩装置[M].北京：人民交通出版社，2006.2.

[2] 哈齐铁路客运专线有限责任公司.新建铁路哈齐铁路客运专线轨道控制网（CPⅢ）测量技术方案.2013.3.

[3] 中铁二院工程集团有限责任公司.高速铁路工程测量规范TB10601-2009[S].北京：中国铁道出版社，2010.1.

[4] 中华人民共和国铁道部.客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南.铁建设[2006]158号.