基于全站仪的无轨测量技术在接触网工程中的应用

武晓朦，赵 琦

（西安石油大学电子工程学院 陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安 710065）

0 引 言

我国铁路建设工期往往比较紧促，站后四电工程和土建、铺轨等施工交叉较多，特别是接触网工程，从基础开挖浇筑、锚栓打孔预埋到送电开通运营，往往需要较长的施工工期。因此，寻求可行、可靠的无轨测量方案和方法成为接触网工程施工的一项重要任务。下面将结合实际工程中的应用该方法进行测量的例子，验证该方案的可行性和经济性。

1 常见的无轨测量方法

1.1 接触网基础定位测量方法

依据道岔的岔心里程等确定起测点，依据接触网平面布置图采用钢卷尺进行纵向测量，将各支柱位置在路基上做出标识，最后进行基坑开挖前横向定位测量。横向测量主要依靠土建或铺轨单位移交的线路中心桩，通过经纬仪、绷线绳等方法穿直线确定支柱位置处的线路中心。该方法严重受到土建、铺轨单位交桩单位制约，交桩的时间、交桩的精度均为不可控因素，特别是在铁路的大车站、城际铁路的车辆段、停车场等地方，基础浇筑往往成为制约接触网施工进度的关键因素，一旦错过最佳时机，施工成本将成倍增加。

1.2 地线段刚性悬挂点定位测量方法

依据道岔岔心里程等确定起测点，依据接触网平面布置图采用钢卷尺进行纵向测量，将各悬挂点位置在隧道壁上做出标识，最后进行打孔前横向定位测量。横向测量时因为没有轨道，线路中心位置确定成为难点。采用平分隧道断面法确定线路中心线不仅误差大（隧道中心与轨道线路中心存在偏差，而且偏差不具有规律，不可控），而且不能用于曲线段。

2 采用全站仪无轨测量

联系土建或铺轨单位移交线路参数、基准线逐桩坐标、线路纵断面图等资料，联系土建单位进行现场交桩（控制点移交），根据图纸中“曲线要素表”反映的数据，对比正确无误后根据交点坐标计算各放样点（支柱基础位置或刚性悬挂点位置）坐标，根据纵断面图计算轨面高程。将控制点坐标、各放样点坐标输入全站仪，到施工现场使用全站仪（一般采用后方交会）进行测量放样，直接确定支柱基础位置或刚性悬挂点位置。

采用全站仪无轨进行测量分为内业资料整理和现场测量两大部分。内业资料整理准确性对测量精度影响很大，是该测量方法的重中之重。下面以西安北至机场城际轨道工程为例来说明该方法。

2.1 资料移交

在“四电工程”开工前，由建设单位组织“四电”施工单位、监理单位以及相关站前单位进行交桩资料移交，如图1所示。

2.2 现场交桩

现场交桩是接触网现场勘测中一个极其重要的环节，目的是现场核实站前单位（也就是下文提到的土建单位）提供的基桩是否合理以及是否具有移交条件。站前单位交桩不是一次交接所有的桩点，其干完多少区段，就向站后单位交接多少区段。所以，站前单位得到线路资料后要及时跟进，发现问题及时联系线路施工的施工单位，目的是办理移交手续。需要一同前往现场共同查看和办理线路基桩交接手续，行业内叫“交点”。

图1 交桩资料

土建单位提供现场正式版坐标桩。从以往的现场施工看，土建单位的交桩很多，每一个桩点不一定满足站后单位的要求，有的现场桩点与图纸不对应或者桩点不满足站后单位的需求，所以必须是目前浇筑完成后的坐标，而且需结合设计院提供的相应图纸。以下是从西安机场线采集的数据（下同），具体如表1所示。

2.3 线路参数计算

坐标计算是很重要的环节之一。线路参数是根据图纸中“曲线要素表”反映的数据，利用现场采集的数据与标准值进行比较，查看现场值与设计院提供的标准值的量的对应情况。

以交点法坐标计算为例，交点的参数主要有X(N)坐标、Y(E)坐标、半径、Ls1、Ls2和桩号。

（1）在相应的软件中输入交点参数值，QD代表起点坐标，ZD代表终点坐标，桩号为起点坐标对应的里程数，如图2所示。

图2 线路参数计算

（2）点击生成直曲线后，在直曲线表中核对生成的曲线要素是否与CAD图中的各参数一致，如图3所示。

表1 控制点坐标2017.12.20

图3 直曲线后参数值

（3）进行中桩坐标计算，如图4所示。

图4 桩坐标计算

（4）坐标转换与生图，即对生成的中桩坐标进行转换，如数据在EXCEL中A、B两列，在C列中输入“＝A&"，”&B”，如图5所示。

图5 坐标转换

（5）轨面高程计算[1-2]公式如下：

式中：H为支柱处轨面高程；Hz为变坡点高程；L为支柱点距变坡点距离；i为坡度（%）。

在实际工程应用中，对纵断面图中竖曲线参数数据进行统计，应用EXCEL工具进行分析。

2.4 现场定测

2.4.1 地下段刚性悬挂点测量定位

将控制点坐标、各放样点坐标（按照以上方法计算的各悬挂点线路中心坐标）输入全站仪中，到施工现场使用全站仪（一般采用后方交会）进行测量放样，直接确定出刚性悬挂点位置，做好标记。

2.4.2 基础测量定位

基础位置受基础中心控制，距离线路中心的偏移值按照限界加支柱宽度一半，再考虑支柱允许限界误差确定，从而直接计算出基础中心位置的坐标。为了便于现场施工，利用前期生成的CAD图纸，以基础中心定位画半径2 m的圆，再利用多线段命令交点连接，用Line命令提取坐标导入Excel表格中。即在基础中心顺线路方向、平行线路中心线、距离基础中心各2 m处分别砸定位木桩，以便基础开挖和安装模具过程中进行校核。

3 经济性分析

3.1 采用全站仪无轨测量的优点

3.1.1 施工作业效率提高，施工质量提高

由于受到现场实际条件的约束，目前牵引供电系统接触网立杆测量中很常见的方法是利用人工开挖、浇筑和无轨定测对接触网下部工程施工工艺改进，实现接触网下部工程可以先推进，实现施工流程的先施工，而基础等施工项目可以用机械来替代，极大地提高了安全系数。

3.1.2 避免与其他专业管线交叉而引起返工现象

本文介绍的接触网底座或者立杆基础是在其他专业之前完成的，避开了本专业的施工难度，掌握了主动权，也为其他专业提供了方便。

3.1.3 有效避免了道碴污染，节约了文明施工成本

采用无轨测量对接触网下部工程施工工艺进行改进，实现接触网基础的提前施工，可避免道碴污染，节约文明施工成本，特别是如今对环境要求越来越高的情况下，这种施工方法得到了推广。

3.1.4 保障施工进度

保障了施工进度，避免因工期紧张而造成施工质量下降，更避免了因进度滞后造成建设单位的考核不合格。

3.2 经济分析

以西安机场线正线地面段（2.9 km）接触网施工为例，地面段（秦宫至秦汉新城站（含））柔性悬挂主要工程量如表2所示。

（1）人工费分析。每个基坑开挖按照2人开挖3天计算，共需人工798工日（2×3×133），即节约人工费为798×220=175 560元。

（2）机械费分析。采用机械开挖，每天能成型约8个基础，共需16.5个机械台班，机械台班费为16.5×2 000=33 000元。

（3）文明施工成本降低费、窝工费、抢工增加费等预计节约50 000元。

综上所述，共计节约成本175 560-33 000+50 000=192 560元。

表2 地面段（秦宫至秦汉新城站（含））柔性悬挂主要工程量

4 结 论

从节约成本可以看出，全站仪无轨测量带来的经济效益明显。如果在工期无法满足的情况下或者紧张的情况下，可以利用这种方法测量，为接触网后续施工提供有利保证，对于加快城市轨道牵引供电系统接触网施工具有重要意义。