CPⅢ控制网测量技术在地铁轨道施工中的应用

2021-11-08马建新

天津建设科技 2021年5期

马建新，蒋政

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300031）

地铁工程轨道铺设工程中，通常采用控制基标作为轨道铺设基准，因各控制基标之间的相对位移关系难以形成整体，导致地铁列车在运行过程中经常出现颠簸、与轨道摩擦噪音大等问题。CPⅢ控制网测量作为新兴的测量技术，具有多测站重复测量、整网统一平差、CPⅢ控制点间相对精度高等优点，被成功应用于高铁轨道施工中[1～3]。郑州地铁3号线为郑州市第一条将CPⅢ控制网测量技术应用于地铁轨道铺设的线路，本文介绍隧道区间、标准车站CPⅢ控制网，单侧形式CPⅢ控制网等网型优化布设，就进一步提高CPⅢ控制网的测量精度提出多种建议。

1 工程概况

郑州地铁3号线工程全线共有曲线段122个，最小曲线半径300 m。CPⅢ控制网布设分2种：在隧道区间、标准车站，CPⅢ控制点成对布设，点对纵向距离30~60 m，布设于隧道壁两侧或中隔墙与站台廊檐上；在个别车站，因站台板施工影响，站台一侧无法布设CPⅢ控制点，点位采用单边形式布网。工程共布设CPⅢ控制网58.815 km，点位2 202个。

2 CPⅢ控制网特征分析

2.1 隧道区间及标准车站CPⅢ控制网布设及测量

选择城东路站—未来大道站—凤台南路站区间左线作为研究实例。见表1。

表1 城东路站—未来大道站—凤台南路站区间左线特征 m

研究范围内共布设CPⅢ控制点64点，外业观测时，每个任意设站观测相邻4对CPⅢ控制点，每对CPⅢ控制点在相邻3个任意测站均能被观测且设站距离最远CPⅢ控制点不超过120 m，间距600～800 m联测一个高等级控制点。见图1。

图1 城东路站—未来大道站凤台南路站区间左线CPⅢ控制点布网及观测

根据曲田等[4]及李建章[5]的研究分析，采用差分法三角高程原理可以极大提高CPⅢ控制点的高程测量精度，满足城市地铁轨道施工精度要求，CPⅢ控制点高程测量与平面测量同步进行，在外业观测数据检核合格后对CPⅢ控制网进行平差。

城东路站—未来大道站—凤台南路站区间左线任意设站控制网联测最大方向改正数2.64″，任意设站与起算点联测方向改正数最大值3.66″；距离改正数＜2 mm占总数的99.4%，任意设站控制网联测最大距离改正数1.87 mm，任意设站与起算点联测距离改正数2.89 mm；CPⅢ控制点最大点位中误差2.57 mm，各项测量指标均满足地铁轨道施工CPⅢ控制点的精度要求[6]。见表2。

表2 城东路站—未来大道站—凤台南路站区间左线CPⅢ控制点平面精度

研究区域内高等级水准点共组成3个附合水准线路，水准线路闭合差均满足二等水准精度要求，平差后最弱点位中误差0.94 mm，最大高差改正数0.95 mm，CPⅢ控制点高程精度满足规范要求[6]。见表3。

表3 城东路站—未来大道站—凤台南路站区间左线CPⅢ控制点高程精度

2.2 单侧形式CPⅢ控制网布设及测量分析

唐恩奎等[7]对高速铁路中单侧形式CPⅢ控制网测量的可行性进行研究，通过CAD仿真数据的计算及实测数据的平差计算，验证单侧CPⅢ网平面精度能满足高速铁路工程测量规范的相关要求。在城市地铁工程施工中，因地下结构空间狭小，各工种施工冲突，导致常规CPⅢ控制网点的测设难以开展。郑州地铁3号线未来大道站右线，因站台板施工影响，站台板一侧无法布设CPⅢ控制点，为不耽误轨道安装进度，对车站内CPⅢ控制点采用单侧布网形式，在外业测量过程中，加密联测高等级控制点。见图2。

图2 未来大道站右线CPⅢ控制点布设网型

未来大道站右线任意设站控制网联测最大方向改正数2.93″，任意设站与起算点联测方向改正数最大值3.42″；任意设站控制网联测最大距离改正数1.92 mm，任意设站与起算点联测最大距离改正数3.57 mm；最大点位中误差2.77 mm，单侧形式CPⅢ控制网平面点位精度满足地铁轨道施工精度要求[6]。见表4。

表4 未来大道站右线CPⅢ控制点平面精度

研究区域内高等级控制点共组成6个附合水准线路，水准线路闭合差均满足二等水准精度要求，平差后最弱点点位中误差0.90 mm，最大高差改正数0.92 mm，单侧形式CPⅢ控制点精度满足规范要求[6]。见表5。

表5 未来大道站右线CPⅢ控制点高程精度

对比分析，单侧形式CPⅢ控制网测量精度虽能满足规范要求，但控制点精度略低于相同测量条件下点对布设CPⅢ控制网。

3 CPⅢ控制网测量关键技术分析

3.1 测量标志的统一

规范[6]要求CPⅢ强制对中标志和标志连接杆的加工误差≯0.05 mm，控制点标志重复性安装误差及互换性安装误差平面≯0.4 mm、高程≯0.2 mm。因地铁工程线路较长，为了节省轨道安装工期，往往将线路分为多个标段同时铺轨，施工单位在选择测量标志预埋件及连接杆时，互不统一；同时由于不同测量标志生产厂家因机床设备精度不同，导致不同标段衔接处CPⅢ控制点测量精度差异。轨道施工完成后，车站内部风、水、电等工程施工及线路运营后的轨道维修施工均需频繁使用CPⅢ控制点，测量标志预埋件及连接杆误差为后续工程施工带来极大不便。

为克服上述弊端，要求各工序施工过程中均采用同一家生产厂家、同一批机床生产的测量标志，最大限度减少测量误差。

3.2 测量粗差剔除

在CPⅢ控制网观测值中往往会出现粗差，对平差结果影响非常大，在利用最小二乘法进行参数评估前，可以通过验算附合水准闭合差的方式进行粗差判断、剔除，也可以通过对闭合图形进行探测找出粗差。

在地铁工程CPⅢ控制网测量时，每对CPⅢ控制点在相邻3个任意设站均被观测一次，因此可在公共边上形成多个闭合图形，通过闭合图形闭合差可以直接判断观测值中是否含有粗差。闭合图形包含横向闭合差与纵向闭合差。在横向点对m、n上可形成闭合图形minj、mink、mjnk，如果在任意设站i测量过程中存在粗差，则闭合图形mijn、mink闭合差超限而mjnk闭合差满足限差要求，于是便可判定im、in两观测值中至少有一个存在粗差；同理，纵向点对也可构成闭合图形，点对m、p与任意设站i、j、k可构成3个闭合图形imjp、imkp、jmkp，通过验证3个闭合图形的闭合差，判定任意设站观测值中是否含有粗差。见图3。