高铁测量控制网及无砟轨道精调施工研究

2024-04-24姚丙生

工程机械与维修 2024年1期

姚丙生

摘要：当前我国高速铁路建设已进入高质量发展期，无砟轨道凭借其高平顺性、低故障率的特性得到了更广泛的应用。无砟轨道平顺性受轨道的曲率、水平等几何要素的直接影响，因此对轨道施工测量与技术控制提出了更精密的要求。以朝凌铁路联络线建设工程为例，深入研究了CPⅢ精细化建网的技术要点，构建了高效建网方案。工程轨道静态调整与动态调整，需综合考虑动态监测数据和工程实测数据，通过优化调整精调控制参数，有效提高了精调准确性，具有良好的应用与参考价值。

关键词：CPⅢ控制测量；无砟轨道；平顺性测量；静态与动态调整

0 引言

我国高速铁路凭借其运载能力强、运营稳定的优势，已成为我国国家交通建设的战略性、关键性的重要基础工程，取得了举世瞩目的成就。随着我国铁路建设进入高质量发展期，人们对于坚固耐用、平顺性强的无砟轨道系统的建造、精调和维护技术的要求不断提升。

无砟轨道的精调的前置基础条件是建立良性有效的CPⅢ控制网，以为后期精调提供精确的坐标信息和测量数据。精确的控制网检测数据可有效轨道精调的技术难度，降低静态调整和动态调整频次，提高高铁线路建设质量。本文以朝凌铁路联络线建设工程为例，深入研究了CPⅢ精细化建网的技术要点，构建了高效建网方案。

1 工程概况

朝阳至秦沈高铁凌海南站铁路联络线工程起点为京沈客专朝阳站，终点为巴图营站朝阳端站线分界点，工程设计起讫里程DK418+161.28-DK34+000，全长33.33km。整体工程管段包括3座11294.79延米双线特大桥、1座3373.69延米一般单线特大桥、5座1595.04延米一般双线大桥、2座173.83延米一般双线中桥。

工程桥梁正线长度总计13.063km。14段区间路基正线长度达6.46km。包括4条隧道，其中最长隧道为6.20km的巴图营隧道。工程无砟道床铺轨总长为74.086km，路基、桥梁施工与轨道工程的下部施工管段全线保持一致[1]。

施工过程中，在完成轨道板安装和砂浆施工后敷设钢轨，利用预制扣件固定在轨道板上，而后对其方向和位置进行精调。CPⅢ控制网的测量数据是精调过程主要参考数据，在未通车的联调期进行动态调整，后利用动态调整进行完善补充，验收合格以后铁路方可进行运行通车[2]。

2 测量控制网前置准备工作

布置的测量控制网覆盖工程全段，建网从工程内容角度共分为11个单元，部分路基段和桥梁段单独设置一个单元。测量平面坐标系采用国家2000椭球独立坐标系，高程系统采用“1985国家高程基准”。

控制网布设采用分级控制模式，数据处理端输入最高级控制网的测量数据。本次无砟轨道建设工程采用三级控制网：第一级控制网为常规平面基础控制网，主要用于基准坐标的定位；第二级控制网为线路控制网络，测量的坐标基准数据，主要服务于工程的施工和精调；第三级控制网为轨道控制网，是在二级基准点上建立的高程检测网[3]。由此构建起完整的三维定点检测网络，精准为轨道敷设和调整提供准确的数据信息，其精度控制指标如表1所示。

为提高工程检测网络的可靠性，建网前组建技术团队，对现场施工段的沉降特性进行定点考察和评估。通过充分分析设计院提供的相关地形和地质的二次勘测信息，利用Aicgispro對信息进行处理和呈现，可对二等控制点基准网进行调整和加密[4]。工程采用使用CPⅢ多测回测角软件进行数据采集，采用CPⅢ平差处理软件系统进行数据分析预处理。

3 精细化建网方案

3.1 朝凌铁路联络线CPII控制网加密

CPⅢ检测控制网合理性和系统性直接影响无砟轨道的整体建设。鉴于实际工作量较大，为此需要谨慎地对CPⅡ进行布设和加密，以便形成科学高效的联测方案，提高检测系统精度。

3.1.1 CPII控制网的布设

在朝凌铁路联络线建设工程中，CPⅡ控制网的布设需充分考虑轨道线路方向和特征，在地理建模软件上初步设定二级控制点，距离控制在（500±20）m范围内，与道路中线点的距离控制在（200±10）m范围内，以保证检测点既可以覆盖项目建设全范围，且各检测点之间需要满足交叉观测的工程需求[4]。

当出现CPⅡ检测点实际密度小于联测要求时，可选用内插法增设。为了提高检测网的联测性能，对工程进行了二次平行检测。检测过程中，选择2个监测控制点采用交边法进行联测测试[5]。项目通过GPS定位法，直接在地理信息软件中明确了施工边界，有效保证了控制点不被施工行为损害。

3.1.2 桥梁工程加密点布置

桥梁工程布置加密点需要埋设于防撞墙的顶面，布设采用强制对中法，CPⅡ加密点与CPⅢ检测点相互独立。加密点从横纵两个方向上进行固定，在纵向上要保证其与固定支座处于同一直线，与梁端的距离控制为0.5m。桥梁工程CPⅡ监测点位置如图1所示。

3.1.3 路基段布设加密点

路基段在划定限界内布设加密点，布设采用左右交替法，联测标志点选择埋设在接触网杆之间，加密点应设置在柱状墩上面，以免监测的空间监测视角受到交通状况的影响[6]。隧道工程部分的CPⅡ加密点采用对中成对法进行布设，选择埋设在电缆槽顶面，加密点间距略大于路基段，控制在300～500m。为避免监测点检测视角受到隧道内机动设施的遮挡，将点检设备布设在设施周围0.2m的范围以外。

3.2 朝凌铁路联络线CPIII控制网布设与测量

3.2.1 CPIII控制网布设

CPⅢ检测控制点采用沿线相对布设。要保证设置的全站仪的检测范围可以周边12个检测基点，每个检测基点同时被3台全测仪观测。全站仪的布设点位可以与CPⅢ控制点位重合，以简化约束条件计算量。对于工程建设过程中的特殊地段和重要地段，可根据实际需求假设控制点，控制点最终需构成系统控制网络。

在朝凌铁路联络线铁道工程中，对于平坦空旷观测条件较好的区域控制网，主要采用120m范围的标准平面网构型。对于视野受阻、地形复杂、施工强度和压力较大的区域控制网，主要采用60m四向交汇的平面控制网[7]。CPⅢ60m四向交汇平面控制网构型如图2所示。

为实现检测点之间的连测，不同等级的控制点之间需要形成联网结构，全站仪需要同时检测CPⅢ检测点与CPⅡ加密点。一般联网检测时，可视的CPⅡ控制点密度应处于400～800m之间。CPⅢ测量组中采用同批次、同规格的光学棱镜。需要定期对光学设备进行参数检测与调整，以保证光学器件的检测精度。

3.2.2 CPIII控制网测量

在实际测量过程中，根据朝凌铁路联络线CPⅢ控制网实况与施工需要，对检测区进行了分段，常规区段长度需大于4km。为了保证工程检测精度，每段的重复观测点应该超过6对，且需保证开端与末尾部分有独立监测点[8]。分区点应该避开车站和连续梁，以防止重点区域检测值失真。分区检测的重叠段检测点网络结构如图3所示。

4 无砟轨道静态调整与动态调整

4.1 检测数据指导下的静态调整

静态调整在施工后联调过程中进行。通过检测小车采集轨道数据，分析轨道的平顺性，从而对轨道的几何特性和线性参数进行调整，是轨道精调的核心环节。在朝凌铁路联络线工程中，轨道平顺性检测采用精确度较高的30/300m检测弦法则进行控制，平均8个轨枕分布一个测点，测点之间最短距离为5m，平顺性根据二者之间的校核值进行计算。实践证明，根据工程经验进行静态平顺性控制最为稳定有效。

在铁道部技术标准的基础上，对朝凌铁路联络线工程平顺性检测参数进行了进一步细化，允许基准偏差选定为±2mm。该标准可适用于路基、桥梁、隧道等多种工况环境，充分满足精调需要。为了优化无渣铁路静态调整方案，调整标准选用1/1000的轨率变化率，以为无砟轨道系统扣件的调整提供充足余量空间。工程静态调整结果表明，采用以上的静态调整参数体系有效提高了轨道静态调整精度。

4.2 检测数据指导下的动态调整

根据动力学指标，充分考虑轮轨道荷载，对轨道进行线性微调，基本调整工艺流程如图4所示。动态数据收集过程中，利用模型处理软件可以得到动态测试的报告数据表与波形图，经过数值分析和波形过滤后，可以得到不平顺区段信息，确定不平顺类型。在进行动态调整过程中，要充分考虑现场施工条件、外业数据与分析结果。针对分析出的超限点，需要根据超限等级确定其偏差与实际位置，修正报告中的里程信息。在实际进行动态调整时，针对部分区域超限报告指标类似，但波形图线形表现出较大偏差时，需要对现场情况进行二次复测。

为提高朝凌铁路联络线工程动态调整效率，超限点位置的调整主要采用轨距调整法和动力学指标法代替单一参数调整法。这是因为两种方式对于不同不平顺参数的影响是多向的，可使得整體参数值满足检测要求，减少了数据处理量。动态调整过程中，将轨距允许偏差设定为1mm。

5 结束语

无砟轨道平顺性受轨道的曲率、水平等几何要素的直接影响，因此对轨道施工测量与技术控制提出了更精密的要求。CPⅢ检测控制网络的合理性和高效性直接影响轨道的平顺性，本文以朝凌铁路联络线建设工程为例，分析CPⅢ检测控制网络在实际工程中的运用过程和技术要点，根据工程实况充分进行了CPⅢ建网的前置准备。

在施工阶段，CPⅡ控制网的加密和CPⅢ监测网络的布设是施工和精调的测量基础，利用GPS与Arcgis等地理信息软件，可实现对检测数据点布设的优化调整。同时对路基、桥梁、隧道等不同施工区域检测点布设进行分析，采用分段重叠的检测点布设构型。

根据无砟铁路精调需要，分别对动态调整与静态调整的标准数据体系进行参数必选优化，通过采用1/1000的轨率变化率、基准偏差±2mm、30/300m检测弦法，提高静态调整精度。利用轨距调整与动力学指标法提高了动态调整效率。

参考文献

[1] 李进. BDS-3/GNSS高铁控制网解算软件研制及性能分析

[D].成都：西南交通大学，2022.

[2] 杨林.普速有砟铁路新型测量控制网测设技术研究[D].成

都：西南交通大学，2022.

[3] 王不悔.铁路测量控制网稳定性分析方法及其应用研究[D].

成都：西南交通大学，2022.