客运专线无碴轨道铺设阶段控制测量技术

客运专线无碴轨道铺设阶段控制测量技术近日，由xx集团公司主编的《客运专线铁路无碴轨道施工测量技术标准》正在紧张筹备之中，为配合《客运专线铁路无碴轨道施工测量技术标准》大纲的编写，特将《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（简称《暂规》）宣贯培训中有关无碴轨道铺设阶段控制测量技术的知识总结如下：1无碴轨道与测量系统无碴轨道是以钢筋混凝土或沥青混凝土道床取代散粒体道碴道床的整体式轨道结构。轨道的高平顺性是无碴轨道最突出的特点，同时也是高速铁路建设成败的关键之一。为了保证轨道的高平顺性，线路必须具备非常准确的几何参数，测量误差必须保持在毫米级范围内，对测量精度提出了很高的要求。对于无碴轨道而言，轨道施工完成后基本不再具备调整的可能性，由于施工误差、线路运营以及线下基础沉降所引起的轨道变形仅能依靠扣件进行微量的调整。客运专线扣件技术条件中规定扣件的轨距调整量为±10mm，高低调整量为（－4~＋26）mm，因此由于施工误差的调整量非常小，这就要求对测量精度有着较有碴轨道更严格（苛刻）的要求。德国睿铁公司（RailOne）执行副总裁巴哈曼先生曾这样说道：“要成功地建设无碴轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败”。由此可见测量系统对无碴轨道工程的重要性。2无碴轨道铺设阶段控制测量技术在无碴轨道铺设阶段，首先应建立无碴轨道铺设控制网，包括基桩控制网和高程控制网。2.1基桩控制网（CPⅢ）的建立《暂规》第12页3.5基桩控制网（CPⅢ）测量详细介绍了CPⅢ的网形布设、起算基准、测设精度、测量方法和数据处理；但笔者认为这段文字对建立CPⅢ的逻辑性欠缺，且表述有矛盾之处。例如：（1）3.5.2中的第2条与3.5.4有部分文字描述重复；（2）3.5.3仅适用于按导线测量建立CPⅢ的检测，而不适用于按后方交会施测的CPⅢ点，此处欠缺逻辑性；等等。在无碴轨道施工中，基桩控制网点CPⅢ不仅是加密基桩的基准点，也是无碴轨道铺设的控制点，它的精确测设是保证轨道高平顺性的关键。故在此重点分析基桩控制网（CPⅢ）的建立。2.1.1网形布设基桩控制网（CPⅢ）可采取两种布设方式，一种是采用导线测量的形式，另一种采用德国技术建立后方交会网（PS4网，也就是京津城际客运专线中采用的设标网）的方式。表一CPⅢ平面控制网布网要求控制网级别测量方法测量等级点间距备注CPⅢ导线五等150~2000m后方交会50~60m10~20m一一对点通过对《客运专线无碴轨道设计指南》、《客运专线无碴轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》相关条款的综合分析，我们不难看出，《暂规》对基桩控制网（CPⅢ）网形布设的选择主要基于目前国内客运专线所确定的无碴轨道结构而定的。目前国内客运专线所确定的无碴轨道主要有3板2枕：CRTSⅠ型板式无碴轨道、CRTSⅡ型板式无碴轨道、CRTSⅢ型板式无碴轨道与CRTSⅠ型双块式无碴轨道、CRTSⅡ型双块式无碴轨道。其中：CRTSⅡ型板式无碴轨道即是京津城际客运专线采用的博格板式无碴轨道，CRTSⅡ型双块式无碴轨道即是郑西客运专线引进的旭普林无碴轨道，这两种无碴轨道形式都运用德国技术，故CRTSⅡ型板式和CRTSⅡ型双块式无碴轨道基桩控制网（CPⅢ）采用后方交会网施测；而其他三种无碴轨道的CPⅢ则采用导线测量的方式布设。2.1.2起算基准由于基桩控制网（CPⅢ）可采取两种不同的布设方式，由此产生两种不同的起算基准设计。当采用导线测量时，CPⅢ控制网应附合到CPⅠ或CPⅡ上，并采用固定数据平差；当采用后方交会法测量时，CPⅢ控制网应采用独立自由网平差，并在CPⅠ或CPⅡ中置平。分段附合或置平时相邻段应重叠，重叠长度不应小于1km。2.1.3测设精度CPⅢ主要是为铺设无碴轨道提供控制基准。无碴轨道最重要的特点之一就是轨道的高平顺性，而轨道高平顺性又可分为横向和垂向两个向量。其中横向平顺性要求主要是轨道方向的要求，其精度要求非常高，为毫米级。《暂规》根据无碴轨道验收参数（轨道内部尺寸和外部尺寸），从施工精度要求出发，制定了CPⅢ基桩控制网设计的精度指标：表二CPⅢ平面控制网按导线测量时的主要技术要求控制网级别附合长度（kmm）边长（m）测距中误差(mmm)测角中误差(〃〃)相邻点位坐标中中误差(mm)导线全长相对闭闭合差限差差方位角闭合差限限差(〃)对应导线等级CPⅢ≤1150~20003451/200000±8√n五等表三CPⅢ平面控制网按后方交会法时的主要技术要求控制网级别精度要求CPⅢ（轨道设设标网）每60m一对点，水水平位置11mm，高高程0.55mm注：此表参考京津城际客运专线无碴轨道测量技术表四CPⅢ平面控制点的定位精度（mm）控制点可重复性测量精精度相对点位精度CPⅢ导线测量65后方交会测量512.1.4测量原理根据基桩控制网（CPⅢ）的两种不同布网方式，分别重点叙述其测量原理：（1）导线测量法《暂规》规定：CPⅢ控制点按导线测量法布网测量后，应对其进行检测。直线段控制点间夹角与180°较差应小于8″，曲线段控制点间夹角与设计值较差计算出的线路横向偏差应小于1.5mm。由此我们可看出：CPⅢ控制网按导线测量法附合到CPⅠ或CPⅡ上形成的附合导线，除需要考虑CPⅢ的点位误差（见表二）之外，更重要的是要考虑CPⅢ网中任意三个相邻控制点形成的角度中误差。这种根据线路平面几何概念和测量实践知识将无碴轨道的方向性表述为在线路上测量3个点组成的角度值与线路设计值之差严格满足设计要求，并把对轨道的方向性要求转化为3个控制点的角度中误差要求，实质就是按照设计线路图的要求，以一定的间隔，在线路中线或其一侧测设具有精确相对点位关系的标志，作为轨道铺设的控制点，进而保证轨道自身内部方向尺寸（在直线段直顺，在曲线上圆顺）。这也是地下铁道、轻轨交通轨道工程为了给列车的平稳运行提供一个平顺的轨道而采用的测量原理。《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》规定：控制基标测量、埋设后，应对其进行检测。直线段控制基标间的夹角与180度较差应小于8″；曲线段控制基标间夹角与设计值较差计算出的线路横向偏差应小于2mm。综上分析：在直线段，客专无碴轨道基桩控制网点（CPⅢ）与城市轨道控制基标的测设要求基本一致；在曲线地段，CPⅢ控制点测设要求高于城市轨道控制基标。参考《新运科技》第一期《城市轨道交通轨道工程测量技术总结》制定如下测量步骤：初步测设：根据基桩控制网点（CPⅢ）设计坐标资料，采用全站仪坐标放样法测设至地面，并初步固定。串线测量：基桩控制点埋设完成后，应对其进行串线测量，主要检测基桩控制点间角度、边长、高差等几何关系是否满足规范要求。当基桩控制点间几何关系超限，并与线路存在较大偏差时应进行调线测量。归化改正：调线前，先计算基桩控制点间夹角实测值与理论值较差△α，根据△α和基桩控制点间距计算出基桩控制点在垂直于线路方向的改正值△s，然后在现场对△s较差超过规范时所涉及的基桩控制点进行归化改正。归化改正时要照顾到相邻基桩控制点改正值的相互影响，往往仅改正一个点就可使相邻点几何关系满足要求。（2）后方交会测量法CPⅢ控制网采用后方交会测量为德国旭普林和博格公司采用的方法。CPⅢ控制网应采用独立自由网平差，并在CPⅠ或CPⅡ控制网中置平。所谓置平，即CPⅢ控制网与CPⅠ或CPⅡ控制网通过最小二乘法获得最合理的联系，但CPⅢ控制网不做任何改变。其控制网形状如下图所示：图一后方交会控制网示意图由于采用后方交会测量建立CPⅢ控制网在国内尚属首次，故仅能参考德国博格测量系统的部分技术资料列出其作业步骤：a.在相距50~60m的一对接触网柱上建立一对测量永久标记点（CPⅢ控制点）。b.对CPⅢ控制点的测量在局部系统内按组进行，采用后方交会法。最大的测量范围的距离约为150米，每组应至少两次测量取平均。c.每组两个方向各测量3×2个CPⅢ控制点（共计6对12个），其中3对6个CPⅢ控制点为重合测量点，从而使得每个CPⅢ控制点被测量三次（每组一次）。d.每组测量中，如遇测站与CPⅠ或CPⅡ控制点通视，须与CPⅡ控制点进行连接测量。e.测量后，其观测结果在CPⅠ或CPⅡ控制网中置平，使CPⅢ控制点在组内无变形。2.2高程控制网的建立CPⅢ控制点高程测量工作应在CPⅢ平面测量完成后按精密水准测量进行，并起闭于二等水准基点。其测量方法应按《暂规》第4.1节有关精密水准测量的要求施测。CPⅢ控制点高程测量应严密平差。由于高程测量较平面测量而言，易于实施，故在此不赘述。3总结在客运专线无碴轨道交通中，轨道是高速列车的承载和导向设施，高标准的轨道是保证列车高速运行的前提。高速铁路建成后，列车即按设计规定的速度运行，这就要求轨道具有极好