運(yùn)營(yíng)地鐵線路局部調(diào)線調(diào)坡段測(cè)量方法探討

朱茂國(guó)++李世海

摘 要：為實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)地鐵線路局部地段在無(wú)測(cè)量控制基準(zhǔn)情況下進(jìn)行高精度調(diào)線調(diào)坡測(cè)量這一難題，通過(guò)具體的地下線路調(diào)線調(diào)坡測(cè)量工程實(shí)例，分別從測(cè)量方法及實(shí)測(cè)精度評(píng)定兩方面進(jìn)行闡述，驗(yàn)證采用獨(dú)立系統(tǒng)技術(shù)方法的可行性，同時(shí)提出幾點(diǎn)建議供參考。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)線路； 調(diào)線調(diào)坡測(cè)量； 獨(dú)立坐標(biāo)系； 精度分析

引 言

鋪軌控制基標(biāo)的高質(zhì)量測(cè)設(shè)、保護(hù)與合格移交是鋪軌作業(yè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，但因地鐵工程建設(shè)中的鋪軌作業(yè)往往時(shí)間緊、任務(wù)重、交叉施工等原因，軌道鋪設(shè)后的控制基標(biāo)破壞嚴(yán)重且未及時(shí)補(bǔ)設(shè)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致“軌通”后期因線路周邊環(huán)境改變、列車振動(dòng)等因素影響，在需要對(duì)線路調(diào)整時(shí)無(wú)法提供測(cè)量控制基準(zhǔn)。本文結(jié)合某運(yùn)營(yíng)地鐵區(qū)間，因旁側(cè)基坑開(kāi)挖對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵段軌道變形的影響，提出在獨(dú)立系統(tǒng)下進(jìn)行既有線路調(diào)線調(diào)坡測(cè)量的內(nèi)外業(yè)實(shí)施方法，該方法和結(jié)論為地鐵管理者及類似工程測(cè)量提供參考借鑒。

1.工程簡(jiǎn)介

某地鐵下行線因臨近基坑放坡開(kāi)挖施工，造成約450米隧道道床結(jié)構(gòu)發(fā)生水平及隆起變形，其中約250米隆起變形較嚴(yán)重，道床隆起量最大值達(dá)8.8mm。在采取車輛限速、基坑回填、跟蹤監(jiān)測(cè)等一系列安全保證措施后需對(duì)該段約750米范圍道床進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡。

該段三站兩區(qū)間小里程約1200米連續(xù)直線，大里程方向緊接350米小半徑曲線，250米較嚴(yán)重變形區(qū)均在直線段，兩端緊接約250米測(cè)量范圍，其中大里程端約80米位于小半徑曲線段，見(jiàn)圖1。

設(shè)計(jì)要求對(duì)該段進(jìn)行實(shí)際線路中心線平面坐標(biāo)及兩軌面平均高程（以下統(tǒng)稱“碎部點(diǎn)”）測(cè)量，變形較嚴(yán)重區(qū)域測(cè)量斷面2米一處，其余范圍測(cè)量斷面6米一處，測(cè)量資料用于調(diào)線調(diào)坡依據(jù)。

2.測(cè)量設(shè)計(jì)及實(shí)施

遵循“先控制，后碎部”的原則，在獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)下先完成控制測(cè)量，而后進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量。

2.1 點(diǎn)位埋設(shè)方法

2.1.1控制點(diǎn)位埋設(shè)

平面及高程測(cè)量控制點(diǎn)共用同一點(diǎn)位，直線段間距約120米，曲線段間距不小于60米， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，埋設(shè)控制點(diǎn)位10個(gè)，盡量位于同一直線上，由小里程向大里程方向依次編號(hào)Z1～Z10（Z代表左線），其中Z1、Z2、Z9、Z10分別位于測(cè)量范圍外穩(wěn)定區(qū)， Z2、Z8均為左右軌道精確分中點(diǎn)，分別位于穩(wěn)定直線段和靠近小半徑曲線的相對(duì)穩(wěn)定直線段，見(jiàn)圖1。

2.1.2 碎部點(diǎn)標(biāo)記

為精確測(cè)量軌道中心坐標(biāo)，首先對(duì)軌距進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)精確測(cè)量并分中，線路中心線平面測(cè)量同步進(jìn)行，于道床上現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記出測(cè)量對(duì)應(yīng)位置，見(jiàn)圖2。

2.2 線路中心線平面施測(cè)方法

2.2.1 平面控制測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用徠卡TCR1201+全站儀及配套精密對(duì)點(diǎn)器，經(jīng)溫度、氣壓改正后按照四等導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求實(shí)施，依次聯(lián)測(cè)Z1～Z10號(hào)控制點(diǎn)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢核確定Z2或Z8控制點(diǎn)地鐵里程。

內(nèi)業(yè)處理結(jié)合該段線路設(shè)計(jì)平面圖通過(guò)“2次建立獨(dú)立坐標(biāo)系、3次內(nèi)業(yè)平差”求出各控制點(diǎn)位在獨(dú)立坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)及地鐵里程，具體如下：

1）第一次建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)：假定Z2（X=0，Y=0），αZ2～Z1=180°0′0″，計(jì)算其余控制點(diǎn)坐標(biāo)值，坐標(biāo)反算出Z2～Z8控制點(diǎn)間距離L；

2）第二次建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)：假定Z2（X=里程，Y=0），αZ2～Z8=設(shè)計(jì)圖中直線方位角，組成Z2至Z8無(wú)定向?qū)Ь€及局部支導(dǎo)線，求出各控制點(diǎn)二次坐標(biāo)值；

3）第三步內(nèi)業(yè)計(jì)算：固定Z1～Z2、Z9～Z10的二次坐標(biāo)值，其余控制點(diǎn)作為導(dǎo)線轉(zhuǎn)點(diǎn)組成附合導(dǎo)線重新平差計(jì)算各控制點(diǎn)坐標(biāo)值作為最終采用值。

2.2.2 平面碎部點(diǎn)測(cè)量

在獨(dú)立坐標(biāo)系下，采用坐標(biāo)法測(cè)量?jī)煽刂泣c(diǎn)間標(biāo)記的碎部點(diǎn)，在交叉部位應(yīng)保證有3～5個(gè)重合碎部點(diǎn)以便校核。測(cè)量方法以直線段為例，見(jiàn)圖2：

內(nèi)業(yè)處理通過(guò)CASS繪圖軟件將全部控制點(diǎn)和碎部點(diǎn)展點(diǎn)至線路設(shè)計(jì)平面圖，所有點(diǎn)位以Z2或Z8控制點(diǎn)里程為基準(zhǔn)與線路設(shè)計(jì)平面圖對(duì)接，查看實(shí)際線路中心線位置與原設(shè)計(jì)線路關(guān)系，并在線路設(shè)計(jì)平面圖中量取各碎部點(diǎn)地鐵里程。

圖2 直線段平面碎部點(diǎn)測(cè)量示意圖

Fig.2 Diagram of measurement to line plane detail point

2.3 軌面高程施測(cè)方法

2.3.1 高程控制測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用徠卡NA2+GPM3光學(xué)水準(zhǔn)儀，以控制點(diǎn)Z1作為起算基準(zhǔn)，嚴(yán)格按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)，準(zhǔn)確測(cè)得Z2～Z10控制點(diǎn)間高差值。

內(nèi)業(yè)處理假定Z1控制點(diǎn)高程為20.000m，支水準(zhǔn)路線求算出Z2～Z10控制點(diǎn)相對(duì)高程值作為高程使用值，以后該段的高程測(cè)量工作可以以Z2～Z9作為附合水準(zhǔn)路線起算點(diǎn)，Z1、Z10作為高程檢核點(diǎn)。

2.3.2 軌面高程碎部測(cè)量

依次測(cè)量軌道平面碎部點(diǎn)對(duì)應(yīng)的左、右軌同一里程位置高程值，高程計(jì)算起閉于各高程控制點(diǎn)。

3.實(shí)測(cè)精度分析

由于高程控制測(cè)量及碎部測(cè)量均按照二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測(cè)，精度較高可滿足設(shè)計(jì)要求，下面主要對(duì)平面控制測(cè)量及碎部測(cè)量精度進(jìn)行分析。在不考慮儀器設(shè)備對(duì)點(diǎn)誤差及照準(zhǔn)誤差影響前提下，實(shí)測(cè)精度分析設(shè)計(jì)如下：

3.1 平面控制測(cè)量精度分析

1）第一步采用支導(dǎo)線平差的方法，精度評(píng)定如下：

由Z2點(diǎn)支導(dǎo)線測(cè)量Zn點(diǎn)時(shí)，Zn點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法見(jiàn)3-1式：

（3-1）

任一邊坐標(biāo)方位角是所測(cè)角度的函數(shù)：

-所測(cè)導(dǎo)線各左角；

—導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角；

—起始邊的坐標(biāo)方位角；

根據(jù)誤差傳播定律可得終點(diǎn)n的坐標(biāo)誤差為：

（3-2）

進(jìn)一步化簡(jiǎn)為：

（3-3）

—導(dǎo)線各角的測(cè)角中誤差

—導(dǎo)線各邊的測(cè)邊中誤差

—導(dǎo)線終點(diǎn)n與各導(dǎo)線點(diǎn)i連線在x軸投影

—導(dǎo)線終點(diǎn)n與各導(dǎo)線點(diǎn)i連線在y軸投影

將n=6代入到式（3-3）可得Z8點(diǎn)（z是從3開(kāi)始編號(hào)的）的中誤差。

至此，第一步精度評(píng)定完畢，并將Z8點(diǎn)作為第二步無(wú)定向?qū)Ь€平差的控制點(diǎn)。

2）第二步采用無(wú)定向?qū)Ь€平差的方法，精度評(píng)定如下：

由第一步中求得的Z8點(diǎn)坐標(biāo)（X8、Y8）可反算出Z2與Z8間的距離L，從而求得L的誤差方程（注：假定Z2點(diǎn)作為無(wú)誤差的起算點(diǎn)）：

（3-5 ）

（3-6）

由式（3-5 ）及（3-6）即可得Z8點(diǎn)的誤差方程，其中XZ2、YZ2為已知坐標(biāo)值，為Z2至Z8的真實(shí)方位角。

然后參照第一步支導(dǎo)線精度評(píng)定的方法，即可對(duì)在Z2點(diǎn)設(shè)站測(cè)量Z1點(diǎn)及在Z8點(diǎn)設(shè)站測(cè)量Z9、Z10點(diǎn)位的精度進(jìn)行評(píng)定。并將Z1、Z2、Z9、Z10作為第三步內(nèi)業(yè)平差控制點(diǎn)。

3）第三步采用附和導(dǎo)線間接平差的方法，精度評(píng)定如下：

（3-7）

；； （3-8）

由（3-7）及（3-8）式，可得：

實(shí)測(cè)結(jié)果如下：

3.2 平面碎部點(diǎn)測(cè)量精度分析

由控制點(diǎn)設(shè)站，測(cè)量碎部點(diǎn)，計(jì)算公式如下：

（3-9）

其中X2、Y2為待求碎部點(diǎn)坐標(biāo)，X1、Y1為控制點(diǎn)坐標(biāo)，S為設(shè)站點(diǎn)至碎部點(diǎn)距離，根據(jù)誤差傳播定律對(duì)3-9式求導(dǎo)可得：

（3-10）

S按照75米計(jì)，按照180°0′0″或0°0′0″計(jì)，取=75*1/60000=0.00125m，=1.8″，和按表1所示最弱點(diǎn)Z5對(duì)應(yīng)精度值計(jì)，則最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差計(jì)算結(jié)果如下：

本次調(diào)線調(diào)坡實(shí)測(cè)精度滿足設(shè)計(jì)部門(mén)要求，可作為本段線路調(diào)線調(diào)坡依據(jù)。經(jīng)跟蹤觀察，線路調(diào)整后列車能夠按照原設(shè)計(jì)速度平穩(wěn)行駛。

4.注意要點(diǎn)

4.1 軌道分中問(wèn)題

1）本項(xiàng)目軌距測(cè)量精度高低直接關(guān)系實(shí)際線路中心點(diǎn)位置的準(zhǔn)確度，應(yīng)給予重視；

2）Z2、Z8號(hào)控制點(diǎn)為軌道精確分中點(diǎn)，應(yīng)準(zhǔn)確控制分中精度；

3）曲線段對(duì)平面碎部點(diǎn)測(cè)量位置要求較高，棱鏡中心必須與軌面線和軌道分中線交點(diǎn)重合后測(cè)量。

4.2 地鐵里程問(wèn)題

1）Z2、Z8控制點(diǎn)里程應(yīng)準(zhǔn)確，宜結(jié)合隧道現(xiàn)狀采用多種里程檢核方式校核；

2） 測(cè)量點(diǎn)位應(yīng)展點(diǎn)至線路設(shè)計(jì)平面圖后量取對(duì)應(yīng)的地鐵里程，并利用整里程注記校核。

4.3 測(cè)量范圍及間距問(wèn)題

1）測(cè)量范圍宜適當(dāng)大于設(shè)計(jì)要求測(cè)量邊界，利于與兩端既有線路平順對(duì)接；

2）碎部點(diǎn)測(cè)量間距不應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求測(cè)量間距，過(guò)大容易略過(guò)軌道變形最大點(diǎn)。

5.結(jié)論及建議

采用獨(dú)立系統(tǒng)技術(shù)方法滿足范圍750m的既有地鐵軌道調(diào)線調(diào)坡測(cè)量精度要求，實(shí)現(xiàn)調(diào)軌后地鐵按原設(shè)計(jì)時(shí)速平穩(wěn)行駛，此測(cè)量方法可推廣應(yīng)用類似線形測(cè)量工程。針對(duì)本工程實(shí)例，同時(shí)提出幾點(diǎn)建議：

1）鋪軌過(guò)程重視對(duì)鋪軌控制基標(biāo)的測(cè)量與保護(hù)，盡可能多的保留施工過(guò)程使用的鋪軌控制基標(biāo)，遺失基標(biāo)應(yīng)及時(shí)同等精度恢復(fù)；

2）地鐵運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，因軌道磨損和道床結(jié)構(gòu)變形，通常會(huì)改變?cè)瓉?lái)線路軌道幾何形位，降低行車安全指標(biāo)，為了利于日常線路維護(hù)及軌道整修，宜及時(shí)進(jìn)行線路軌道現(xiàn)狀測(cè)量工作；

3）為盡可能降低因沿線周邊環(huán)境改變對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵的影響程度，宜對(duì)地鐵可能受到的周邊環(huán)境影響及時(shí)采取有效的針對(duì)性措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦長(zhǎng)利主編.城市軌道交通工程測(cè)量[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2008：236-259，271-275.

[2] 張國(guó)良主編.礦山測(cè)量學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006：185-229.

[3] GB50308-2008. 城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.6：12-20，69-72.

【文章編號(hào)】1627-6868（2016）11-0039-04