CPⅢ點(diǎn)位變化對軌道線形的影響

葛玉輝

(中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

為確保高速鐵路安全、平穩(wěn)、高速的運(yùn)行，加強(qiáng)高速鐵路精密控制網(wǎng)復(fù)測及基礎(chǔ)變形監(jiān)測方面的研究尤為重要?；贑PⅢ控制點(diǎn)的穩(wěn)定性檢測方法[14]，可發(fā)現(xiàn)存在較大點(diǎn)位誤差的控制點(diǎn)，確保參與監(jiān)測的CPⅢ控制點(diǎn)精度。分析軌道(橋梁段)CPⅢ橫向、垂向變化對軌道線形的影響，解決了只用沉降觀測數(shù)據(jù)來判斷沉降變化量的單一監(jiān)測手段。通過安伯格軌道監(jiān)測軟件來分析CPⅢ橫向、垂向變形對軌道線形的影響，并結(jié)合工務(wù)段提供的重點(diǎn)地段綜合變形情況，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的吻合性，為后期運(yùn)營期重點(diǎn)監(jiān)測段落的劃分和沉降分析提供了一種新方法。

2 精密工程控制網(wǎng)復(fù)測

2.1 平面及高程系統(tǒng)

(1)采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)系統(tǒng)(線下CPⅠ、線上CPⅡ)為國家2000大地坐標(biāo)系。

(2)高程系統(tǒng)為1985國家高程系統(tǒng)。

2.2 精密控制測量技術(shù)要求

CPⅠ、CPⅡ基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)布設(shè)：復(fù)測分為線下CPⅠ、線上CPⅡ兩級測量，線下CPⅠ網(wǎng)形與上一次的網(wǎng)形一致；使用邊連接方式構(gòu)網(wǎng)；對于安裝聲屏及其它無GPS觀測條件的地段，應(yīng)根據(jù)CPⅢ控制網(wǎng)的平差精度確定是否對相應(yīng)的加密CPⅡ點(diǎn)進(jìn)行改移，或選擇滿足條件的其他CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行測量。

CPⅠ、CPⅡ解算精度要求見表1[1]。

表1 CPⅠ、CPⅡ解算技術(shù)要求

高程控制網(wǎng)技術(shù)要求見表2[1]。

表2 二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求

2.3 精測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和精度分析

(1)起算點(diǎn)穩(wěn)定性分析

通過無約束平差得出的相鄰點(diǎn)之間距離來進(jìn)行起算點(diǎn)的穩(wěn)定性分析。共選取起算點(diǎn)8個，每個相鄰點(diǎn)坐標(biāo)差之差的相對精度均滿足規(guī)范要求(見表3)[1]。

表3 線下CPⅠ控制網(wǎng)起算點(diǎn)穩(wěn)定性分析

(2)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)測量

①CPⅠ、CPⅡ平面數(shù)據(jù)解算

線下CPⅠ：將上述相對穩(wěn)定的8個控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)，采用整體平差。線上CPⅡ：以聯(lián)測的線下CPⅠ點(diǎn)(本次復(fù)測更新后線下CPⅠ點(diǎn)成果)作為起算點(diǎn)，共分為7段進(jìn)行平差計(jì)算，段之間接頭處取2個或2個以上的公共點(diǎn)進(jìn)行搭接，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足測量規(guī)范的限差要求[1]。

②成果分析

依據(jù)技術(shù)方案，將本次線下CPⅠ、線上CPⅡ網(wǎng)的復(fù)測坐標(biāo)與最近一次復(fù)測坐標(biāo)進(jìn)行比較，若滿足限差的要求，采用最近一次復(fù)測坐標(biāo)成果；否則對超限點(diǎn)進(jìn)行分析并給予更新。對于超限點(diǎn)和新補(bǔ)設(shè)的控制點(diǎn)，采用同精度內(nèi)插法更新。

(3)高程控制測量

①外業(yè)測量及測段分析

本次高程復(fù)測采用二等水準(zhǔn)測量，在原水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，每隔800 m應(yīng)有一個線下水準(zhǔn)基點(diǎn)?？紤]本標(biāo)段線下工程維護(hù)需求及區(qū)域地面沉降發(fā)展趨勢等情況，對原復(fù)測高差較差不滿足檢測限差≤要求的水準(zhǔn)點(diǎn)及新設(shè)點(diǎn)，采用“內(nèi)插法”更新[1-3]。

②水準(zhǔn)測量平差及精度

采用武漢大學(xué)“科傻”測量平差處理軟件進(jìn)行插網(wǎng)平差，由于原資料中國家水準(zhǔn)點(diǎn)丟失嚴(yán)重，大里程處沒有附和條件，考慮與原高程的吻合性，起算點(diǎn)以復(fù)測成果為基準(zhǔn)，各段選取均滿足各附(閉)合水準(zhǔn)路線閉合差的限差，說明各起算點(diǎn)間相對穩(wěn)定。

3 CPⅢ精密工程控制網(wǎng)復(fù)測

3.1 CPⅢ平面控制測量復(fù)測

(1)外業(yè)測量

CPⅢ外業(yè)測量作業(yè)前，首先應(yīng)對儀器設(shè)備、棱鏡、連接桿進(jìn)行逐項(xiàng)的檢查。每個CPⅢ測量點(diǎn)和線上CPⅡ點(diǎn)至少有三個自由測站的觀測值，再把正確的氣象元素(溫度、氣壓)輸入儀器設(shè)備中，方可進(jìn)行作業(yè)。

CPⅢ平面測量觀測示意如圖1[1]所示。

圖1 CPⅢ平面測量觀測示意

測量作業(yè)基本技術(shù)要求[1]見表4及表5。

表4 方向測量法水平角測量精度

表5 距離觀測技術(shù)要求

(2)數(shù)據(jù)處理

CPⅢ平面計(jì)算采用TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理軟件系統(tǒng)，平差的起算數(shù)據(jù)使用本次復(fù)測的線上CPⅡ成果，各區(qū)段搭接、精度指標(biāo)均滿足測量規(guī)范要求[1]。

CPⅢ平網(wǎng)計(jì)算應(yīng)滿足表6～表8的要求[1]。

表6 CPⅢ平面網(wǎng)的主要技術(shù)要求

表7 CPⅢ平面自由網(wǎng)平差后的主要技術(shù)要求

表8 CPⅢ平面網(wǎng)約束平差后的主要技術(shù)要求

3.2 CPⅢ高程精密控制測量

(1)CPⅢ外業(yè)測量

CPⅢ高程測量采用矩形法進(jìn)行單程觀測，其原理示意與單程觀測形成的閉合環(huán)示意如圖2和圖3。

圖2 矩形法CPⅢ水準(zhǔn)測量原理示意

圖3 CPⅢ水準(zhǔn)網(wǎng)單程觀測形成的閉合環(huán)示意

精密水準(zhǔn)測量主要技術(shù)規(guī)定見表9。

表9 CPⅢ水準(zhǔn)測量精度要求 mm

注：表中L為往返測段、附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路線長度，單位為km。

(2)數(shù)據(jù)處理

CPⅢ高程測量起算點(diǎn)采用線下水準(zhǔn)基點(diǎn)和線上加密水準(zhǔn)點(diǎn)的貫通平差，再解算出加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程，其閉合差均滿足二等水準(zhǔn)限差要求。CPⅢ高程測量數(shù)據(jù)處理采用TSDI_HRSADJ精密工程測量平差處理軟件，分網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，搭接處應(yīng)進(jìn)行整體平差，實(shí)現(xiàn)CPⅢ網(wǎng)的平順過渡搭接，各段搭接精度滿足規(guī)范要求[1]，測量成果合格。

4 CPⅢ變化對軌道線形的影響

對特殊結(jié)構(gòu)、位于特殊地質(zhì)條件下的地段，除加強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)下部基礎(chǔ)沉降監(jiān)測、加密監(jiān)測周期外，還需進(jìn)行軌道平順性檢測，重點(diǎn)段范圍如表10所示。

表10 工務(wù)段提供重點(diǎn)段范圍

依據(jù)上述材料，結(jié)合現(xiàn)場踏勘及既有測量成果，確定初期重點(diǎn)段范圍并對其實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測。

結(jié)合工務(wù)段提供的重點(diǎn)地段綜合變形情況，重點(diǎn)對K61+300～K102+000段、K102+000～K142+100段、K230+000～K270+000段CPⅢ的橫向變化量對軌道線形的影響進(jìn)行分析(如表11)。

表11 CPⅢ橫向變化量對軌道線形的影響分析

通過對CPⅢ的垂向變化量對軌道線形的影響進(jìn)行分析，同時結(jié)合工務(wù)段提供的重點(diǎn)地段綜合變形情況，現(xiàn)對幾處沉降情況分析(如表12)。

由表12可以看出，K110+000～K112+000、K267+800～K269+50段CPⅢ點(diǎn)垂向變形量較大，與工務(wù)段提供的重點(diǎn)段落較為吻合。由表11可以看出，K96+800-K98+700、K106+453～K107+650、K114+000～K114+900段CPⅢ點(diǎn)橫向變形量較大，與工務(wù)段提供的重點(diǎn)段落較為吻合。

表12 CPⅢ垂向變化量對軌道線形的影響分析

CPⅢ的橫向、垂向變化量對軌道線形的影響分析見圖4～圖9。

圖4 K61+300-K102+000CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖5 K61+300-K102+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

圖6 K102+000-K142+100CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖7 K102+000-K142+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

圖8 K230+000-K270+000CPⅢ橫向變化對軌道線形的影響分析

圖9 K230+000-K270+000CPⅢ垂向變化對軌道線形的影響分析

從圖4～圖9可以明顯看出沉降變化的趨勢，K96+800～K98+700、K106+000～K108+000、K110+000～K112+000、K114+000～K114+900、K236+000～K240+500、K255+000～K256+400、K257+500～K258+300、K261+700～K265+700、K267+800～K269+500段應(yīng)加強(qiáng)軌道控制網(wǎng)復(fù)測及重點(diǎn)沉降監(jiān)測。

5 結(jié)束語

基于某城際鐵路精測網(wǎng)復(fù)測和基礎(chǔ)變形項(xiàng)目，分析CPⅢ點(diǎn)位橫向、垂向變化對軌道線形的影響。通過現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)的對比，其吻合度較高，可為后期運(yùn)營期精測和基礎(chǔ)變形監(jiān)測項(xiàng)目提供參考。