城市交通軌道施工測(cè)量技術(shù)應(yīng)用分析

王心旺

（中鐵十一局集團(tuán)華東建設(shè)有限公司，江蘇 南京 442012）

0 引言

交通軌道施工測(cè)量的傳統(tǒng)方法是做鋪軌控制基標(biāo)測(cè)量[1]。由于控制基標(biāo)要求設(shè)置在線路中線上或線路中線的一側(cè)并要求等高等距，埋設(shè)永久標(biāo)志，在有限的施工場(chǎng)地中難以保存，極易被破壞。引入高速鐵路軌道測(cè)量技術(shù)，利用任意設(shè)站控制網(wǎng)測(cè)量方法，在承建過(guò)的北京、上海、廣州、深圳、南京、武漢等20多個(gè)城市地鐵項(xiàng)目的建設(shè)中采用，結(jié)合地鐵鋪軌施工組織，舍棄傳統(tǒng)的控制基標(biāo)做法，優(yōu)化、提升軌道施工測(cè)量工作。筆者結(jié)合近年在軌道施工測(cè)量中的工作經(jīng)歷，對(duì)精密導(dǎo)線網(wǎng)、任意設(shè)站控制測(cè)量、鋪軌施工測(cè)量、長(zhǎng)軌精調(diào)等工作方法及其技術(shù)流程進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，為城市軌道交通中軌道施工測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

1 精密導(dǎo)線網(wǎng)

為保證精密導(dǎo)線網(wǎng)的準(zhǔn)確性，在精密導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)單位交樁后，應(yīng)采用精密導(dǎo)線和二等水準(zhǔn)對(duì)既有精密網(wǎng)進(jìn)行全面復(fù)測(cè)。

1.1 精密導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測(cè)

根據(jù)交樁數(shù)量和位置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原設(shè)計(jì)樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，避免觀測(cè)到錯(cuò)誤的點(diǎn)位；熟悉平面精密導(dǎo)線網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)要求；熟悉水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)指標(biāo)要求。

采用I級(jí)全站儀水平角、測(cè)距觀測(cè)4個(gè)測(cè)回，因采用專業(yè)采集軟件對(duì)水平角與測(cè)距同時(shí)觀測(cè)記錄，統(tǒng)一觀測(cè)4個(gè)測(cè)回滿足規(guī)范要求，并在全站儀中設(shè)置正確的氣象和儀器常數(shù)，全站儀內(nèi)自動(dòng)改正。外業(yè)觀測(cè)條件要求充分通風(fēng)、無(wú)施工干擾、無(wú)明顯震動(dòng)、無(wú)光源干擾、避免塵霧。

水準(zhǔn)測(cè)量普遍采用電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)，需要往返觀測(cè)，注意應(yīng)將電子水準(zhǔn)儀有關(guān)參數(shù)、觀測(cè)極限誤差設(shè)置正確。同時(shí)精密導(dǎo)線水準(zhǔn)復(fù)測(cè)時(shí)一般將任意設(shè)站控制網(wǎng)的高程約束點(diǎn)進(jìn)行加密[2-3]。

1.2 精密導(dǎo)線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

復(fù)測(cè)時(shí)采用的起算點(diǎn)和控制網(wǎng)觀測(cè)方案宜與原測(cè)量一致；鋪軌控制測(cè)量以“兩站一區(qū)間”為單元，車站里的控制點(diǎn)一般是聯(lián)系測(cè)量的直接成果，具有較高的精度和穩(wěn)定性，適宜做控制點(diǎn)的起算點(diǎn)。精密導(dǎo)線測(cè)距邊的高程歸化和投影改正需要注意是否考慮原測(cè)成果[4]。

對(duì)復(fù)測(cè)成果與原測(cè)成果進(jìn)行對(duì)比分析，城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范在此處未直接規(guī)定相關(guān)指標(biāo)，在對(duì)已建成的地面平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)時(shí)，指出同一控制點(diǎn)的復(fù)測(cè)與原測(cè)量成果坐標(biāo)分量較差的極限誤差應(yīng)小于2倍復(fù)測(cè)控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，說(shuō)明原測(cè)量成果可靠，繼續(xù)使用原成果。若大于2倍復(fù)測(cè)控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差時(shí)查明點(diǎn)位變動(dòng)原因，如位移造成限差超限應(yīng)利用復(fù)測(cè)成果取代原測(cè)量成果。

2 任意設(shè)站控制網(wǎng)測(cè)量

2.1 任意設(shè)站控制網(wǎng)基本要求

任意設(shè)站控制網(wǎng)沿線成對(duì)布設(shè)，由于地鐵曲線半徑較小，且斷面小，通視條件受到限制，通過(guò)大量工程實(shí)踐，布設(shè)縱向間距30～60m滿足要求。應(yīng)結(jié)合總體設(shè)計(jì)單位發(fā)布的限界圖位置，對(duì)點(diǎn)位高度進(jìn)行放樣，避免后續(xù)管線設(shè)施、信號(hào)設(shè)施遮蓋點(diǎn)位。

任意設(shè)站控制網(wǎng)全線應(yīng)采用統(tǒng)一的強(qiáng)制性對(duì)中標(biāo)志，在使用前應(yīng)對(duì)標(biāo)志精度進(jìn)行檢查。預(yù)埋件埋設(shè)時(shí)，采用鉆孔打入植筋膠或錨固劑填充孔位，待植筋膠或錨固劑凝固后進(jìn)行復(fù)檢，須穩(wěn)固不可晃動(dòng)。錨固措施必須確保標(biāo)志預(yù)埋件長(zhǎng)期穩(wěn)固。

任意設(shè)站控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)必須采用通過(guò)相關(guān)部門評(píng)審或鑒定的成熟軟件，完成多測(cè)回全圓方向和距離觀測(cè)，同時(shí)將數(shù)據(jù)記錄到手簿中，保證任意設(shè)站控制網(wǎng)的測(cè)量精度和成果處理質(zhì)量[5-6]。

2.2 任意設(shè)站控制網(wǎng)平面測(cè)量

任意設(shè)站控制網(wǎng)采用邊角交會(huì)觀測(cè)法進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)自由測(cè)站觀測(cè)不宜少于4對(duì)控制點(diǎn)（見圖1），測(cè)站間重復(fù)觀測(cè)不宜少于3對(duì)控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)應(yīng)有3個(gè)自由測(cè)站的方向和距離觀測(cè)量。

圖1 任意設(shè)站控制網(wǎng)平面測(cè)量示意圖

根據(jù)規(guī)范要求采用0.5s全站儀，外業(yè)觀測(cè)僅需2個(gè)測(cè)回，西南交通大學(xué)劉成龍教授在研究相關(guān)課題的研究結(jié)果中，得到精度隨著外業(yè)測(cè)回?cái)?shù)的增加而提高，但增幅并非顯著。平面測(cè)量應(yīng)在氣象條件相對(duì)比較穩(wěn)定的天氣下進(jìn)行，地鐵隧道里出現(xiàn)比較大的霧氣時(shí)盡量避開或及時(shí)抽氣通風(fēng)。對(duì)軌道任意設(shè)站控制網(wǎng)，建議聯(lián)測(cè)每個(gè)精密導(dǎo)線點(diǎn)，任意設(shè)站控制網(wǎng)與精密導(dǎo)線點(diǎn)、起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí)，應(yīng)至少通過(guò)3個(gè)以上自由測(cè)站進(jìn)行聯(lián)測(cè)。每次測(cè)量開始應(yīng)填寫自由測(cè)站記錄表，記錄每個(gè)測(cè)站的溫度、氣壓以及測(cè)量點(diǎn)等信息。

可根據(jù)施工需要分段測(cè)量，分段測(cè)量的區(qū)段一般為一個(gè)區(qū)間，區(qū)段間重復(fù)觀測(cè)不應(yīng)少于4對(duì)控制點(diǎn)。測(cè)段之間銜接時(shí)，前后測(cè)段獨(dú)立平差重疊點(diǎn)坐標(biāo)差值應(yīng)滿足≤±3mm。滿足該條件后，后一測(cè)段軌道控制網(wǎng)平差應(yīng)采用本測(cè)段聯(lián)測(cè)的精密導(dǎo)線點(diǎn)及重疊段前一區(qū)段連續(xù)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行約束平差。數(shù)據(jù)后處理應(yīng)采用專業(yè)嚴(yán)密平差軟件，平差完成后可以查看概略坐標(biāo)、方向平差結(jié)果、距離平差結(jié)果、平差坐標(biāo)及其精度（最終采用的平差結(jié)果）、最弱點(diǎn)及其精度、最弱邊及其相對(duì)精度等信息。

2.3 任意設(shè)站控制網(wǎng)高程測(cè)量

任意設(shè)站控制網(wǎng)高程測(cè)量采用三角高程測(cè)量，地鐵隧道由于受氣溫及大氣折光影響小，適宜與平面測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，采用自由設(shè)站三角高程測(cè)量方法，將測(cè)站點(diǎn)至各目標(biāo)點(diǎn)的高差經(jīng)過(guò)差分處理，由自由設(shè)站的測(cè)站點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的高差轉(zhuǎn)換為各目標(biāo)點(diǎn)間高差，取不同測(cè)站所測(cè)得的相鄰點(diǎn)的高差。相鄰點(diǎn)應(yīng)有3個(gè)不同的任意測(cè)站點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，距離測(cè)站越遠(yuǎn)的觀測(cè)點(diǎn)受外界影響因素越大，精度越差，因此取距離加權(quán)平均值做為最后的高差值。

測(cè)量軌道任意設(shè)站控制網(wǎng)高程時(shí)，高程網(wǎng)數(shù)據(jù)平差完成后可以查看測(cè)段實(shí)測(cè)高差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、高程平差值及其精度（最終采用的成果）、高差平差值及其精度等信息。應(yīng)進(jìn)行環(huán)閉合差和附合路線閉合差統(tǒng)計(jì)，每千米高差偶然中誤差和每千米高差全中誤差滿足規(guī)范要求。

3 鋪軌施工測(cè)量

3.1 加密基標(biāo)

根據(jù)任意設(shè)站控制網(wǎng)對(duì)加密基標(biāo)及道床模板放樣，為軌排初步定位和軌排粗調(diào)提供基準(zhǔn)，加密基標(biāo)通常設(shè)置于線路外側(cè)或線路中線上。采用全站儀自由設(shè)站觀測(cè)的軌道控制點(diǎn)不宜少于3對(duì)，設(shè)站精度滿足要求，進(jìn)行鋪軌加密基標(biāo)的測(cè)設(shè)。鋪軌基標(biāo)在線路直線段應(yīng)每6m設(shè)置一個(gè)、曲線段每5m設(shè)置一個(gè)，埋設(shè)與中線等距，便于施工人員量測(cè)，同時(shí)做好技術(shù)交底。

3.2 軌道粗調(diào)

施工技術(shù)人員以加密基標(biāo)為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用快速扳手調(diào)整螺桿調(diào)節(jié)器，根據(jù)直角道尺數(shù)據(jù)進(jìn)行高程及平面位置的調(diào)整，鋼軌支撐架支撐桿對(duì)軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行粗調(diào)，軌排粗調(diào)高程偏差寧低勿高，中線偏差應(yīng)不大于±5mm。通過(guò)軌道支撐架的安裝，密度及調(diào)整精度應(yīng)充分滿足軌道精調(diào)的需求。

3.3 軌道精調(diào)

軌道粗調(diào)后再使用全站儀自由設(shè)站配合軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行精調(diào)。軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x確保線路平面、縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)和曲線超高值等錄入準(zhǔn)確，并復(fù)核無(wú)誤，同時(shí)應(yīng)檢校軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x，進(jìn)行角度零點(diǎn)采集，即通過(guò)幾何狀態(tài)測(cè)量傳感器對(duì)軌道進(jìn)行校準(zhǔn)[7-8]。

利用控制網(wǎng)坐標(biāo)成果進(jìn)行全站儀自由設(shè)站，觀測(cè)軌道兩邊的軌道控制點(diǎn)6~8個(gè)，通過(guò)配套的專業(yè)軟件平差計(jì)算，進(jìn)行全站儀的定位和定向。通過(guò)全站儀觀測(cè)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x上的棱鏡，以及軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x內(nèi)部傳感測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前軌道位置與設(shè)計(jì)位置的偏差，并將偏差量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，施工人員根據(jù)偏差調(diào)整軌道的絕對(duì)位置，對(duì)軌道進(jìn)行精確調(diào)整，使軌道滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求。

軌道精調(diào)測(cè)量測(cè)點(diǎn)應(yīng)在每個(gè)支撐螺桿軌道支撐架位置，便于直接精調(diào)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在進(jìn)行搬站測(cè)量時(shí)，應(yīng)復(fù)測(cè)上一測(cè)站不少于8根軌枕，相對(duì)偏差均不應(yīng)超過(guò)±2 mm。經(jīng)檢查設(shè)站依然超限，應(yīng)對(duì)換站前的所有鋼軌支撐點(diǎn)重新進(jìn)行調(diào)整，直至滿足要求后方能換站。同時(shí)應(yīng)使用線性函數(shù)進(jìn)行換站搭接平順修正。

軌道精調(diào)后，軌道的中心線和軌頂面高程允許偏差、軌道的平順性均應(yīng)滿足規(guī)定。用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x對(duì)精調(diào)完的軌道進(jìn)行幾何狀態(tài)精密檢測(cè)，如有超限則再進(jìn)行調(diào)整，確定無(wú)誤并自檢合格后報(bào)監(jiān)理工程師檢查驗(yàn)收，監(jiān)理工程師認(rèn)可后方可澆筑道床混凝土。

4 長(zhǎng)軌精調(diào)

4.1 軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

在鋼軌焊接、應(yīng)力放散和軌溫鎖定之后進(jìn)行長(zhǎng)軌精調(diào)測(cè)量，同樣采用全站儀與軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x配合使用。靜態(tài)采集鋼軌的軌距、超高、絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)的扣件調(diào)整量平順性數(shù)據(jù)，進(jìn)行超限部位扣件模擬調(diào)整。將軌道分析數(shù)據(jù)調(diào)整及扣件調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行軌道精調(diào)。由于長(zhǎng)軌精調(diào)以扣件調(diào)整為基本單元，因此對(duì)逐個(gè)軌枕進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[9-10]。

4.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

對(duì)外業(yè)采集的軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行平順性分析，大致標(biāo)出期望的線路走線，先整體調(diào)整，再局部調(diào)整；通過(guò)調(diào)整高軌的平面位置實(shí)現(xiàn)軌向的優(yōu)化，低軌的平面位置利用軌距及軌距變化率來(lái)控制；高低軌的優(yōu)化通過(guò)調(diào)整低軌的高程來(lái)實(shí)現(xiàn)，高軌的高程利用超高和超高變化率來(lái)控制；可采取自動(dòng)調(diào)整和人工調(diào)整，如果自動(dòng)調(diào)整的結(jié)果難以完全滿足要求，必要時(shí)再進(jìn)行人為干預(yù)。人工調(diào)整時(shí)可參考偏差曲線圖，得出基于左右軌逐個(gè)扣件位置的軌道調(diào)整量表，從而指導(dǎo)外業(yè)進(jìn)行軌道精調(diào)[11]。受人員技術(shù)水平和主觀因素影響，不同人員模擬調(diào)整后的軌道平順性不同，需要有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)人員進(jìn)行軌道精調(diào)方案的審核。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)精調(diào)作業(yè)

現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)員根據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)模擬調(diào)整報(bào)表，準(zhǔn)確找出需要調(diào)整扣件的位置，同時(shí)對(duì)調(diào)整報(bào)表采用道尺和弦線的方法進(jìn)行復(fù)核，并進(jìn)行調(diào)整量和調(diào)整方向的標(biāo)示，施工人員對(duì)扣件進(jìn)行平面和高程的調(diào)整。最后做好現(xiàn)場(chǎng)記錄。

4.4 軌道動(dòng)態(tài)精調(diào)

軌道動(dòng)態(tài)精調(diào)是指在軌道聯(lián)調(diào)聯(lián)試開始后，依據(jù)軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行軌道精調(diào)。主要是微調(diào)軌道的一些局部缺陷，動(dòng)態(tài)檢測(cè)考慮了輪軌荷載，對(duì)軌道的線性做進(jìn)一步的優(yōu)化，避免調(diào)整方法不當(dāng)、調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)偏低，現(xiàn)場(chǎng)查找不準(zhǔn)確，調(diào)整不到位，錯(cuò)調(diào)、漏調(diào)等情況，進(jìn)一步提高行車的安全性、平順性和舒適性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的城市軌道施工測(cè)量技術(shù)目前在多個(gè)城市地鐵施工中得到了推廣應(yīng)用。軌道粗調(diào)與精調(diào)在吸收高速鐵路測(cè)量技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合地鐵的特點(diǎn)，舍去傳統(tǒng)控制基標(biāo)的方法，采用任意設(shè)站控制網(wǎng)測(cè)量，可以有效地保護(hù)控制網(wǎng)標(biāo)志，提高軌道平順性，也為運(yùn)營(yíng)后維護(hù)提供基準(zhǔn)，具有相鄰精度高、數(shù)量多、永久性好、控制范圍長(zhǎng)、易使用等眾多優(yōu)點(diǎn)。利用精密導(dǎo)線網(wǎng)提高首級(jí)控制基準(zhǔn)，采用任意設(shè)站控制網(wǎng)保證鋪軌控制網(wǎng)的精度，對(duì)鋪軌施工測(cè)量進(jìn)行加密基標(biāo)測(cè)設(shè)、軌道粗調(diào)、軌道精調(diào)，采用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行長(zhǎng)軌精調(diào)，保障了城市軌道的平順性，整個(gè)模式值得推廣使用。