客运专线无砟轨道铺设CP

客运专线无砟轨道铺设CPⅢ控制网测量技术中铁十五局集团张麒杜万强摘要：无砟轨道施工控制测量技术是无碴轨道建设的关键技术之一,其内部与外部尺寸等平顺性指标是制定测量技术标准的主要因素。本文介绍了无砟轨道CPⅢ控制网测量的各工序，为其它类似工程提供借鉴。关键词：无砟轨道CPⅢ控制网控制测量概述客运专线无砟轨道对轨道的平顺性要求高，线路中线必须具备准确的几何线性参数，无砟轨道铺设工艺复杂、精度要求高，误差必须保持在毫米级的范围内。无碴轨道施工控制测量技术已成为无碴轨道建设关键技术之一。无碴轨道的施工质量控制是无碴轨道能否成功的关键，施工控制测量精度更为重要，一旦出现问题，将为整个使用寿命期留下隐患，不仅改善轨道几何形位参数十分困难，更需要花费高昂的代价进行弥补。因此建立高精度的无砟轨道铺CPⅢ控制网显得尤其重要，本文结合武广客运专线实际施工情况对无砟轨道CPⅢ控制网的布设及测量技术进行总结。CPI、CPII网及二等水准高程网的复测根据铁道部《关于时速200公里及以上铁路工程测量标准有关事项的通知》（铁建设函[2008]42号）的相关要求，无砟轨道铺设CPⅢ控制网建立时，CPⅠ、CPⅡ和高程网应复测一次。技术要求(1)对于丢失破坏的CPⅠ、CPⅡ和二等水准点按《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的要求进行恢复。(2)对于点位的位置和密度不能满足CPⅢ控制网测量要求的CPⅡ控制点和二等水准点按插点或插网的方法进行同精度加密。(3)将复测成果与此前上报公司的交桩成果进行对比，对异常情况进行分析，提交复测成果报告。桥梁及路基段复测采用瑞士Leica1230型GPS接收机4台套（仪器标称精度3+0.5ppm）按静态GPS相对定位测量方法进行复测。GPS网布网形式采用边连接式布网。GPS测量等级按铁路C级GPS测量要求施测。数据处理软件：基线解算、三维无约束整体平差、基准和投影转换软件为瑞士Leica公司原厂LEICAGeoOffice1.0版软件；二维约束平差软件为武汉大学研制的Cosa系列GPS数据处理软件3.0版。隧道内CPⅡ控制网测量(1)在隧道贯通后进行CPII控制桩测量时，CPⅡ控制网测量采用导线测量，导线附合于隧道两端的CPⅠ或CPⅡ控制点上，边长以600～800m为宜，导线测量的主要技术要求见表1：表1CPⅡ导线测量主要技术要求控制网级别附合长度（km）边长（m）测距中误差（mm）测角中误差（″）相邻点位坐标中误差（mm）导线全长相对闭合差限差方位角闭合差限差（″）对应导线等级CPⅡ≤4600～80052.5101/40000±5四等CPⅡ4≤L≤7600～80031.851/60000±3.6三等CPⅡ7≤L600～80030.751/100000±1.4二等(2)CPⅡ导线控制点的定位精度要求见表2表2CPⅡ导线控制点的定位精度要求（mm）控制点可重复性测量精度相对点位精度CPⅡ1510(3)CPⅡ控制网导线测量技术要求①导线测量应起闭于隧道洞口两端或斜井（或横洞）的CPI控制点上，采用标称精度不低于2″、2mm+2ppm的全站仪施测。大于7公里的隧道应采用标称精度不低于1″、1mm+1ppm的全站仪施测。②导线测量水平角观测应符合表3的规定。表3导线测量水平角观测技术要求附合长度仪器等级测回数半测回归临差2C较差同一方向各测回间较差L≤4DJ146″9″6″DJ268″13″9″4≤L≤7DJ166″9″6″DJ2108″13″9″7≤LDJ196″9″6″DJ2158″13″9″③导线边长测量，读数至0.1毫米。距离和竖直角往返各观测3测回。各项限差应满足表4的要求。表4距离和竖直角观测限差仪器精度等级测距中误差（mm）同一测回各次读数互差（mm）测回间读数较差（mm）往返测平距较差Ⅰ<557mDⅡ5～101015注：mD=(a+b×D)，为仪器标称精度。式中：a——仪器标称精度中的固定误差(mm)b——比例误差系数（mm/km）D——测距边长度（km）电磁波测距仪的测距精度划分标准为：测距长度为1km时Ⅰ级：|mD|≤5mmⅡ级：5mm<|mD|≤10mm④CPⅡ导线应在方位角闭合差及导线全长相对闭合差满足要求后，采用严密平差计算。⑤隧道内高程测量采用水准测量方法，按二等水准测量精度要求施测，洞内水准点与CPⅡ共点，附合到洞口二等水准点上，闭合差须满足±4限差要求（如独立平差，洞内外共点处就存在断高）。CPIII控制网测量实施方案CPⅢ平面控制网测量CPⅢ控制点的元器件CPIII控制点的元器件按照武广客运专线CPⅢ测量标志联接件实施方案的要求，采用工厂精加工部件(要求数控机床)，用1Cr18Ni9不锈钢的合金材料制作。CPⅢ测量标志联接件采用固定套筒，直杆轴螺旋式旋入的形式。CPⅢ测量标志联接件满足《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》的点位相对精度1mm和可重复性测量精度5mm的要求。CPⅢ控制点标志重复安置精度应不大于0.3mm，并应经检测合格后方可使用。测量预埋固定套筒（一套）用于平面测量的短轴芯

用于高程测量的长轴芯CPIII控制点的布设CPIII控制点距离布置一般为60m左右，且不应大于80m。CPIII控制点布设高度应与轨道面高度保持一致的高度间距。(1)一般路基地段宜布置在接触网杆上，见下面示意图：注：CPIII控制点距离设计轨面高差一般为300mm左右。(2)当路基地段没有施工接触网杆时可以在路基上布置临时控制点桩或布置在已施工的接触网杆的基础上。临时立柱采用直径20cm的钢筋混凝土圆柱，高度在直线及曲线内侧地段1.2m，曲线外侧地段R＝8000m时高1.345m、R＝9000m时高1.325m、R＝10000m时高1.31m、R＝12000m时高1.285m，测量标志点距离杆顶0.1m，见下图，测量标志点应高出超高一侧轨面0.2～0.3m注：临时控制点桩在施工时应加4根直径为10mm的钢筋(3)桥梁上一般布置在防撞墙上，要求设在桥梁固定支座端，两侧相对的两点之间允许的里程差应小于3米。示意图见下图。注：CPIII控制点距防撞墙表面50mm左右。(4)隧道里一般布置在二衬边墙上，离电缆槽顶面30～50cm。见下面示意图SHAPE注：1、标记点B距电缆槽边墙表面100mm左右；2、辅助标记点A设置在内衬上，标记点距电缆槽边墙表面3500mm左右。隧道内安装上棱镜的CPⅢ测量控制点(5)CPIII联接件的安装①钻孔在桥隧边墙上，每隔60米左右设置一对CPⅢ标联接件套筒，每一对联接件允许的最大里程差为3米。钻孔应在两边电缆槽（边墙基础）以上约80cm，采用20mm直径的钻头，孔深80mm，钻孔时必须保证孔大致水平。②安装a.检查轴芯和套筒间隙，轴芯全部插入套筒后套筒沿口应和轴芯横截面密接，不能有明显摇动。否则要更换套筒。b.用塑料后盖封闭套筒后端筒口，封堵水平槽，防止锚固剂流入水平槽。c.将孔内碎渣清理干净，浇水润湿洞孔。d.调制锚固剂成软滑粘稠可堆积状，然后塞入洞孔。e.将长轴（专用与套筒安装和水准测量的轴芯）旋入套筒，用套筒封口端对准洞口，使轴芯平面朝上插入洞孔。锚固剂沿套筒外壁四周被挤出。f.用圆水准气泡置于长轴芯平面上，整平轴芯。稍待稳定后旋出长轴芯。g.轻轻旋上套筒盖。(6)CPⅢ控制点编号的标注应全线统一采用大小为4cm的正楷字体刻绘，并用白色油漆抹底，绿色油漆填写编号字体。CPⅢ控制网标记点的编号CPⅢ控制点的编号定义如下：CPⅢ点按照公里数递增进行编号，其编号反映里程数。CPⅢ点以数字3为数字代码所有处于线路下行线轨道左侧的标记点，编号为奇数，处于上行线轨道右侧的标记点编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复。举例如下：点编号含义数字代码在里程内点的位置1932301表示线路里程DK1932范围内线路左侧的CPIII第1号点，“3”代表CPⅢ1932301（轨道左侧）奇数1、3、5、7、9、11等1932302表示线路里程DK356范围内线路右侧的CPIII第1号点，“3”代表CPⅢ1932302（轨道右侧）偶数2、4、6、8、10、12等“自由测站”法CPIII-网络的点编号体系自由设站点编号按“Z193201，Z193202...”沿线路里程增加方向编号。CPIII控制点的定位精度要求CPIII控制点的定位精度要求表（mm）控制点可重复性测量精度相对点位精度CPIII后方交会测量51CPIII控制点的测量(1)仪器要求全站仪必须满足如下精确度要求：角度测量精确度： ≤±1″距离测量精确度： ≤±1mm使用带目标自动搜索及测量的现代化全站仪，如：LeicaTCA1800，LeicaTCA2003，TRIMBLES6等。每台仪器应配13个相应的进口棱镜。使用前对棱镜进行检测。(2)测量方法CPⅢ控制网采用自由设站边角交会网（《暂规》称为“后方交会网”）的方法测量。从每个自由测站，将以2×3个CPⅢ点为测量目标，每次测量保证每个点位测量3次，其测量布网形式如下： 测站（自由站点） CPIII控制点向CPIII点进行的测量（方向、角度和距离）CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CPⅢ点允许的最远的目标距离为120m左右，最大不超过150m。每次测量开始前在全站仪初始行中输入起始点信息并填写自由测站记录表。测量根据3组完整的测回。记录每个测站的：温度、气压以及CPⅠ、CPⅡ点上的目标点的棱镜高测量，并将温度、气压改正输入每个测站上。外业测量时设站时的温度气压表(3)水平角测量的精度应按如下要求进行：=1\*GB3①测量水平方向：3测回；=2\*GB3②测量测站至CPⅢ标记点间的距离：3测回。③方向观测各项限差根据《精密工程测量规范》（GB/T15314-1994）的要求不应超过下表的规定，观测最后结果按等权进行测站平差。方向测量法水平角测量精度表经纬仪类型电子经纬仪两次读数差半测回归零差一测回内2C互差同一方向值各测回互差DJ050.54124DJ0715125DJ116126注：DJ05为一测回水平方向中误差不超过±0.5″的经纬仪=4\*GB3④每个点应正倒镜观测3次，各点的允许横向偏差不超过5mm。=5\*GB3⑤距离的观测应于水平角观测同步进行，并由全站仪自动进行。(4)测量中点位横向允许偏差不大于±5mm。(5)平面测量可以根据测量需要分段测量，其测量范围内的CPI及CPII点应联测。与上一级CPI、CPII控制点联测与上一级CPⅠ、CPⅡ控制点联测时应保证800~1000m的间隔联测一个。（1）与上一级CPI、CPII控制点联测，应当至少通过2个或以上线路上的自由测站，见下图。联测高等级控制点时，应最少有3组完整的测回数据（其精确度应在5毫米误差以下）。CPⅠCPⅡ控制点CPⅠCPⅡ控制点与CPI、CPII控制点联测示意图 测站（自由站点） CPIII控制点向CPIII点进行的测量（方向、角度和距离）（2）如果从自由测站上到高等级控制点只能有一个方向通视时，则必须增加这一方向的测回数。CPⅠCPⅠCPⅡ控制点与CPI、CPII控制点只有一个方向通视时的联测示意图 测站（自由站点） CPIII控制点向CPIII点进行的测量（方向、角度和距离）(3)不能直接观测高等级控制点时，中间增加辅助自由设站点，把高等级控制点坐标传递到CPⅢ上。(4)为了使相邻重合区域能够满足CPIII网络的测量高均匀性和高精确度，每个重合区域至少要有3到4对CPIII点（约为180米的重合）一起测量，并且考虑平差，每个区域不小于4公里为宜。桥梁、隧道段须与已有的独立的隧道施工控制网相连接。通过选取适当的CPII点和CPIII特殊网点，来保证形成均匀的过渡段。(5)CPⅢ控制网应与线下工程竣工中线进行联测。内业数据处理在自由设站CPIII测量中，测量时必须使用与全站仪能自动记录及计算的专用数据处理软件。软件采用已通过铁道部鉴定的由于中铁二院和西南交大研发的“无砟轨道CPⅢ网测量数据采集及其数据处理系统”。观测数据存储前，必须进行观测数据的质量检核，检核方法可以采用手工或程序检核。观测数据经检核不满足要求时，及时进行重测，直至满足要求才能进行数据存储，提交给数据计算、平差处理。对于测量数据的整理和保存，必须保障数据信息能够从测量一直到评估验收和存档都完整一致，手工校验的修正参数，必须记录在案。现场记录在现场测量时必须记录各测站的实际情况，它是测量中的重要数据，在进行外业测量时，应按“自由测站记录表”的内容填写。观测气象条件CPⅢ控制网测量观测应在气象条件相对比较稳定的天气下进行（温差变化较小，湿度较小，如阴天），夜间观测应避免强热光源对观测数据的影响。CPⅢ控制网高程测量测量方法每一测段应至少与3个二等水准点进行联测，形成检核。联测时，往测时以轨道一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，另一侧的CPⅢ水准点在进行贯通水准测量摆站时就近观测。返测时以另一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准测量，对侧的水准点在摆站时就近联测。往测示意如下：二等水准点后视仪器摆站点前视CPⅢ水准点中视返测水准路线如下图所示：二等水准点后视仪器摆站点前视CPⅢ水准点中视CPⅢ高程控制点精度要求CPⅢ控制点水准测量应按《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》中的“精密水准测量”的要求施测。CPⅢ控制点高程测量工作应在CPⅢ平面测量完成后进行，并起闭于二等水准基点，且一个测段不应少于三个水准点。精密水准测量采用满足精度要求的电子水准仪（电子水准仪每千米水准测量高差中误差为±0.3mm），配套因瓦尺。使用仪器设备应在鉴定期内，有效期最多为一年，每年必须对测量仪器精确度进行一次校准，每天使用该仪器之前，根据自带的软件对仪器进行检验和校准。(1)精密水准测量精度要求精密水准测量精度要求表（mm）水准测量等级每千米水准测量偶然中误差M△每千米水准测量全中误差MW限差检测已测段高差之差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值精密水准≤2.0≤4.012884注：表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。(2)精密水准测量的主要技术标准要求精密水准测量的主要技术标准等级每千米高差全中误差（mm）路线长度（km）水准仪等级水准尺观测次数往返较差或闭合差（mm）与已知点联测附合或环线精密水准42DS1因瓦往返往返8注：①结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍。②L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。(3)精密水准观测应符合以下要求精密水准观测主要技术要求等级水准尺类型水准仪等级视距（m）前后视距差（m）测段的前后视距累积差（m）视线高度（m）精密水准因瓦DS1≤60≤2.0≤4.0下丝读数≥0.3DS05≤65注：①L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。=2\*GB3②DS05表示每千米水准测量高差中误差为±0.5mm。(4)测站观测限差测站观测限差可按下表执行等级上下丝读数平均值与中丝读数的差基辅分划读数的差基辅分划所测高差的差检测间歇点高差的差精密1.5mm0.5mm0.7mm1.0mm因水准路线较短，故不设间歇点。使用双摆位自动安平水准仪时，不计算基辅分划读数差。对于数字水准仪，同一标尺两次读数差不设限差，两次读数所测高差的差执行基辅分划所测高差的差。视距长≤60m；前后视距差≤1.0m；前后视距累计差≤3.0m。上述观测限差超限后，必须重新观测。CPⅢ高程控制点观测顺序电子水准仪观测时奇数测站照准标尺分划顺序为A后视标尺B前视标尺C中视标尺D前视标尺E中视标尺F后视标尺电子水准仪观测时偶数测站照准标尺分划顺序为G前视标尺H中视标尺I后视标尺J后视标尺K中视标尺L前视标尺测站数为偶数，一般为6或8个。由往测转返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。CPⅢ控制点高程测量数据处理在数据存储前，必须对观测数据作各项限差检验。检验合格后，进行必要顺序整理，计算与检验者签名后进行存储。检验不合格时，对不合格测段整体重测，至合格为止。CPⅢ控制点高程测量应严密平差，平差计算取位下表中精密水准测量的规定执行。精密水准测量计算取位等级往（返）测距离总和（km）往（返）测距离中数（km）各测站高差（mm）往（返）测高差总和（mm）往（返）测高差中数（mm）高程（mm）精密水准0.010.10.010.010.10.1CPIII控制网的维护由于CPⅢ网布设于桥梁上或由于线下工程的稳定性等原因的影响，为确保CPⅢ点的准确性，建议施工单位在使用CPⅢ点进行后续轨道安装测量时，应定期与周围其它点进行校核，特别是要与地面上布设的稳定的CPI、CPII点进行校核，以便及时发现和处理问题。无砟轨道施工时，施工车辆与施工人员要注意CPⅢ控制点不要碰撞损坏，特别是路基上的CPⅢ立柱和桥梁上设置CPIII点的防撞墙要特别注意保护。体会(1)为了保证CPⅢ控制点的观测精度，尽量安排在夜晚进行测量（同时要避免强光照射），或者没有太阳且温度变化