京沪高速铁路土建工程

1京沪高速铁路CPⅢ控制网建立与实施何跃宝李正云程安文（中国水电集团京沪高铁三标段三工区七局）摘要：为适应高速铁路对线路高稳定和高平顺性的要求，线路必须具备准确的几何线形参数。无碴轨道施工工艺复杂，对测量精度要求极高，其测量方法也有别于常规控制测量，采用自由设站边角交会建立的轨道控制网（CPⅢ）可以满足无碴轨道测量精度要求。本文从精测网复测、CPⅢ布设到CPⅢ测量及技术要求，系统介绍了CPⅢ控制网的建立与实施。关键词：高速铁路；精度；CPⅢ控制网1工程概况京沪高速铁路是我国《中长期铁路网规划》投资规模最大、技术含量最高的一项工程,也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路,正线全长约1318公里,与既有京沪铁路的走向大体并行,全线为新建双线,设计时速350公里,初期运营时速300公里,共设置21个客运车站。京沪高速铁路桥梁长度约1140km，占正线长度86.5%；隧道长度约16km，占正线长度1.2%；路基长度162km，占正线长度12.3%；全线铺设无碴轨道约1268正线公里，占线路长度的96.2%。有碴轨道约50正线公里，占线路长度的3.8%。全线用地总计5000hm2（不包括北京南站、北京动车段、大胜关大桥）。京沪高速铁路将全线铺设无缝线路和无碴轨道，为满足无碴轨道结构的高平顺性要求，需全线建立CPⅢ控制网，作为无碴轨道结构施工的控制基准。2测量内容（1）精测网全面复测（2）CPⅡ加密测量（3）CPⅢ平面控制测量（4）CPⅢ高程控制测量（5）CPⅢ控制网复测3CPⅢ控制点测量准备工作无碴轨道对线下基础工程的工后沉降要求非常严格，CPⅢ的控制网测量还应待线下工程沉降和变形满足要求，且无碴轨道铺设条件评估通过后进行。（1）区段沉降变形观测评估通过。（2）桥梁防撞墙和路基接触网杆基础完成。（3）精测网复测完成，复测报告评审通过。（4）CPⅢ测量技术方案报批通过。（5）CPⅡ加密点和CPⅢ标志预埋完成。3.1CPⅢ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，离线路中线3-4米，且应成对布设。CPⅢ控制点布设高度应比轨道面高度高30cm左右。23.1.1桥梁段CPⅢ控制点的布设桥梁段CPⅢ控制点的布设可直接在梁固定端的防撞墙顶面或内侧成对开凿铅垂方向的安装孔(孔径50毫米，孔深100毫米)，然后使用快干砂浆或者锚固剂埋设立式基座。对于标准32米简支箱梁每两孔布置一对CPⅢ点，相邻两对CPⅢ点在里程上相距约64米；24米简支箱梁每两孔布置一对CPⅢ点，相邻两对CPⅢ点在里程上相距约49米，对于32+48+32的连续梁布置形式可与32米简支箱梁相同；对于40+64+40米连续梁，在每孔梁的固定端设置CPⅢ点对；对于64+100+64米的连续梁，在64米跨固定端防撞墙处布置CPⅢ点，100米跨的在跨中和固定端布置CPⅢ点；其他类型的梁按不大于70米间距布置CPⅢ点。基座埋设完成后，预埋件与混凝土表面等高，待砂浆或锚固剂稳定凝固后，就可以使用。3.1.2路基段CPⅢ控制点的布设路基段CPⅢ可直接布置在接触网支柱上，若接触网未完成施工，在线路两侧的接触网底座上使用钢筋混凝土成对浇筑CPⅢ基桩，基桩直径不小于30厘米，基桩顶面高于外轨轨顶面30厘米，如图3.1-1所示；若接触网已完成施工，则可直接布置在接触网支柱上，如图3.1-2所示。相邻两对CPⅢ基桩在里程上相距约50米，待基桩稳定后，在基桩顶面开孔(孔径50毫米，孔深100毫米)然后使用快干砂浆或者锚固剂埋设立式基座。布置在接触网支柱上有以下几个优点：（1）接触网支柱的基础安全稳定（2）点位不易遭受破坏（3）未来可用的控制点均匀分布在线路上（每隔50m）（4）可以在线路两侧布置标记点图3.1-1布置在接触网基础上的CPⅢ点3图3.1-2布置在接触网支柱上的CPⅢ点3.1.3隧道CPⅢ控制点的布设隧道里一般布置在电缆槽顶面以上85厘米的边墙内衬上，相邻CPⅢ点对相距60米左右，布置形式如图3.1-3所示。图3.1-3隧道内CPⅢ控制点布置图3.2CPⅢ测量标志的埋设及要求3.2.1CPⅢ网点测量标志的埋设1）桥梁部分：CPⅢ标志一般埋设于梁固定支座上方、防撞墙的顶部中间，线路方向与左右方向偏差均不大于±10mm，预埋件的中心线与竖直方向的夹角不大于5°，然后隔一孔梁（约65m处）埋设于相同的位置(图3.2.1-1)；非标梁和连续梁每50-70m处埋设一对CPⅢ标志，尽量不要设置在梁的中间部位；施工单位应在相应的防撞墙顶部预留直径为5cm，深10cm的孔，以便安装CPⅢ预埋件或者在浇筑防撞墙时待混凝土未凝固之前直接安装预埋件。850mm4图3.2.1-1桥梁部分CPⅢ标志埋设2）路基部分：CPⅢ基座设置于接触网杆基础内侧，每50m左右设置一对，CPⅢ标志埋设于基座靠近线路一侧，距设计轨道面上方30cm处，预埋件中心线与水平方向偏上5°(图3.2.1-2)；在做CPⅢ基座时要在基座相应位置预留直径为5cm、深10cm的孔，以便安装CPⅢ预埋件。CPⅢ基础最下端用20*20的钢筋与接触网内部钢筋连接牢固，CPⅢ内部钢筋详细尺寸见上图，成桩后基座直径为25cm。3）隧道部分：埋设于隧道边墙，距离电缆槽顶85cm，预埋件中心线与水平方向偏上5°，安装预埋件时打孔。(图3.2.1-3)。3.2.2CPⅢ测量标志安装要求图3.2.1-2路基部分CPⅢ标志埋设图3.2.1-3隧道部分CPⅢ标志埋设无论是CPⅢ建网时或是全站仪通过CPⅢ目标点进行自由设站，棱镜重复安装的实际物理位置的同一性和测量精度将直接影响CPⅢ网的测量精度，决定轨道板的最终调整精度。为今后运营维护的方便，根据铁道部《CPⅢ测量管理办法》相关规定，京沪全线将采用同一种CPⅢ测量标志，要求任5何一个CPⅢ控制点标志几何尺寸加工误差不应大于0.05mm，多次重复性安装误差和互换性安装误差应满足表3.2-1要求。表3.2-1CPⅢ标志安装精度要求CPⅢ标志重复性安装误差互换性安装误差X±0.3mm±0.3mmZ±0.3mm±0.3mmY±0.3mm±0.3mm3.3CPⅢ控制点编号CPⅢ-点编号定义如下：1）CPⅢ-点按照公里数递增进行编号，其编号反映里程数；2）CPⅢ-点以数字CPⅢ为数字代码；3）所有处于线路上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0440301表示线路里程DK440范围内线路前进方向左侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”0440301（轨道左侧）奇数1、3、5、7、9、11等0440302表示线路里程DK440范围内线路前进方向右侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”0440302（轨道右侧）偶数2、4、6、8、10、12等自由测站的点编号自由测站的点编号定义如下：自由测站点的编号应该按照日期编辑。格式为年月日，某日第一个自由测站编号为01。当某天有很多自由测站要测量，则编号依次递增01直到两位数。举例如下：点编号测量日期自由测站的编号090815012009.08.1501090826082009.08.2608对于有两组或以上的平面观测小组，一组自由测站编号可以从01到25，第二组可以从26到50，以此类推。4CPⅢ控制网测量用于CPⅢ测量的仪器应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内，且全站仪必须满足如下精度要6求：角度测量精确度：≤±1″；距离测量精确度：≤±1mm+2ppm；水准仪精度不低于DS1级，优先采用精密电子水准仪器。4.1CPⅢ平面控制测量CPⅢ平面控制测量应使用带目标自动搜索及测量的自动化全站仪，如：Leica（徕卡）系列的：TCA1201，TCA1800，TCA2003，TRIMBLES8等带自动观测和数据采集功能的全站仪，且全站仪应有自动气象改正设备或观测时适时输入气温、气压，每台仪器应至少配14个棱镜，使用前应对棱镜进行检测，并对每个棱镜编号，相同的点使用固定的棱镜进行观测。4.1.1全站仪机载软件的选用为了满足高速铁路施工测量中基桩控制网(CPⅢ)的建网与测设的要求，减少测量人员的工作强度，提高测量的工作效率，全站仪机载软件应该具备以下一些特点：1）可以设置CPⅢ控制网外业数据采集的各项限差，包括：半测回归零差、2C差、指标差、2C互差、指标互差、水平角互差、竖直角互差、距离互差等；2）按照CPⅢ控制网外业数据采集数据的各项限差的规定，采集符合规范要求的质量合格的CPⅢ控制网原始数据；3）采集过程中建立了严格的实时质量控制体系，实时检核各项限差，对不合格超限的数据要求重测；4）按照CPⅢ控制网外业数据采集限差的要求，对采集数据进行筛选，最终将符合规范要求的质量合格的CPⅢ控制网观测数据保存在规定的数据文件中；5）同时也自动保存观测过程中的所有原始观测数据，供事后溯源分析；6）观测数据文件导入数据后处理软件时，CPⅢ网数据处理系统软件还要按照相关的限差规定，对原始观测数据进行再次的检查和筛选，保证最终参与CPⅢ平面控制网的平差计算的观测数据是满足各项限差规定的合格的数据。4.1.2CPⅢ平面网外业观测1）测量方法CPⅢ控制网采用自由设站交会网（《暂规》称为“自由设站后方交会网”）的方法测量，自由测站的测量，从每个自由测站，将以前后各2x3个CPⅢ-点为测量目标，每次测量应保证每个点测量3次，测量方法见下图。7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）图4.1.2-1CPⅢ自由设站边角交会测量CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CPⅢ点的目标距离一般为150m左右，最大不超过180m。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，每一站测量3组完整的测回。应记录于每个测站的：T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。对于线路有长短链时，应注意区分重复里程及标记的编号。2）精度指标控制水平角测量的精度应按如下要求进行：（1）水平方向：3-4（2）测站至CPⅢ标记点间的距离：2测回。（3）观测各项限差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。表4.1.2-2CPⅢ平面网水平方向观测技术要求控制网名称仪器等级测回数半测回归零差不同测回同一方向2C互差归零后方向值较差2C值CPⅡI平面网0.5″36″9″6″15″1″49″9″6″15″8（4）距离的观测应与水平角观测同步进行，并由全站仪自动进行，并满足下表精度要求。表4.1.2-3CPⅢ平面网距离观测技术要求控制网名称测回半测回距离较差测回间距离较差CPⅢ平面网3±1mm±1mm距离测量一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次（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。表4.1.2-4CPⅢ平面网主要技术指标控制网名测量方法方向观测中误差距离观测中误差相邻点相对点位中误差同精度复测坐标较差CPⅢ平面网自由测站边角交会±1.8″±1.0mm±1mm±3mm4.1.3与CPI、CPⅡ控制点联测与上一级CPI、CPⅡ控制点联测时应600米左右的间隔联测一个。1）与上一级CPI、CPⅡ控制点联测，一般情况下应通过至少2个或以上线路上的自由测站，见下图。图4.1.3-1CPⅢ与CPI、CPⅡ控制点联测示意图2）与上一级CPI、CPⅡ控制点联测时，为保证棱镜常数的统一，便于自动观测，地面CPI、CPⅡ点也采用球型小棱镜。为解决CPⅢ专用测量标志与地面CPI、CPⅡ点的对中问题，须采用专用棱镜转换套筒，套筒可以与普通安装徕卡棱镜的基座、支架配套，安装两种不同棱镜后，保证两种棱镜的中心重合。基座可安放在三脚架上并精确整平对中，用于架设在原CPⅠ或CPⅡ上安放棱镜。联测高等级控制点时，应最少观测3个完整测回数据。CPI、CPⅡ控制点93）由于CPⅢ网分区段测量，为了使相邻区段能够满足CPⅢ网络的测量高均匀性和高精确度，每个相邻区段至少要有5到6对CPⅢ点（约为360米的