CPⅢ控制测量技术在地铁铺轨中的应用研究

□文/张 猛

1 工程概况

南京地铁宁高二期工程线路全长52.42 km，是南京首条采用120 km/h 设计时速的轨道交通线路。为保证工程的铺轨精度，提高轨道平顺性和乘车舒适性并利于后期运营养护维修，全线采用CPⅢ控制测量技术进行铺轨。

2 CPⅢ控制测量技术

2.1 简介

CPⅢ控制网是高速铁路无砟轨道铺轨测量技术，是沿线路布设的三维控制网，一般在隧道贯通或桥梁线下工程施工完工后进行测设，为轨道铺设、精调和运营维护提供统一的控制基准[1～2]。CPⅢ控制网在铺轨前建立，在CPI、CPII 控制网上布设，控制点成对布设于线路两侧，点间距60 m 左右，采用高精度自动测量全站仪按任意设站、后方交会的原理进行施测。

2.2 精度影响因素

本工程铺轨阶段与高速铁路虽然工序相近、施工方式相通、施工的主体基本相同；但是与高速铁路在环境、设计、施工、运营方面存在差异，这些差异会对铺轨测量精度造成影响[3～4]。

本工程CPⅢ控制测量主要影响因素包括：

1）隧道受自然因素影响，测量条件差；

2）隧道起算控制点精度低；

3）隧道净空小，设备限界有限，对测量视线、长度、精度存在影响；

4）施工结构形式多，导致转换衔接位置多；

5）提高相对精度的同时，难以保证绝对精度。

3 实际应用

3.1 准备阶段

3.1.1 参考规范和标准的确立

由于国内现行测量规范没有对城市轨道交通CPⅢ控制网进行具体要求，各城市在采用CPⅢ控制测量方式时，精度指标、测量方法不尽相同。为确定精度指标和测量方法，通过建设公司、运营公司、相关测量单位共同研究，最终确定以TB 10601—2009《高速铁路工程测量规范》作为参考规范，CPⅢ控制测量精度指标均应满足TB 10601—2009规定，作业方法应结合现场实际情况进行改进。

3.1.2 情况统计

1）线路圆曲线半径，左线为514.94～5 000 m，右线为520～5 000 m，见表1。

2）结构类型及净空。本工程结构形式多，包括高架车站、地下车站、盾构、明挖矩形、U 型槽、U 梁高架单双线、箱梁高架单双线、路基结构。见表2。

表2 结构形式及横向净空 mm

3.1.3 首级控制网和贯通控制网现状调查

首级控制网和贯通控制网作为CPⅢ控制测量的起算点，由于控制点成果出具时间距离铺轨开始已超过半年，为保证该工程起算点的准确性和可靠性，由原测单位于交桩前完成一次全面复测，同时接桩单位接桩后再进行一次全面复测。

复测过程中将区间分段，贯通联测。地下段以1.5 km 作为分段基本控制长度，高架段以3.0 km 作为分段基本控制长度并根据结构、区间长度进行合理调整；但必须保证分段间联测的起算点为相同点位。另外考虑箱梁双线桥段左右线控制点通视困难的情况，于箱梁疏散平台上选取合适位置将左右线控制点进行联测，组成多个闭合环。

3.1.4 方案制定

统一全线点位选埋位置、编号、施测及技术指标、布网形式，统计点位数量，分析点位间距，对提出明确限差要求。

3.2 实施阶段

CPⅢ控制测量主要工作包括网形设计、CPⅢ控制点选埋、平面测量及高程测量。部分路线网形布设见图1和图2。

图1 U型梁段CPⅢ控制网

图2 箱梁段CPⅢ控制网

平面和高程外业测量采用测量机器人配自动观测软件进行，数据处理采用与数据采集系统配套的控制网处理系统。见图3。

图3 数据处理流程

3.3 控制要点

3.3.1 标段衔接测量处理

宁高二期工程铺轨由两个铺轨单位完成，以明觉站为分界点，为满足后期轨道的顺利搭接，则选取明觉 站 南 段Z29303 和Y29304、Z29305 和Y29306、Z29307 和Y29308、Z29309 和Y29310、Z29311 和Y29312、Z29313 和Y29314 六组点位作为重叠共用点。为提高点位精度，则进行CPⅢ控制测量时增加多余观测，单一任意测站观测6组点，任意测站间距约为50～60 m，任意测站到CPⅢ点的最远观测距离＜150 m；每组控制点保证有5个任意测站的方向和距离观测量，见图4。

图4 标段搭接处CPIII控制网

3.3.2 一期工程衔接测量处理

1）高架控制网复测。对一期工程衔接处（K0+547）已测设控制基标进行复测，将控制基标与二期工程控制点进行联测并进行严密平差，以保证数据成果的统一。

2）采用全站仪及轨道尺对一期工程K0+400～K0+547段轨道几何状态进行检测。

3）CPⅢ控制网布设。为满足后期轨道的顺利衔接，则分别选取左线Z00301 和Z00302、Z00303 和Z00304、Z00305 和Z00306、Z00307 和Z00308、Z00309和Z00310、Z00311和Z00312六组点和右线Y00301和Y00302、Y00303 和Y00304、Y00305 和Y00306、Y00307 和Y00308、Y00309 和Y00310、Y00311 和Y00312 共6 组作为重叠共用点，单一任意测站观测4组点，任意测站间距为30～50 m，任意测站到CPⅢ点的最远观测距离＜75 m；每个控制点保证有4 个任意测站的方向和距离观测量。

采用一期工程控制基标和二期工程高架控制点，分别对重叠共用点独立进行观测及平差计算，按TB 10601—2009要求进行搭接处理。

4）CPⅢ控制网测量完成后，采用轨检小车对一期工程K0+400～K0+547段轨道几何状态进行检测并将两次轨道几何尺寸检测成果进行比对分析。

3.4 提高控制网精度分析

根据Helmert方差分量估计方法[5]，统计各种情况下后验单位权中误差，对设计网形的模拟观测值进行约束平差计算；分别统计最弱点位中误差和相邻点相对中误差，以检验CPⅢ控制点绝对精度。

1）尽量将曲线段网点纵向间距布设到最大且满足布设间距要求，以减小最弱点位中误差。

2）控制网两端引入已知点对网形进行约束，减小最弱点位中误差。

3）对地铁CPⅢ控制网而言，30～60 m 的点组间距，采用测角标称精度1″以上的全站仪观测，每300 m左右联测一个贯通控制点。

4）减小棱镜重复性和互换性安装误差影响。测量前，检测每个测杆加棱镜的测量结果并且互换测量；对棱镜和测杆进行相同编号，如棱镜编号为J01，测杆编号为G01。测量时，棱镜和测杆相同编号安装并且在CPⅢ控制网平面测量任意测站测量记录表备注栏中填写上测杆编号，在后期使用CPⅢ成果时，应按测设时棱镜、测杆及CPⅢ控制点三者的对应关系一一对应。

4 效果及效益

1）测量精度高。CPⅢ控制网测量成果精度合格率100%。

2）铺轨平顺。轨道姿态合格率达到100%，轨道平顺性优秀率达到100%。

3）后期轨面维修便捷。CPⅢ控制点位保存率及再利用率达到98%，移交运营单位作为后续轨道养护的基准。

4）乘车舒适。自列车试运营开始，无任何因摩擦产生的噪音。