东北地区高速铁路精测网的维护

王毓春

（哈牡铁路客运专线有限责任公司，哈尔滨 150050）

高速铁路线路对平顺性要求非常高，轨道测量精度要达到毫米级。为保证测量质量满足勘测、施工、运营维护各阶段的要求，精测网的建设与维护显得尤为重要［1-2］。东北地区冬季严寒而漫长。哈齐、哈佳、哈牡、牡佳等客运专线所处地理位置有其不同特点。哈齐客运专线基本呈东南-西北走向，地形较为平坦，稍有起伏，局部为洼地及沼泽湿地，穿越扎龙湿地和龙凤湿地。哈佳、哈牡、牡佳等线路部分穿越山区，冬季寒冷地区积雪，冰冻期较长，控制点布设及维护面临着较大的困难。目前哈齐客运专线在建设期间及运营期间已开展了多次冻胀监测，开展了多期运营监测，哈牡、哈佳客运专线即将开展运营期监测，牡佳客运专线正在进行施工期建设。这些线路控制点受到沉降、冻胀等多种因素的影响，春季土地冻融作用强烈，地面常常遭到破坏，从而影响到控制点的精度，对控制网的维护提出了更高要求［3-4］。

1 精测网控制点维护的难点

1.1 建设施工可能破坏控制点

线下、线上精密测量控制点在铁路建设施工过程中可能因大型机械碰撞或人为原因而遭到破坏。这是工程建设面临的共性问题。线上CPⅢ控制点采用预埋方式后期进行锚固固定时，预埋件可能受敲打等外力作用而变形，致使CPⅢ连接杆无法插入或不能插到底，从而影响测量精度。

1.2 气候及地理环境影响控制点稳定

1）线下控制点。哈齐客运专线2009年精测网建设完成，交桩后施工单位复测反馈部分段落高程超限。设计单位组织测绘人员对哈齐客运专线水准点进行局部检核测量，通过前后高差对比分析，发现2个水准点因冻胀分别变化了+20.9，+23.9 mm，随即更新了这2个水准点的高程。通过第二年的第一次精测网复测数据分析，哈齐客运专线精测点受冻胀影响严重。哈佳铁路沿线地质地层情况稳定，未见大段落区域沉降且该线水准测量为三等，故每30～50 km布设水准墙标代替基岩水准点。有60 km的林区CPⅡ控制测量受到树木茂密等因素干扰无法进行点位的埋设与测量。东北高寒山区与平原区控制点无论是在平面还是在高程方面都面临着不同的问题。

2）线上控制点。部分开通线路线上CPⅢ观测墩由于冻胀等原因，出现部分辅助立柱基础松动或PVC套筒破裂等现象，给行车安全带来隐患。采用Ⅱ型标的CPⅢ预埋件虽然使用了防水帽，但在冬季由于部分防水帽损坏、丢失或缝隙过大导致雨雪渗入套筒内而长期结冰，影响正常使用。

1.3 运营期精测网复测维护作业时间受限制

监测期建立的基准点，在测定的过程中要与精测网中线路控制点进行联测，基准点要求建立在沉降变形区以外。东北地区由于冻胀期长，运营铁路天窗时间有限，精测网控制点复测维护工作时间紧张，一定程度上造成数据使用受限，现有的运营监测方法很难满足冬季线路维护需要。

哈齐客运专线在开通后的12月份进行了冻胀监测，后续进行了多期运营监测。传统几何水准监测是当前铁路运营监测的主要手段，其监测易受环境、人力、物力影响和夜间天窗时间的限制，作业效率低。

2 精测网控制点维护措施

2.1 避免施工影响控制点

应提高现场施工人员对测量标识重要性的认识，避免点位遭到破坏。针对东北地区积雪时间较长、控制点被积雪覆盖不易引起注意等特点，可以在控制点旁设醒目的警示标志，或利用混凝土或钢筋进行围护。线上CPⅢ控制点采用预埋方式时，预留足够孔径，避免因孔径不足安装时引起预埋件变形。

特殊地段控制点埋设时应采取特殊措施。例如，提前考虑深埋桩布置方案；在混凝土路面钻孔设置测量标志时，在路面上开凿一低于路面的喇叭口凹槽，将控制点布设在槽内，避免除雪过程中碰撞控制点标头。

2.2 根据气候及环境确定合理的维护时间及周期

合理安排精测建网、复测周期，避免在冻胀及冻融期点位变化较大情况下开展精测、复测。冻胀期必须使用的应移至较为稳定的地点，施工过程中适当增加不定期复测，加强复测及检核。

秋冬季一般从10月中旬开始出现冰冻现象，控制桩点埋设深度在最大冻土深度以下30 cm，其受到的影响会滞后一段时间，一般在11月底冻胀影响明显加重，点位高程变化较大，因此控制点的建网复测不应安排在11月下旬以后。春夏季一般自4月份大地开始融化，冻胀现象逐渐减轻，到5月中下旬点位趋于稳定，因此建网复测应该安排在5月下旬以后。

哈佳客运专线穿越大段原始林区，林区影响范围内的CPⅡ控制测量是在施工单位进场对线位范围内的树木砍伐完成后实施的，充分利用了施工期便利条件，提高了测量效率。

2.3 运营线上控制桩点埋设方案

考虑到哈大、哈齐等线路运营过程中CPⅢ点位出现的问题，在后续的敦白线、朝凌线等提出了改进措施，将CPⅢ控制点基础埋到最大冻结线以下，并填充25 cm砂夹卵石垫层。CPⅢ辅助立柱施工完成后，及时去除辅助立柱上的PVC套筒，如图1所示。

图1 去掉PVC套筒的CPⅢ辅助立柱

针对路基、桥梁段CPⅢ预埋件采用横插式设计（Ⅱ型标）在冬季容易存水结冰、影响使用等问题，在后续项目中将之修改为如图2所示的竖插式（I型标），使得架设更加方便，提高了测量效率。

图2 竖插式CPⅢ控制点预埋件（I型标）

2.4 综合变形监测方案

在东北一铁路根据工务段反馈的线路变化情况，对部分路基段开展了综合InSAR监测、水准监测、北斗实时连续自动监测相结合的沉降观测（表1）。北斗监测可以用于运营线路基自动化监测，在极寒天气下能够获取路基冻胀变形。随着东北地区高速铁路开通线路不断增加，应适时开展运营维护控制网的综合测量，为运营监测提供可靠的基准［5-8］。

表1 部分段落InSAR、水准、北斗监测结果

3 精测网控制点维护实例

哈齐客运专线精密测量控制网第一次复测在4月初开展，复测受现场地质条件干扰严重，部分点位于草甸子或湿地段落，雨水积滞，无法测量［4］。复测时地下深层未完全融冻，在施工期间挖掘地下深层时发现了冻冰现象，因而导致部分点位变化较大，高程变化更加明显。为此在同年5—6月份，对超限和接近限差的段落进行了单程二等水准检测，结果显示大部分检测段落的高差较差满足限差要求。对不满足的段落进行第二次检测发现部分测点在短时间内高差值存在上下浮动现象。在8—9月份对全线水准进行了第二次复测，结果显示点位趋于稳定。

线路穿越扎龙湿地和龙凤湿地保护区。扎龙湿地常年积水，普通点位无法满足施工和监测的需要，因此对影响段落的平面和高程控制点进行了深埋桩设计。根据地质资料，冻土厚约2.0～2.7 m，深埋桩埋设深度为嵌入砂砾土层2～3 m。采用旋挖钻机或回旋钻机成孔，孔径600～1 000 mm，灌注水下混凝土至地表下不小于3 m，DK221+977—DK255+230段深埋桩最终埋深为10～25 m。深埋桩结构见图3。

哈齐客运专线首次复测受多种因素影响，工作反复较多，周期较长，但从中也积累了经验，指导了后续工作。从哈齐客运专线施工期4年的精测网复测水准基点高程变化趋势（图4）可以看出，采用了深埋桩布设方案和合理安排复测时间等措施后，大部分段落历次复测高程变化较小，点位较为稳定，满足工程建设需要。

图3 深埋桩结构

图4 哈齐客运专线水准基点高程变化趋势

4 结语

本文针对近年来东北寒冷地区铁路精测网建网复测过程中遇到的困难，梳理总结了以下经验：

1）应在冻胀影响期外合理安排建网复测作业，通常是5—11月份，其他时间需要使用的控制点应尽量移至稳定位置。

2）CPⅢ控制点桩埋设过程中应去除辅助立柱上PVC套筒，基础埋入最大冻结线以下，并填充25 cm砂夹卵石垫层，预埋件采用竖插形式。

3）在长段落湿地地区，应设置有保护套筒的深埋桩，埋设深度为嵌入砂砾土层2～3 m。

多年来高速铁路精密测量控制网建设及运营复测的经验表明，尽管东北地区漫长严寒的天气对控制点稳定性影响很大，但采取本文所述措施可以将受影响的点控制在20%左右。