CN102953304B - 地铁轨道结构施工的精密测量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为一种地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，解决了现有轨道结构施工测量控制方法工序多、测设的控制基标不能重复利用、测量误差较大，导致线路的安全性、平顺性和舒适性较差、运营过程的设备磨耗和噪声振动较大的问题。本发明利用建立轨道基础控制网的方法，配合全站仪和轨道几何状态测量仪对轨道结构精密测量控制，实现了对轨道的高精度调整；轨道几何状态测量仪的应用可以使地铁轨道测量从对点的精度要求上升到对线路的整体平顺性要求上来，保证轨道的轨距、高低变化率、轨向、高低的平顺性等指标满足更高要求，并实现了数字化和自动化。
Description
技术领域
本发明涉及城市地铁轨道结构施工方法，具体为一种地铁轨道结构施工的精密测量控制方法。
背景技术
地铁轨道结构施工是地铁土建工程施工完成后的施工过程，即整体道床、无缝线路、道岔的铺设施工。目前地铁轨道结构施工是通过测量和计算将地面高一级的测量坐标系统（具体为城市轨道交通工程平面控制网以及城市轨道交通工程测量高程控制网等）利用平面起算点、线路水准控制点等导线点通过车站入口传递到待施工隧道中，通过沿导线布置若干控制点建立一个闭合的控制网；然后利用测量和计算方法细化、加密控制网，对轨道线路中线进行平面测量和高程测量，同时利用预设的轨排等设备在铺设时调整轨道相关设备的平面位置和高度，并对各个控制点进行平差计算，以此依次实现对整体道床、无缝线路、道岔的测设。控制点一般设于地面上轨道线路中线上，利用预埋件和测量杆竖直固定支撑专用测量棱镜。轨排为利用可以调节的固定装置根据一定的轨距将两根铁轨固定连接在一起。整体道床铺设前一般先利用丝杠等设备大致固定支撑好轨排，然后根据全站仪测量的各个控制点的数据平差并计算出铁轨当前位置的平面位置误差、高程误差等，具体调节轨排上铁轨的具体位置。具体测量规范可参考2008年6月出版的城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008。该方法工序多、测设的控制点不能重复利用、测量误差较大，导致线路的安全性、平顺性和舒适性较差、运营过程的设备磨耗和噪声振动较大等问题。具体为以下几方面：
一、当平面起算点设在车站时，由于车站和轨道同时施工，只能在车站开挖后及时将地面测量坐标系统传递并保存，一旦车站施工完成后，地面测量坐标系统便不能从地面通过导线点直接传递到地下。
二、测设整体道床的控制点一般设置在轨道线路中线上，在整体道床施工完成后一般会被破坏或被整体道床覆盖，在后续铺设无缝线路时还需重新测设控制点。
三、城市地铁一般位于城市繁华地段，交通拥堵，为配合车站的设置，往往线路的曲线半径很小、纵坡较大、且变化频繁。目前地铁轨道测量采用最简单的轨道尺等专用设备对轨道与控制点的几何关系和轨距等进行测量，具体误差要求为轨道平面位置允许偏差为±2mm、轨道高程允许偏差为±1mm、轨距允许偏差为-1mm～+2mm、左右轨的水平允许偏差为±1mm，并且测量中误差应为允许偏差的1/2。这种方法由于没有整体的测量和控制并不容易保证线路整体的平顺性，从而影响列车的平稳运行，使乘坐舒适度较难提高，而其测量工具的精度也较低，无法保证轨道的高精度。
另外，现在高速铁路工程施工中具体应用了一种基于轨道控制网（CPⅢ）的测量方法，采用了轨道几何状态测量仪与全站仪配合进行测设，具有精度高、平顺性好、利于实现数字化和自动化等特点，具体测量规范可参考2010年1月出版的高速铁路工程测量规范TB10601-2009。但是由于地铁施工的条件限制，并无法简单应用高速铁路的基于轨道控制网（CPⅢ）的测量方法。
发明内容
本发明为了解决现有轨道结构施工测量控制方法工序多、测设的控制点不能重复利用、测量误差较大、并且不能保证轨道线路平顺性和高精度的问题，提供了一种地铁轨道结构施工的精密测量控制方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，包括先利用设置若干控制点构建轨道基础控制网，根据轨道基础控制网利用全站仪进行平面测量和高程测量，然后采集数据反馈给轨道几何状态测量仪进行处理，计算出相应位置的误差，最后根据误差调整控制整体道床、无缝线路、道岔等后续施工，具体方法为，
（1）轨道基础控制网构建方法具体为将控制点分别布设于隧道左右两侧的侧壁上，左右两个相对的控制点为一对，相邻两对控制点之间的间距为30~60m，所有控制点高于预设轨排的轨面0.7~1.2m；控制点处埋设预埋件，预埋件上固定支撑测量棱镜；控制点布设完毕后将各控制点编号并标注；测量仪器选用配合使用的全站仪和几何状态测量仪，全站仪选用具有自动目标搜索、自动照准（ATR）、自动观测、自动记录功能且角度测量精度≤±1″和距离测量精度≤±1mm+2ppm的全站仪，几何状态测量仪支撑在预设轨排的轨道上滑动，每台全站仪配有九个专用测量棱镜，其中一个专用测量棱镜设于几何状态测量仪上，其余八个专用测量棱镜分别设于待测的八个控制点处，具体为利用测量杆固定在预埋件上；
（2）轨道基础控制网的平面测量方法具体为采用自由测站边角交会的方法测量，即全站仪放置于几何状态测量仪对面的地面上，保证全站仪可以测量到前后距其最近的4对控制点，但全站仪位置并不唯一，形成自由测站；相邻的下一个自由测站重复测量上一自由测站的后2对控制点和后续两对控制点，具体采用全圆方向观测法；并且每隔300m与一个现有的平面起算点联测；记录每个自由测站的温度、气压、控制点编号，并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪，由几何状态测量仪进行平差等数据计算处理；
（3）轨道基础控制网的高程测量方法具体为采用自由测站三角高程测量方法，与轨道基础控制网的平面测量一同进行，即全站仪进行自由测站测量每个控制点时，反馈数据给几何状态测量仪后既得出铁轨的平面位置也得出铁轨的高程位置；轨道基础控制网的高程测量方法还采用独立往返水准测量的方法每隔1公里联测一个线路水准控制点；并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪，由几何状态测量仪进行平差等数据计算处理。
上述方法中，用到的配合使用的全站仪和几何状态测量仪是高速铁路CPIII轨道控制网测量中常用的设备，是容易得到的。全圆方向观测法、自由测站边角交会测量方法、自由测站三角高程测量方法、独立往返水准测量方法是高速铁路CPIII轨道控制网测量等轨道交通结构施工测量中常用的测量方法，是本领域技术人员熟知的。几何状态测量仪根据全站仪测量并返回的数据计算铁轨的平面位置、水平、超高、轨距等数据，将误差值显示在其屏幕上，轨道结构后续施工包括整体道床、无缝线路、道岔等均可以利用上述几何状态测量仪、全站仪以及已经布置与隧道两侧的控制网来进行测量和控制。其中各个控制点的布设位置是经过大量具体施工环境的验证和总结得出的，可以保证全站仪在隧道内的合适位置观测各个控制点时不受阻挡和影响。因为地铁施工环境与高铁施工环境的不同，地铁施工环境更为复杂，其线路的弯折和起伏更多，所以控制点之间的间距更密。利用平面测量和高程测量同时进行的方法，减少了测量的工作量，保证了精度和效率。与平面起算点、线路水准控制点的联测是将隧道内各数据的相对坐标转换为与地面上高一级的测量坐标系统相关联的绝对坐标，在车站等开始施工后，即使现有的控制网与地面没有坐标传递，仍能保证其绝对坐标的精准性。
本发明的有益效果如下：本发明利用将控制点布设在隧道两侧壁来建立轨道基础控制网的方法，配合全站仪和轨道几何状态测量仪对轨道结构精密测量控制，彻底改变了传统的地铁轨道结构测量采用轨道尺对轨道与控制点的几何关系和轨距进行测量的方法。这实现了对轨道的高精度调整，轨道几何状态测量仪的应用可以使地铁轨道测量从对点的精度要求上升到对线路的整体平顺性要求上来，保证轨道的轨距、高低变化率、轨向、高低的平顺性等指标满足更高要求；从现场数据的采集、数据的处理计算上均是数字化和自动化，人为导致的错误几率较小，解决了地铁轨道测量完全采用人工进行测量和记录，效率低下、人为错误和误差均较大的缺点。
具体实施方式
地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，包括先利用设置若干控制点构建轨道基础控制网，根据轨道基础控制网利用全站仪进行平面测量和高程测量，然后采集数据反馈给轨道几何状态测量仪进行处理，计算出相应位置的误差，最后根据误差调整控制整体道床、无缝线路、道岔等后续施工，具体方法为，
（1）轨道基础控制网构建方法具体为将控制点分别布设于隧道左右两侧的侧壁上，左右两个相对的控制点为一对，相邻两对控制点之间的间距为30~60m，所有控制点高于预设轨排的轨面0.7~1.2m；控制点处埋设预埋件，预埋件上固定支撑测量棱镜；控制点布设完毕后将各控制点编号并标注；测量仪器选用配合使用的全站仪和几何状态测量仪，全站仪选用具有自动目标搜索、自动照准（ATR）、自动观测、自动记录功能且角度测量精度≤±1″和距离测量精度≤±1mm+2ppm的全站仪，几何状态测量仪支撑在预设轨排的轨道上滑动，每台全站仪配有九个专用测量棱镜，其中一个专用测量棱镜设于几何状态测量仪上，其余八个专用测量棱镜分别设于待测的八个控制点处，具体为利用测量杆固定在预埋件上；
（2）轨道基础控制网的平面测量方法具体为采用自由测站边角交会的方法测量，即全站仪放置于几何状态测量仪对面的地面上，保证全站仪可以测量到前后距其最近的4对控制点，但全站仪位置并不唯一，形成自由测站；相邻的下一个自由测站重复测量上一自由测站的后2对控制点和后续两对控制点，具体采用全圆方向观测法；并且每隔300m与一个现有的平面起算点联测；记录每个自由测站的温度、气压、控制点编号，并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪；
（3）轨道基础控制网的高程测量方法具体为采用自由测站三角高程测量方法，与轨道基础控制网的平面测量一同进行，且采用独立往返水准测量的方法每隔1公里联测一个线路水准控制点；并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪。
具体实施过程中，轨道基础控制网的平面测量方法可分段测量，分段测量的区段长度大于等于2km，相邻两个区段间重复测量的控制点数量大于等于6对，相邻两个区段间接头避免位于车站段。轨道基础控制网的高程测量方法可以分段进行，分段测量的区段长度大于等于2km，相邻两个区段间重复测量的控制点数量大于等于2对。预埋件埋设步骤包括，首先在选定位置大致水平钻孔，采用25mm左右直径钻头，钻深55mm；其次埋设时应注意清孔干净、保证预埋件应尽量水平，采用速凝水泥或锚固剂填充孔位，然后安放预埋件，使速凝水泥或锚固剂沿预埋件外壁四周被挤出；最后在速凝水泥或锚固剂凝固后进行检查，保证预埋件稳固。全站仪可选择Leica TCA2003、Leica TCRP1201+、Leica TS30等。几何状态测量仪中采用中铁咨询自主研发的数据采集和数据处理软件TCN DMS和TCN DPSA。
Claims (4)
1.一种地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，包括先利用设置若干控制点构建轨道基础控制网，根据轨道基础控制网利用全站仪进行平面测量和高程测量，然后采集数据反馈给轨道几何状态测量仪进行处理，计算出相应位置的误差，最后根据误差调整控制整体道床、无缝线路、道岔后续施工，其特征在于：具体方法为，
（1）轨道基础控制网构建方法具体为将控制点分别布设于隧道左右两侧的侧壁上，左右两个相对的控制点为一对，相邻两对控制点之间的间距为30~60m，所有控制点高于预设轨排的轨面0.7~1.2m；控制点处埋设预埋件，预埋件上固定支撑测量棱镜；控制点布设完毕后将各控制点编号并标注；测量仪器选用配合使用的全站仪和几何状态测量仪，全站仪选用具有自动目标搜索、自动照准（ATR）、自动观测、自动记录功能且角度测量精度≤±1″和距离测量精度≤±1mm+2ppm的全站仪，几何状态测量仪支撑在预设轨排的轨道上滑动，每台全站仪配有九个专用测量棱镜，其中一个专用测量棱镜设于几何状态测量仪上，其余八个专用测量棱镜分别设于待测的八个控制点处，具体为利用测量杆固定在预埋件上；
（2）轨道基础控制网的平面测量方法具体为采用自由测站边角交会的方法测量，即全站仪放置于几何状态测量仪对面的地面上，保证全站仪可以测量到前后距其最近的4对控制点，但全站仪位置并不唯一，形成自由测站；相邻的下一个自由测站重复测量上一自由测站的后2对控制点和后续两对控制点，具体采用全圆方向观测法；并且每隔300m与一个现有的平面起算点联测；记录每个自由测站的温度、气压、控制点编号，并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪，由几何状态测量仪进行平差数据计算处理；
（3）轨道基础控制网的高程测量方法具体为采用自由测站三角高程测量方法，与轨道基础控制网的平面测量一同进行，且采用独立往返水准测量的方法每隔1公里联测一个线路水准控制点；并将所测控制点的数据实时反馈给几何状态测量仪，由几何状态测量仪进行平差数据计算处理。
2.根据权利要求1所述的地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，其特征在于：轨道基础控制网的平面测量方法可分段测量，分段测量的区段长度大于等于2km，相邻两个区段间重复测量的控制点数量大于等于6对，相邻两个区段间接头避免位于车站段。
3.根据权利要求1或2所述的地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，其特征在于：轨道基础控制网的高程测量方法可以分段进行，分段测量的区段长度大于等于2km，相邻两个区段间重复测量的控制点数量大于等于2对。
4.根据权利要求3所述的地铁轨道结构施工的精密测量控制方法，其特征在于：预埋件埋设步骤包括，首先在选定位置大致水平钻孔，采用25mm左右直径钻头，钻深55mm；其次埋设时应注意清孔干净、保证预埋件应尽量水平，采用速凝水泥或锚固剂填充孔位，然后安放预埋件，使速凝水泥或锚固剂沿预埋件外壁四周被挤出；最后在速凝水泥或锚固剂凝固后进行检查，保证预埋件稳固。
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