京沪高速铁路土建工程.docx
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京沪高速铁路土建工程
京沪高速铁路土建工程
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:
为习惯高速铁路对线路高稳固和高平顺性的要求,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操纵测量,采纳自由设站边角交会建立的轨道操纵网(CP皿)能够满足无碴轨道测量精度要求。
本文从精测网复测、CP皿
布设到CP皿测量及技术要求,系统介绍了CP皿操纵网的建立与实施。
关键词:
高速铁路;精度;CP皿操纵网
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CP皿操纵网,作为无碴轨道结构施工的操纵基准。
2测量内容
(1)精测网全面复测
(2)CPH加密测量
(3)CP皿平面操纵测量
(4)CP皿高程操纵测量
(5)CP皿操纵网复测
3CP皿操纵点测量预备工作
无碴轨道对线下基础工程的工后沉降要求专门严格,CP皿的操纵网测
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)CP皿测量技术方案报批通过。
(5)CPH加密点和CP皿标志预埋完成。
3.1CP皿操纵点的布设
CP皿操纵点距离布置一样为60m左右,且不应大于80m,离线路中线3-4米,且应成对布设。
CP皿操纵点布设高度应比轨道面高度高30cm左右。
3.1.1桥梁段CP皿操纵点的布设
桥梁段CP皿操纵点的布设可直截了当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置式基座。
关于标准32米简支箱梁每两孔布置一对CP皿点,相邻两对CP皿点在里程上相距约64米;24米简支箱梁每两孔布置一对CP皿点,相邻两对CP皿点在里程上相距约49米,关于32+48+32的连续梁布置形式可与32米简支箱梁相同;关于40+64+40米连续梁,在每孔梁的固定端设置CPH点对;关于64+100+64米的连续梁,在64米跨固定端防撞墙处布置CP皿点,100米跨的在跨中和固定端布置CP皿点;其他类型的梁按不大于70米间距布置CP皿点。
基座埋设完成后,预埋件与混凝土表面等高,待砂浆或锚固剂稳固凝固后,就能够使用。
3.1.2路基段CP皿操纵点的布设
路基段CPH可直截了当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CP皿基桩,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,则可直截了当布置在接触网支柱上,如图3.1-2所示。
相
邻两对CP皿基桩在里程上相距约50米,待基桩稳固后,在基桩顶面开孔(孔
图3.1-3隧道内CP皿操纵点布置图
3.2CP皿测量标志的埋设及要求
3.2.1CPom网点测量标志的埋设
1)桥梁部分:
CP皿标志一样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士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CP皿标志,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CP皿预埋件或者在浇筑防撞墙时待混凝土未凝固之前直截了当安装预埋件。
2)路基部分:
CP皿基座设置于接触网杆基础内侧,每50m左右设置一对,CP皿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CP皿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CP皿预埋件。
CP皿基础最下端用20*20的钢筋与接触网内部钢筋连接牢固,CP皿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321-3)。
3.2.2CP皿测量标志安装要求
图321-2路基部分CP皿标志埋设图321-3隧道部分CP皿标
志埋设
不管是CPH建网时或是全站仪通过CP皿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截了当阻碍CP皿网的测
量精度,决定轨道板的最终调整精度。
为今后运营爱护的方便,按照铁道部《CP皿测量治理方法》有关规定,京沪全线将采纳同一种CP皿测量标志,要求任何一个CP皿操纵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3.2-1CP川标志安装精度要求
CP川标志
重复性安装误差
互换性安装误差
X
±0.3mm
±0.3mm
Z
±0.3mm
±0.3mm
Y
±0.3mm
±0.3mm
3.3CP皿操纵点编号
CP皿-点编号定义如下:
1)CP皿-点按照公里数递增进行编号,其编号反映里程数;
2)CP皿-点以数字CP皿为数字代码;
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范畴
内线路前进方向左侧的
CPID第1号点,“3”代表“CPin”
0440301
(轨道左侧)奇数
1、3、5、7、9、11等
0440302
表示线路里程DK440范畴内线路前进方向右侧的
CPn第1号点,“3”代表“CPn”
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。
当某天有专门多自由测站要测量,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
09081501
2009.08.15
01
09082608
2009.08.26
08
关于有两组或以上的平面观测小组,一组自由测站编号能够从01到25,第二组能够从26到50,以此类推。
4CP皿操纵网测量
用于CP皿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求:
角度测量精确度:
w士T;
距离测量精确度:
w士1mm+2ppm;
水准仪精度不低于DS1级,优先采纳周密电子水准仪器
4.1CP皿平面操纵测量
CP皿平面操纵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操纵网(CP皿)的建网与测设的要求,减少测量人员的工作强度,提升测量的工作效率,全站仪机载软件应该具备以下一些特点:
1)能够设置CP皿操纵网外业数据采集的各项限差,包括:
半测回来零差、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CP皿操纵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CP皿操纵网原始数据;
3)采集过程中建立了严格的实时质量操纵体系,实时检核各项限差,
对不合格超限的数据要求重测;
4)按照CP皿操纵网外业数据采集限差的要求,对采集数据进行选择,最终将符合规范要求的质量合格的CP皿操纵网观测数据储存在规定的数据文件中;
5)同时也自动储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,CP皿网数据处理系统软件还要按照有关的限差规定,对原始观测数据进行再次的检查和选择,保证
最终参与CP皿平面操纵网的平差运算的观测数据是满足各项限差规定的合
格的数据。
CP皿操纵网
的方法测
P皿-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。
测站(自由站点)
O
CP皿操纵点
向CP皿点进行的测量(方向、角度和距离)
图4.1.2-1CP皿自由设站边角交会测量
CP皿操纵点距离为60m左右,且不应大于80m,观测CP皿点的目标距离一样为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、CPU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。
关于线路有长短链时,应注意区分重复里程及标记的编号。
2)精度指标操纵
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CP皿标记点间的距离:
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4.1.2-2CP川平面网水平方向观测技术要求
操纵网名称
仪器等级
测回数
半测回来
零差
不同测回同一方向2C互差
归零后方向值较差
2C值
CPHI平面
网
0.5”
3
6”
9〃
6〃
15〃
T
4
9”
9〃
6〃
15〃
(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4.1.2-3CP川平面网距离观测技术要求
操纵网名称
测回
半测回距离较差
测回间距离较差
CPin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)平面测量能够按照测量需要分段测量,其测量范畴内的CPI及C
PH点应联测。
■CPffi平面.一自由测站边
■-■.
网角交会
PI、CP课纵点联测
I、CPH操纵点联测时应600米左右的间隔联测
1)与上一级CPI、CPH操纵点联测,一样情形下应通过至少2个或以
上线路上的自由测站,见下图
图4.1.3-1CP皿与CPI、CPU操纵点联测示意图
2)与上一级CPI、CPH操纵点联测时,为保证棱镜常数的统一,便于
自动观测,地面CPI、CPH点也采纳球型小棱镜。
为解决CP皿专用测量标志与地面CPI、CPH点的对中咨询题,须采纳专用棱镜转换套筒,套筒能够与一般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
CPI、CPn操纵点
原CPI或CPn上安放棱镜。
联测高等级操纵点时,应最少观测3个完整测回数据。
3)由于CP皿网分区段测量,为了使相邻区段能够满足CP皿网络的测量高平均性和高精确度,每个相邻区段至少要有5到6对CP皿点(约为360米的重合)一起测量,同时考虑平差,每个区域不小于4公里为宜。
4)CP皿观测应在气象条件相对比较稳固的天气下进行(温差变化较小,湿度较小,如阴天),夜间观测应幸免强热光源对观测的阻碍。
观测时段的选择:
(1)应尽量选择无风的阴天进行;
(2)应完全躲开日出,日落、日中天的前后1小时的时段进行观测;
(3)如果承诺,第一应选择夜晚无风的时段观测。
5)现场记录
在现场测量时必须记录各测站的实际情形,它是测量中的重要数据,在进行外业测量时,应按下表填写。
自由测站记录表
线段第
页共页
测量单位:
天气:
自由测站编号
仪器高
温度
气压
测量点编号棱镜高备注测量点编号棱镜高备注
测量点标记示意图
60rm
线路里程方向
►讲明:
将自由测站编号、CFPD轨道标记点编号应在该示意图上标记出来
司镜:
记录:
年月日
4.1.4CP皿网相邻测段及不同投影带的衔接测量
1)CP皿网相邻测段的衔接测量
CP皿测量可按照施工需要分段测量,且分段测量长度不宜小于4km。
为解决相邻测段的平顺衔接,保证CP皿网络的相对精度,各相邻测段衔接观测时应该重复观测许多于6对CP皿点,作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接,重复观测的点对应该按照CP皿测量技术要求进行,保证每个点至少被观测三次。
测段之间衔接时,前后测段独立平差坐标差值应该满足w士3mm。
满足该条件后,后一测段CP皿网平差时,应该采纳本段联测的CPI、CPU操纵点及重叠区域前一测段的CP皿点坐标进行约束平差;高程数据处理时,前后测段独立平差高程差值应该满足w士3mm,满足该条件后,采纳与平面坐标相同的方法进行平差。
2)CP皿网不同投影带的衔接测量
为解决相邻不同坐标系统的平顺衔接,保证CP皿网络的相对精度,不同坐标系统衔接观测时应该重复观测许多于800米CP皿点,作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接,重复观测的点应该按照CP皿测量技术要求进
行,保证每个点至少被观测三次。
坐标系统换带处CP皿平面网运算时,应
分别采纳相邻两个投影带的CPI、CPH坐标进行约束平差,并分别提供相邻两个投影带两套CP皿网平面坐标成果。
两套坐标成果都应该满足CP皿有关测量精度要求,提供两套坐标的CP皿测段长度不小于800米。
4.1.5内业数据处理
在自由设站CP皿测量中,测量时必须使用与全站仪能自动记录及运算的专用数据处理软件,采纳软件必须通过铁道部有关部门正式鉴定。
观测数据储备之前,必须对观测数据的质量进行检核。
包括如下内容:
仪器高、棱镜高;
观测者、记录者、复核者签名;
观测日期、天气等气象要素记录。
检核方法能够采纳手工或程序检核。
观测数据经检核不满足要求时,及时提出重测,经检核无误并满足要求时,进行数据储备,提交给数据运算、平差处理。
CP皿网络平面闭合差限差应满足下表要求。
表4.1.5-1CP川平面闭合差限差
操纵网名称
闭合差
CPin平面网
1/3500
数据运算、平差处理必须是经采纳通过铁道部有关部门正式鉴定软件,在运算报告中要讲明软件名称。
自由设站点、CP皿点进行整体平差。
平差
运算后精度应满足下表要求。
表4.1.5-2CP皿平面网平差后要紧技术要求
操纵网
与CPI、CPH联测
与CPn联测
距离中误
点位中误
名称
方向改正数
距离改正数
方向改正数
距离改正数
差
差
CPin平
面网
4.0”
4mm
3.0”
2mm
1mm
2mm
表4.1.5-3CP川平面网平差运算取位
操纵网名称
水平方向观测值
(〃)
水平距离观测值
(mm
方向改正数(〃)
距离改正
数(mm
点位中误
差(mm
点位坐标
(mm
CPn平
面网
0.1
0.1
0.01
0.01
0.01
0.1
4.2CP皿高程操纵网测量
CP皿高程操纵点与平面操纵点共点,用于CP皿高程测量的水准仪应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内,且水准仪必须满足如下精度要求:
1)仪器标称精度不低于DS1级;
2)举荐使用徕卡DNA03及天宝DINI03系列电子水准仪,并配备相应的铟瓦尺。
4.2.1CP皿操纵网高程测量
CP皿操纵点高程测量采纳单程周密水准测量方法进行,CP皿操纵点间
的水准路线图如图421-1所表,以保证每相邻的4个CP皿点之间都构成一个闭合环。
外业观测时,左边第一个闭合环的4个高差应该由两个测站完
成,其他闭合环的三个高差可由一个测站按后-前-前-后或前-后-后-前的顺序测量。
CP皿点与上一级水准点的高程联测时,应采纳独立往返周密水准测量的
方法进行观测路线如%4.2J-2所表
0^0
图421-1CP皿水准测量路线图
O—►—©
图421-2CP皿点与上一级水准点联测图
1)外业观测
(1)严格按照周密水准测量观测方法进行观测;
(2)每一测站水准标尺需借助尺撑立直,尺垫重量应符合相应等级水准测量规定的标准;
(3)每一站搬站之前都检查各种指标是否超限,有超限的分析缘故,赶忙重测;
(4)如遇太阳天气要注意打伞;
(5)每天观测完都应该检查当天的测量数据是否中存在咨询题,如果确有咨询题的必须对不合格的数据进行现场补测。
4.2.2CP皿高程操纵网精度要求
CP皿操纵点水准测量应按《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》2006[189]中的“周密水准”测量的要求施测。
CP皿操纵点高程测量工作应在CP皿平面测量完成后进行,并起闭于二等水准基点,且一个测段联测不应少于2个水准点。
周密水准测量采纳满足精度要求的电子水准仪,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,按照自带的软件对仪器进行检验和校准。
1)周密水准测量精度要求
表422-1周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
每千米水准测量全中误差MW
限
差
楡测已测段高差之差
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
周密水准
<2.0
<4.0
12S
8
8x/T
4
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)周密水准测量的要紧技术标准要求
表422-2周密水准测量的要紧技术标准
等级
每千米高差全中误差(mr)i
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
周密水准
4
2
DS1
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)周密水准观测的要紧技术要求
表422-3周密水准测量要紧技术要求
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)
周密水准
因瓦
DS1
<60
<2.0
<4.0
下丝读数
DS05
<65
>0.3
注:
①L为往返测段、附合或环线的水准路线长度,单位km
②DS05表示每千米水准测量高差中误差为士0.5mm。
关于数字水准仪,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。
4.2.3桥面二等水准咼程的传递
关于桥梁较高,二等水准测量上桥困难地段采纳不量取仪器高和棱镜高的三角高程测量方法。
在桥上固定端埋设水准点A,在桥下埋水准点B,
在那个地点采纳中间设站三角高程测量方法,测量方法如图423-1所表。
二等水准上桥操作方法:
将二等水准高程引至桥墩旁水准点B,在水准点B上架设棱镜,在距离桥墩约30m〜50m的地点架设全站仪,具体距离视桥墩高度而定,以保证全站仪观桥面顶棱镜时的仰角不大于30°,仪器与棱镜距离不宜超过100m,最大不应超过150米。
第一观测水准点B上的棱镜,垂直角观测4个测回,距离观测4个测回;然后将棱镜移至水准点A上,同样进行垂直角4个测回,距离4个测回的观测,分别运算两水准点到仪器之间的高差,两高差之差即为水准点B至水准点A之间的高差。
测量过程应满足以下技术要求:
表4.2.3-1中间设站三角高程测量要紧技术指标
垂直角测量
距离测量
测回数
两次读书差(〃)
测回间指标互差
(〃)
测回差
(〃)
测回数
每测回读数次数
四次读数
差(mm
测回差
(mm
4
w士5.0
w士5.0
w士5.0
4
4
w±2.0
w±2.0
操作过程中应注意以下几点:
O
1)高程引至桥墩旁(水准点B)时严格按照国家二等水准规范要求执
行.防撞墙「
2)全站仪架设位置到两水准点的距离应尽量相等,桥墩上下应使用同一套棱镜和对中杆乜了排除量取棱镜高时带来的误差阻碍,严禁使用三角架加基座架设棱镜;
3)全站仪应使用标称精度测角二-1上-,•■测距m-1mm+2ppm的仪器;
4)大风或其它不利于外业观测的天气下禁止作业;
图4.2.3-1中间设站三角高程测量示意图
5)仪器要求:
(1)采纳TCA1800/TCA2003TRIMBLES8等仪器及配套棱镜,TCA1800/TCA2003标称精度分别为T/1+2ppm和0.5〃/1+1ppm。
(2)仪器在使用之前需通过鉴定合格,并在有效期内;
(3)边长观测应进行温度、气压等气象元素改正,温度计测量精度不低于士0.5度,气压测量精度不低于士5hpa。
6)高程运算方法
全站仪分别测出仪器到A点和B点的竖角和距离,运算仪器到A点和仪器到B点的高差,两个高差之差即为A和B点之间的高差,因为之前差
不多把水准高程引到B点,如此就能够专门方便地运算出水准点A的高程。
424数据平差运算
水准测量野外作业终止后,对所有的观测数据进行平差前的检查,关于观测遗漏或观测错误的数据应该及时补测或者重测。
严格运算以下精度指标:
1)第一按周密水准测量要求运算往返较差或闭合差
2)每条水准路线按测段往返测高差不符值运算偶然中误差M△;
3)当水准网的环数超过20个时,按环线闭合差运算Mw。
M△和M
w。
M△和Mw按下列公式运算:
MJ—[—]\4nL
1WW
Mw:
[——]
•NL
式中:
△—测段往返高差不符值(mm);
L—测段长(km);
n—测段数;
W—通过各项修正后的水准环线闭合差(mm);
N—水准环数。
当往返测高差不附值和每公里偶然中误差满足要求后,采纳严密平差
方式运算
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