客运专线特长隧道CPⅡ控制网布设及测量

李善军

【摘要】    CPⅡ控制网在高速铁路精密工程测量体系中处于十分重要的位置，而在隧道内建立CPⅡ控制网又具有十分突出的特点，它只能在隧道贯通后才开始进行。特长隧道进出口往往由于地形较复杂，经常是陡坎、深沟或狭谷，桥隧相连，高等级的CPⅠ控制点布置不容易且数量较少，结合宝兰客运专线吴家岔隧道，介绍特长隧道CPⅡ控制网的特点，提出针对不同性能的仪器，分别采用两种布网形式及对应的观测方法，以此为基础才能建立施工中常用的CPⅢ轨道控制网。

【关键词】    客运专线    CPⅡ控制网    现场测量    特长隧道    布设

一、引言

我国高速铁路的快速发展与高速铁路精密工程测量体系是分不开的，高速铁路精密工程測量的控制网包括勘测控制网、施工控制网和运营维护控制网，除了三网合一[1]外，还有一个重要的特点是各级控制网分阶段布设。如第一级框架平面控制网（CP0）和第二级基础平面控制网（ CPⅠ）是在勘测设计阶段布设的，第四级轨道控制网（ CPⅢ ）是在施工阶段布设的，而第三级线路控制网 （CPⅡ）的布设却是在上述两个阶段完成的，对于长大隧道的CPⅡ控制网来说，又只能在施工阶段才能进行，它不仅起着承上启下的作用，而且还有自己突出的特点。客运专线无砟轨道的高平顺性是通过CPⅢ轨道控制网来实现的[2]，而建立CPⅢ轨道控制网的前提是作好CPⅡ控制网。

二、工程概况

在铁路隧道的施工中，一般把长度超过10km的隧道称为特长隧道。宝兰客运专线设计时速250km/h，桥隧比占91%，其中12标段的吴家岔隧道全长10.453km，进口与全长650m的道沟河特大桥相连，出口与全长1628.34m的宛川河特大桥相连，洞外的控制点仅进出口各有两个CPⅠ点。隧道于2013年1月开工，增设3个斜井施工，在每个斜井地表附近各加密3个施工控制点，2014年10月24日1#斜井与2#斜井段首先贯通，2015年5月14日最后一段即2#斜井与3#斜井实现贯通，率先在全线4座10公里以上的隧道中实现全部顺利贯通。

三、施测难点

1、CPⅡ控制网点位选位布设难。为加快施工进度，长大隧道一般会在隧道中间的合适位置增加一个或几个斜井，将隧道人为地分为2～3km左右长的几个相向开挖的施工段来进行掘进，特长隧道施工更是如此。隧道贯通前布设的施工导线是为了保证这几个相向开挖的施工段能正确贯通，它不能作为CPⅡ控制点来用，因为施工导线的间距一般为200m左右，能保存下来的点一般布置在仰拱填充混凝土上，在洞内的无砟轨道板铺设后一般都埋在轨道板之下了。而CPⅡ控制点的边长至少要求在300米以上（见表1），另外由于三网合一的需要，在隧道竣工后CPⅡ控制网要求和CPⅢ控制网一起移交给运营单位以利今后复测之用。所以CPⅡ控制点基本都是重新布设，点位标志基本都采用不锈钢制作以利长期使用，一般布置在隧道内的附属结构物上，如防撞墙顶、电缆槽隔墙顶等位置。

2、测量方法独特。控制网测量方法不能用先进的卫星定位测量技术，用静态测量模式观测[3]，而只能采用常规的导线测量方法，而导线测量的最大弱点是多余观测值少，图形强度低，横向摆动大，在观测过程中为了提高观测精度，需要考虑的因素较多[4]，尤其是在洞内施工影响的情况下。实测方案必须把隧道作为一个整体来考虑，洞内导线采用导线网的形式闭合检查，洞外一般都附合至进出口的CPⅠ控制点上，在斜井地表加密的施工导线点一般不联测。

3、控制网的精度要求较高。因CPⅢ控制网在洞外可以联测到CPⅠ和CPⅡ控制点上[5]，在洞内却只能联测到CPⅡ控制点，必须保证CPⅡ控制网有较高的精度，才能保证CPⅢ控制网的精度。在路基、桥梁和隧道长度低于7km的地方布置CPⅡ控制网时，可按三等导线的精度要求进行测量，而当隧道长度大于7km时，应按隧道二等的精度要求进行观测。特长隧道一般都长于10km，CPⅡ控制网应达到隧道二等的等级要求，如表1所示。

4、观测时间紧。无砟轨道板的施工必须在CPⅢ控制网的指导下才能进行， CPⅢ控制网的完成又必须以CPⅡ控制网为基础，CPⅢ控制网可以分4km一个区段来附合计算，而CPⅡ控制网必须把整个隧道作为一个整体来附合计算。因此特长隧道贯通后CPⅡ控制网的建立显得尤为迫切。

四、施测原理

隧道全部贯通后，在进行洞内附属结构施工的同时，将CPⅡ点位选好并预埋在防撞墙或电缆槽隔墙顶上，并做好标识，间距一般500米左右，在左右墙顶上各埋一点，洞内组成闭合导线或交叉导线网，洞口则与地表的CPⅠ点附合，如图2、图3所示。点位选好及埋设完成后，利用高精度的全站仪进行观测，外业观测合格后先对CPⅡ控制网整体精度是否合格进行评估，如角度闭合差、边长往返测差值、导线全长相对闭合差等进行评判，如不符合要求则进行分析，重测相关的外业数据。当CPⅡ控制网本身精度合格后再进行约束平差计算，即用上一级的CPⅠ的坐标计算出CPⅡ点的坐标，以此作为下一步CPⅢ控制网的起算依据。

五、施测操作要点

1、仪器配置。因施测的CPⅡ控制网精度较高，测量所使用的全站仪要求精度较高，其中测角精度不低于1″，测距不低于2mm+2ppm，目前的徕卡系列的TCRA1201、TS15、TM30等都可以满足要求，通过实践，建议采用1″级全站仪观测比较稳定，而0.5″级全站仪十分灵敏，受施工干扰和环境影响较大，角度闭合差不易测量合格。由于配置不同，仪器价格也有很大差别，目前市面上的仪器可以分为两类，一类配置了马达驱动，有目标识别跟踪，能够自动记录、自动存储数据，性能较先进;另一类需要人工观测，手动记录，测量效率较低。

2、导线网形式。在TB 10601-2009《高速铁路工程测量规范》中，CPⅡ控制网的网形可分为单导线、导线环、导线网等形式;另在隧道的洞内施工导线中，导线的形式还有交叉双导线，这种形式只有一条边与上一个导线环联系。为了保证特长隧道内CPⅡ控制网的精度，导线网形式建议布设成以下两种，导线边长均为500m左右。一种为闭合导线如图1所示，闭合环的边数一般6条左右，不超过8条，主要是为防止闭合差不合格时增加重测的工作量，这种导线测量方式在为控制隧道贯通而进行的施工导线中也常运用，只是其边长不能达到现在这么长，这种形式的特点是观测工作量相对要少些，可以采用手动记录的全站仪来完成。另一种为交叉导线如图2所示，这种形式的实质是把控制点全部分为交叉的两个四边形来闭合，即比交叉双导线还多一条边进行闭合，因此其观测工作量成培增加，这种形式常用性能较先进的全站仪来观测。

3、外业观测。近年来，由于CPⅢ轨道控制网的需要，自由设站边角交会观测方法得到普及，这种方法也开始在CPⅡ控制网中进行运用，但测站间距离较短，才300m左右，埋设的CPⅡ控制点纵向间距才240～360m左右，因此为了提高观测效率，仍然建议采用传统方法，仪器直接架在CPⅡ控制点上进行观测。外业观测时严格按《高速铁路工程测量规范》要求的各项指标进行控制。观测时间一般避开洞内附属施工高峰期，在夜晚施测比较好。观测方法。

4、内业计算。内业计算时应先对原始观测数据进行人工检验，去掉不合格的观测值，再将观测后的角度平均值和边长平均值输入平差软件，输入时由两人进行复核，以保证输入数据的正确。平差软件会根据输入的数据进行判断，当评判合格后再输入约束点CPⅠ的坐标，从而计算出所布置的CPⅡ点的坐标。

六、教训与探讨

1、从导线网的两种测量形式可以看出，不能采用哪种测量方式，由于进出口地形限制，在对CPⅠ点进行搭接测量时，总有一个角度不能进行闭合检查，如图一中的角1和角2，而这个联测角的精度却对整个控制网的精度起着非常重要的作用，如果误差过大，就会导致CPⅡ点的点位精度达不到要求，从而会导致根据CPⅡ点约束平差的CPⅢ控制点出现偏差，进而影响无砟轨道板的铺设。所以对这两个联测角必须进行复核测量，以确保正确，否则将会造成重大失误。为克服联测角的偏差，一种方法可以换人重测，另一种方法可以让测站、前视和后视都重新检查仪器，对中整平后再观测一道，直到两次的角度差值在规范允许的误差之内为此。

2、隧道的贯通是通过洞内施工导线来控制的，对特长隧道来说，为了提高测量精度，洞内的施工导线一般都采用如图1的闭合导线，前已叙述由于种种原因，CPⅡ控制点需要重新布設，但为了使铺设的线路（轨道）更加接近隧道贯通面的真实状况，可以在隧道中部的贯通面附近联测一个施工控制点（因无砟轨道板铺设是从洞口向隧道中间进行的，隧道中部的施工控制点此时应该还保存在），联测后，以施工控制点和隧道进出口的CPⅠ点作为约束条件进行平差计算CPⅡ控制点的坐标。

七、结语

CPⅡ控制网实际上是在 CPⅠ控制网基础上的加密控制网，观测方法与施工导线控制网基本一样。对特长隧道来说，又有如下几个鲜明的特点：①布网是以进出口为准成一个整体，而不考虑斜井影响;②导线边长较长，远大于施工导线边长;③精度较施工导线高。导线网的形式主要为闭合导线和交叉导线两种，可以根据仪器的精度和自动化程度来进行选择。宝兰客专吴家岔特长隧道采用交叉导线方式进行观测，较好地保证了CPⅡ控制网精度。宝兰客运专线已于2017年7月9日正式全线运行。

参  考  文  献

[1]苏全利.论高速铁路测量网布设技术[J].铁道勘察，2010，36（6）：1-4.

[2]刘成龙，杨友涛，徐小左.高速铁路 CPⅢ交会网必要测量精度的仿真计算[J].西南交通大学学报.2008，43（6）：718-723.

[3]TB 10054-2010 铁路工程卫星定位测量规范[S].

[4]陈光金，徐涛，汤宪海，等.隧道洞内CPⅡ导线测量旁折光的影响与对策探讨[J].铁道勘察，2014，40（2）：4-8.

[5]周东卫.高速铁路轨道控制网CPⅢ精密测量若干问题探讨[J].铁道勘察，2011，37（5）：5-8.

[6]TB 10601-2009  高速铁路工程测量规范[S].