雷巨光

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

高速鐵路以其輸送能力大、速度快、安全性好、受氣候變化影響小、正點(diǎn)率高、舒適方便、能源消耗低等優(yōu)勢，受到了廣泛青睞。按照《中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國將形成“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及四個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng);建設(shè)客運(yùn)專線1.2萬km以上，客車速度目標(biāo)值達(dá)到每小時(shí)200 km及以上。隨著運(yùn)行速度的提高，客車運(yùn)行的高穩(wěn)定性、高平順性和高可靠性顯得尤為重要，因而對鐵路建設(shè)中的軌道鋪設(shè)精度提出了更高的要求。目前，我國時(shí)速大于250 km的高速鐵路基本采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。無砟軌道結(jié)構(gòu)形式眾多，CRTSⅡ型板式無砟軌道板(以下簡稱CRTSⅡ型軌道板)是目前國內(nèi)無砟軌道主要結(jié)構(gòu)形式之一。

CRTSⅡ型軌道板鋪設(shè)并灌漿完成后，其位置(平面及高程)會(huì)因軌道板精調(diào)誤差、瀝青砂漿澆筑作業(yè)、模板安裝固定不到位等原因而發(fā)生變化，進(jìn)而影響后續(xù)軌道的鋪設(shè)精度。因此，為及時(shí)檢核軌道板的鋪設(shè)質(zhì)量，確保鋪設(shè)精度，需對灌漿后的軌道板進(jìn)行橫向偏差、縱向偏差、高差，以及相鄰軌道板間相對橫向偏差、相對高差等進(jìn)行檢測。

文獻(xiàn)［1］結(jié)合博格公司出產(chǎn)的博格精調(diào)標(biāo)架，對采用博格精調(diào)標(biāo)架進(jìn)行CRTSII型軌道板灌注后的檢測方法及數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行了闡述。由于國內(nèi)高速鐵路項(xiàng)目軌道板施工過程中，不僅僅有博格精調(diào)標(biāo)架，還有其他品牌和類型的精調(diào)標(biāo)架，因而其敘述的數(shù)據(jù)處理過程不具有普遍性。為此，本文對某客運(yùn)專線的CRTSⅡ型軌道板的檢測經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并闡述了相關(guān)數(shù)據(jù)處理的原理，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

2 軌道板檢測采用的儀器設(shè)備

CRTSII型軌道板灌注后的檢測是在CPⅢ控制網(wǎng)的基準(zhǔn)下，采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)架結(jié)合全站儀的方式進(jìn)行。軌道板檢測所需的儀器設(shè)備見表1。

表1 軌道板檢測所需儀器清單

3 軌道板檢測的作業(yè)方法

為確保檢測精度和檢測效率，每組檢測作業(yè)至少配備3名成員，各成員分工為:1人操作全站儀，1人擺放標(biāo)架，1人安放棱鏡。軌道板檢測時(shí)，每站可檢測的軌道板數(shù)宜控制在6～8塊，檢測的外界條件以能確保全站儀設(shè)站精度為準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，宜選擇在陰天和晚上進(jìn)行。在進(jìn)行檢測作業(yè)時(shí)，應(yīng)遵照以下幾點(diǎn)。

①CRTSⅡ型軌道板是以GRP為基準(zhǔn)進(jìn)行鋪設(shè)和精調(diào)的，灌漿后的檢測采用“高精度全站儀以CPIII控制網(wǎng)為基準(zhǔn)自由設(shè)站+精調(diào)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)架”的方式。自由設(shè)站時(shí)，全站儀觀測的CPⅢ點(diǎn)至少為4對。更換測站后，相鄰測站重疊觀測的CPⅢ點(diǎn)不應(yīng)少于2對。自由設(shè)站點(diǎn)的精度應(yīng)滿足表2的規(guī)定［2］。

表2 自由設(shè)站點(diǎn)精度要求

完成自由設(shè)站后，CPⅢ控制點(diǎn)的坐標(biāo)不符值應(yīng)符合表 3 的規(guī)定［2］。

表3 CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符值限差要求

②CRTSⅡ型軌道板承軌臺(tái)編號(hào)如圖1所示，在檢測時(shí)，選擇每塊軌道板的第 1、3、13、15、28、30 號(hào)共六個(gè)承軌臺(tái)支撐點(diǎn)進(jìn)行檢測。各檢測點(diǎn)的編號(hào)可由板號(hào)及序號(hào)(如編號(hào)為L12341的定義為:L—表示左軌，1234—板號(hào)，最后一位1—測點(diǎn)序號(hào))組成。檢測時(shí)每測站最大測量距離不宜大于70m，不同測站之間重復(fù)觀測一塊軌道板。

圖1 CRTSⅡ型軌道板承軌臺(tái)編號(hào)示意(單位:m)

③檢測順序自小里程向大里程方向進(jìn)行。如圖2所示，全站儀架設(shè)在大里程中間位置，標(biāo)架沿如圖2所示“U”形順序依次擺放并進(jìn)行觀測，在擺放標(biāo)架時(shí)，要保證將標(biāo)架固定端緊靠在測量位置處承軌臺(tái)外鉗口斜面。測量流程為:全站儀通過周圍3～4對CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)自由設(shè)站(注意:第二站及以后的各站設(shè)站時(shí)，上一站最后一個(gè)檢測點(diǎn)應(yīng)參與到設(shè)站，但高程值不參與傳遞)→標(biāo)架緊靠在線路前進(jìn)方向的右側(cè)承軌臺(tái)，依次測量本站內(nèi)所有板的第1、13、18號(hào)承軌臺(tái)(即圖 2所示 1、2、3號(hào)測點(diǎn))→沿線路右側(cè)測量到本站最遠(yuǎn)一塊板后，標(biāo)架掉頭→標(biāo)架緊靠在線路前進(jìn)方向的左側(cè)軌臺(tái)依次測量本站內(nèi)所有板的20、15、3號(hào)承軌臺(tái)(即圖2所示4、5、6號(hào)測點(diǎn))→本站測量結(jié)束。

圖2 軌道板檢測示意

④一個(gè)檢測區(qū)段至少應(yīng)超過300m。每次換站時(shí)，要求與上一測站搭接一塊板，且平面與高程搭接精度應(yīng)小于2 mm。

4 軌道板檢測的數(shù)據(jù)處理原理

通過外業(yè)測量，可以得到軌道板上各檢測承軌臺(tái)支撐處的三維坐標(biāo)(以下簡稱實(shí)測坐標(biāo))。此外，在設(shè)計(jì)的過程中，軌道板上各承軌臺(tái)支撐處都還有一個(gè)確定的三維坐標(biāo)(以下簡稱設(shè)計(jì)坐標(biāo))。軌道板檢測后，各檢測處即有兩套坐標(biāo):實(shí)測坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)。根據(jù)文獻(xiàn)［3］的相關(guān)規(guī)定，需要得出各軌道板的橫向偏差、縱向偏差、高差，以及各相鄰軌道板之間的相對橫向偏差、相對高差等。由于實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)均采用了CPⅢ坐標(biāo)基準(zhǔn)，因此高程方向的偏差比較容易得到，但平面橫向和縱向的偏差則不能直接得到，故對于平面橫向和縱向的偏差需進(jìn)一步的分析處理。

通過測量數(shù)據(jù)得到橫向和縱向的偏差，會(huì)涉及到兩個(gè)不同的坐標(biāo)系:①CPⅢ控制網(wǎng)所定義的測量坐標(biāo)系，如圖3所示，假定此處CPⅢ控制網(wǎng)的坐標(biāo)系為XOY;②軌道板縱向與橫向所定義的分析坐標(biāo)系，如圖3所示，1和6設(shè)計(jì)位置的連線即為軌道板的橫向方向。那么對于6號(hào)檢測點(diǎn)來說，可以6號(hào)點(diǎn)為原點(diǎn)o，以6與1的連線為y軸，與y軸垂直的方向?yàn)閤軸建立分析坐標(biāo)系xoy。因此只要將實(shí)測位置與設(shè)計(jì)位置的偏差轉(zhuǎn)換到分析坐標(biāo)系xoy中，即可得到橫向偏差、縱向偏差等。

圖3 坐標(biāo)示意

進(jìn)一步分析各個(gè)檢測數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，在坐標(biāo)系XOY與坐標(biāo)系xoy中，存在兩個(gè)公共點(diǎn)1和6，并且1和6在坐標(biāo)系XOY及坐標(biāo)系xoy中的坐標(biāo)均已知。例如:1和6的在坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo)為實(shí)測坐標(biāo);1和6在坐標(biāo)系xoy中的坐標(biāo)分別為(0，S16)(S16表示1與6之間的距離，該距離可以根據(jù)FFC文件提供的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得到)及(0，0)，則根據(jù)這兩個(gè)公共點(diǎn)，可求出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)(不考慮尺度變化)。根據(jù)此轉(zhuǎn)換參數(shù)，即可將實(shí)測出的1或者6在XOY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成在xoy坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，進(jìn)一步則得出橫向偏差與縱向偏差。

5 工程實(shí)踐

受某客運(yùn)專線業(yè)主委托，對某客運(yùn)專線的軌道板進(jìn)行了檢測，并結(jié)合該客運(yùn)專線建設(shè)指揮部對于軌道板鋪設(shè)灌注后測量驗(yàn)收檢查項(xiàng)目的要求，分別對軌道板中線偏差、高程偏差、相鄰軌道板接縫處承軌臺(tái)頂面相對高差和平面位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對同向搭接偏差進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

(1)軌道板橫向偏差采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對R89688-R89795區(qū)段軌道板的偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見表4和表5。

表4 R89688－R89795區(qū)段軌道板偏差統(tǒng)計(jì)

表5 R89688－R89795區(qū)段軌道板相鄰偏差統(tǒng)計(jì)

對上述抽檢的偏差進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，可得到左右軌橫向偏差、高程偏差，以及左右軌相鄰軌道板橫向相對偏差、高程相對偏差偏差分布，以左軌橫向偏差和左軌高程偏差為例，如圖4和圖5所示。

圖4 左軌橫向偏差分布

(2)軌道板橫向偏差分析

通過以上統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分布情況，可以看出，橫向誤差有些出現(xiàn)突變，但大部分較為平順。

就目前所檢測的軌道板存在的橫向偏差超限的問題，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行了分析:

圖5 左軌高程偏差分布

①有些軌道板上有部分水泥沒有清理干凈，給外業(yè)采集帶來一定的誤差。

②有些地段CPⅢ完成復(fù)測時(shí)間過長，由于CPⅢ發(fā)生變動(dòng)，因而對全站儀設(shè)站帶來了影響，輕者對軌道檢測帶來了一些不必要的誤差，重者造成無法進(jìn)行檢測。

③軌道板灌漿后，可能存在側(cè)滑，對側(cè)滑嚴(yán)重的個(gè)別板需進(jìn)行揭板處理。

④軌道板精調(diào)時(shí)采用的是GRP，在后期經(jīng)過軌道板的鋪設(shè)、灌漿等施工工藝和一定的負(fù)載之后，會(huì)對現(xiàn)存的CPⅢ的平面位置產(chǎn)生影響，導(dǎo)致基于CPⅢ測量的軌道板的中線位置發(fā)生偏差。

(3)軌道板高程偏差分析

通過以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高程偏差超過限差2 mm的情況較多，且高程偏差為正的概率較大。結(jié)合現(xiàn)場檢測的實(shí)際情況，做出以下分析:

①有些軌道板上有部分水泥沒有清理干凈，故測出來的高程比理論的高程值要高。

②軌道板灌漿后，可能存在上浮，對上浮嚴(yán)重的板需采取揭板處理。

③軌道板上的荷載未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載值，也可能是造成目前大部分高程偏差出現(xiàn)為正的原因之一。

6 結(jié)論與建議

(1)軌道板檢測采用的是單盤位一測回的測量方式，缺乏必要的檢核措施，為保證數(shù)據(jù)能客觀反映軌道板的實(shí)際狀況，對有疑問的數(shù)據(jù)必須經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核。

(2)數(shù)據(jù)處理采取的是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的思想，因而所檢測位置及其相鄰橫向位置必須同時(shí)具備設(shè)計(jì)坐標(biāo)和實(shí)測坐標(biāo)，否則無法得到該處的相關(guān)偏差。

(3)軌道板檢測屬于較新的技術(shù)，該技術(shù)可有效對軌道板鋪設(shè)質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，對檢測不合格的軌道板，應(yīng)采取揭板等措施進(jìn)行及時(shí)處理。該項(xiàng)工作能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軌道板精調(diào)偏差過大的情況，有效指導(dǎo)軌道板的進(jìn)一步調(diào)整，從而為今后的長軌精調(diào)打下基礎(chǔ)。

［1］李崢輝．CRTS_型板式無砟軌道系統(tǒng)鋪板后的檢測方案［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2010(3)

［2］中華人民共和國鐵道部．TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010

［3］中華人民共和國鐵道部．鐵建設(shè)［2009］218號(hào) 高速鐵路CTRSⅡ型板式無砟軌道施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國鐵道出版社，2010