張齊勇(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)

一種適用于雙塊式無砟軌道軌排粗調(diào)的方法

張齊勇?
(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)

摘 要:CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌排粗調(diào)的質(zhì)量與效率十分重要,很有必要探索出一種高效率高質(zhì)量的軌排粗調(diào)方法:在底座板外側(cè)或支承層邊緣上埋設(shè)軌道基準(zhǔn)點,用全站儀精確測量其三維坐標(biāo),結(jié)合軌道幾何參數(shù)計算軌道基準(zhǔn)點相對于參考軌設(shè)計位置的幾何偏距,粗調(diào)中使用道尺結(jié)合幾何偏距指導(dǎo)軌排粗調(diào)。實際施工應(yīng)用表明,該粗調(diào)方法成本低、精度高、受現(xiàn)場條件影響小,能極大地提高后期軌排精調(diào)作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞:雙塊式無砟軌道；軌排粗調(diào)；軌排精調(diào)；軌道基準(zhǔn)點

1　引 言

在CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工中,軌排粗調(diào)與精調(diào)決定著道床板施工效率與質(zhì)量[1,2],而軌排粗調(diào)的質(zhì)量與效率直接影響著軌排精調(diào)的效率。目前軌排精調(diào)皆采用全站儀配合軌道幾何狀態(tài)測量儀實時調(diào)整,軌排粗調(diào)則主要是采用放樣中線點、軌排粗調(diào)機(jī)或直接采用軌道幾何狀態(tài)測量儀的方式進(jìn)行,這些方法各有利弊。放樣中線點的軌排粗調(diào)通過提前測設(shè)出的中線點,使用萬能道尺、鋼板尺和錘球配合粗調(diào)軌排平面,軌排高程則配合電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行軌頂標(biāo)高控制[3]。該方法需求儀器較多,且軌頂標(biāo)高控制還需計算出每一調(diào)整點的理論標(biāo)高,而在實際施工中,底座板/支承層上中線點通常會被土工布、鋼筋等覆蓋。使用粗調(diào)機(jī)進(jìn)行軌排粗調(diào)則以全站儀為測量工具,與粗調(diào)機(jī)水平及軌距測量裝置配合,通過專用數(shù)據(jù)分析與控制軟件實現(xiàn)自動或半自動調(diào)整,經(jīng)過粗調(diào)后的軌道位置誤差將控制在±5 mm范圍內(nèi),可用于雙塊式無砟軌道施工[4、5],使用粗調(diào)機(jī)進(jìn)行軌排粗調(diào)精度較好,但粗調(diào)機(jī)造價昂貴,體積龐大,所需調(diào)整時間較長[6]。采用軌道幾何狀態(tài)測量儀直接進(jìn)行軌排粗調(diào)時[7],要求在陰天或夜晚氣溫條件穩(wěn)定的情況下進(jìn)行、現(xiàn)場無施工干擾,尤其在軌排第一次組裝后,中線、高程偏差通常較大,此時使用全站儀配合軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行軌排粗調(diào)必須反復(fù)設(shè)站,較為浪費(fèi)時間,若時間過長或者溫度超過15℃,則必須重新調(diào)整軌排[8],經(jīng)實際施工統(tǒng)計,在完成100 m的軌排調(diào)整的情況下,直接使用軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行軌排粗調(diào)與精調(diào)需要8 h左右的時間。據(jù)上述,現(xiàn)有的軌排粗調(diào)方法從成本與效率因素綜合考慮皆有局限性,為保證軌排精調(diào)與道床板施工的效率,很有必要探尋出一種高效率、低成本的軌排粗調(diào)方法。

2　采用軌道基準(zhǔn)點的軌排粗調(diào)

在支承層/底座板外埋設(shè)軌道基準(zhǔn)點,基準(zhǔn)點標(biāo)志頂面有定位孔,外業(yè)使用全站儀精確測量該定位孔的平面坐標(biāo)與高程,內(nèi)業(yè)處理中,根據(jù)線路參數(shù)與基準(zhǔn)點實測坐標(biāo)反算基準(zhǔn)點的里程,計算出基準(zhǔn)點相對于參考鋼軌設(shè)計位置的平面偏距與高程偏距及該對應(yīng)處的設(shè)計超高,使用該數(shù)據(jù)結(jié)合L道尺與道尺指導(dǎo)軌排粗調(diào),其中,L道尺實現(xiàn)參考鋼軌平面與高程的定位,另一側(cè)的鋼軌通過道尺測量軌距與超高實現(xiàn)定位。使用軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法難點主要在于軌道基準(zhǔn)點三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確測量與數(shù)據(jù)處理。下面給出使用軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行軌排粗調(diào)方法的詳細(xì)實施。

2．1軌道基準(zhǔn)點的埋設(shè)

路基地段軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在支承層上,距支承層邊緣10 cm,沿線路走向每5 m設(shè)置一個;橋梁與隧道地段由于道床板與底座板寬度相同,軌道基準(zhǔn)點則埋設(shè)在底座板外側(cè)距底座邊緣10 cm處,每5 m設(shè)置一個。由于后期需要精確測量軌道基準(zhǔn)點坐標(biāo),其埋設(shè)間距可由卷尺測定,不需要精確放樣。左線軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在左線支承層/底座板的右側(cè),右線軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在右線支承層/底座板的左側(cè),軌道基準(zhǔn)點與線路關(guān)系如圖1所示,考慮此埋設(shè)位置的原因在于:軌道基準(zhǔn)點呈線狀布設(shè),后續(xù)測量時,為優(yōu)先利用全站儀的測角高精度性以及減弱測距誤差引起的軌道基準(zhǔn)點橫向偏差,全站儀架設(shè)應(yīng)大致與軌道基準(zhǔn)點在同一直線上[9]。若軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在右線右側(cè),則全站儀也需要架設(shè)在右線右側(cè),如圖1所示“不適合全站儀架設(shè)的點”虛線所示位置,架設(shè)在該點時,全站儀與右側(cè)的CPIII點XXXX302、XXXX304、XXXX306、XXXX308近似形成一條直線,網(wǎng)形結(jié)構(gòu)不合理,因此方法規(guī)定左線加密軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在左線支承層/底座板的右側(cè),右線加密軌道基準(zhǔn)點設(shè)置在右線支承層/底座板的左側(cè)。

圖1　軌道基準(zhǔn)點與全站儀設(shè)站示意圖

軌道基準(zhǔn)點埋設(shè)完成后,對其進(jìn)行編號,點號沿當(dāng)前作業(yè)面施工方向順序編號,左線按照Z001～Z999進(jìn)行編號,右線按照Y001～Y999進(jìn)行編號。

2．2軌道基準(zhǔn)點的測量

軌道基準(zhǔn)點的測量主要是測量其三維坐標(biāo)。軌道基準(zhǔn)點測量使用的全站儀精度不應(yīng)低于(1″、1 mm+2 ppm),每天測量前應(yīng)對全站儀進(jìn)行2C與豎盤指標(biāo)差檢查,若偏差較大需要進(jìn)行組合校準(zhǔn)。軌道基準(zhǔn)點上使用特制的帶強(qiáng)制對中的不等長三腳架小棱鏡或者帶水準(zhǔn)氣泡的單桿,需有固定的棱鏡高度并定期進(jìn)行檢校。軌道基準(zhǔn)點測量采用全站儀后方交會法設(shè)站,設(shè)站位置應(yīng)該按照圖1所示的位置進(jìn)行設(shè)站,即全站儀與軌道基準(zhǔn)點架設(shè)在同一直線上,每次設(shè)站采用8個(4對)CPⅢ后視點。為提高測量精度,全站儀的單邊最大測量距離不超過建站時觀測的最遠(yuǎn)的CPⅢ,即觀測的軌道基準(zhǔn)點應(yīng)在建站時觀測的CPⅢ范圍以內(nèi),否則應(yīng)進(jìn)行遷站測量。全站儀觀測軌道基準(zhǔn)點以5 m～70 m的觀測長度為宜[10],觀測距離過長則遠(yuǎn)端的高程偏差過大[11],按照5 m的點間距,每站以測量13個～14個點為宜。全站儀設(shè)站與CPⅢ控制點坐標(biāo)不符合值限差要求如表1、表2所示[10]:

CPⅢ控制點坐標(biāo)不符值限差要求 表1

自由設(shè)站點精度要求 表2

設(shè)站精度滿足表1、表2的要求后,即可進(jìn)行軌道基準(zhǔn)點測量,主要分為以下三個步驟:

(1)對最遠(yuǎn)的1個CPⅢ后視點進(jìn)行測量,并在點號前貫上HS,表示“后視”,如:HS1111301,保存其三維坐標(biāo);

(2)軌道基準(zhǔn)點測量:將帶強(qiáng)制對中的棱鏡裝置置于軌道基準(zhǔn)點的定位小孔上,并使氣泡水平,全站儀中輸入對應(yīng)棱鏡常數(shù)與棱鏡高度,依次測量軌道基準(zhǔn)點三維坐標(biāo)。

(3)軌道基準(zhǔn)點測量完成后,對第一步測量的后視CPⅢ點再次進(jìn)行測量并保存,可以在點號前加BH,表示“閉合”。如BH1111301。通過對比同一個點在軌道基準(zhǔn)點測量前和測量后的坐標(biāo)較差,可以判斷全站儀在測量過程中是否受到干擾。

每一站測量完成后,對上一站測量的最后一個軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行重復(fù)測量,比較不同的測站下對同一點測量的坐標(biāo)較差,坐標(biāo)較差各分量應(yīng)小于2 mm。測量坐標(biāo)換帶處的軌道基準(zhǔn)點時,應(yīng)采用相鄰?fù)队皫商證PⅢ成果對換帶處的軌道基準(zhǔn)點分別測量,重疊點以10個點為宜。

2．3數(shù)據(jù)處理

軌道基準(zhǔn)點測量完成并從全站儀導(dǎo)出后,內(nèi)業(yè)處理人員檢查外業(yè)設(shè)站的X、Y、H中誤差與定向精度,檢查后視與閉合CPⅢ點的坐標(biāo)差、重復(fù)測量點的坐標(biāo)差是否滿足作業(yè)要求。檢查合格后,對重復(fù)點的坐標(biāo)進(jìn)行平均處理,計算軌道基準(zhǔn)點與參考基準(zhǔn)鋼軌的幾何相對關(guān)系,計算步驟主要如下:

(1)根據(jù)線路幾何參數(shù)與實測的軌道基準(zhǔn)點坐標(biāo)反算軌道基準(zhǔn)點的里程;

(2)計算該里程位置的設(shè)計中線坐標(biāo)(X、Y、H)、超高[12];

(3)根據(jù)軌道幾何尺寸參數(shù)與該點的設(shè)計中線坐標(biāo)計算基準(zhǔn)點相對于參考鋼軌的平面偏距(撥道量)與高程偏距(起道量),計算基準(zhǔn)點與中線的距離、與道床板邊模距離等其他放樣參數(shù)。

對于坐標(biāo)換帶處重疊的兩套軌道基準(zhǔn)點坐標(biāo),分別在各自的投影帶內(nèi)計算其平面偏距與高程偏距并進(jìn)行比較,其較差應(yīng)小于2 mm。以上數(shù)據(jù)處理流程易于編制相應(yīng)的軌道基準(zhǔn)點自動處理程序,并生成報表。表3為某客運(yùn)專線某段里程自動生成的軌道基準(zhǔn)點放樣數(shù)據(jù)報表。

軌道基準(zhǔn)點放樣數(shù)據(jù)報表 表3

表3中所給出的撥道量與起道量含義如圖2所示:

圖2　撥道量與起道量位置示意圖

2．3軌排粗調(diào)

軌道基準(zhǔn)點數(shù)據(jù)處理完成后提交給現(xiàn)場施工人員,施工人員根據(jù)此報表數(shù)據(jù)指導(dǎo)工人進(jìn)行軌排粗調(diào)。軌排粗調(diào)可使用L道尺與道尺進(jìn)行。L道尺由相互垂直的橫尺與豎尺構(gòu)成,橫尺與豎尺皆有讀數(shù)裝置,且橫尺上具有水準(zhǔn)氣泡,將L道尺豎尺置放在軌道基準(zhǔn)點上,橫尺則放置在參考鋼軌上,橫尺上的氣泡水平時,橫尺與豎尺讀數(shù)即為實測撥道量與起道量,與設(shè)計撥道量、起道量做差計算,該差值即為參考鋼軌的平面與高程調(diào)整量。使用道尺測量軌道基準(zhǔn)點處對應(yīng)的軌距與水平,與標(biāo)準(zhǔn)軌距1 435 mm和設(shè)計超高進(jìn)行比較,其差值為另一側(cè)鋼軌的平面與高程調(diào)整量。通過調(diào)整,即可將左右鋼軌調(diào)整至設(shè)計位置,其粗調(diào)控制指標(biāo)如表4所示。

粗調(diào)完成后,應(yīng)再次使用L道尺與道尺檢查軌排的軌距、超高、起道量與撥道量,若偏差過大,則應(yīng)重新進(jìn)行粗調(diào)。

粗調(diào)控制指標(biāo) 表4

2．4粗調(diào)精度分析與相關(guān)說明

在粗調(diào)完成后,為驗證粗調(diào)精度,使用軌道幾何狀態(tài)測量儀對軌排粗調(diào)精度進(jìn)行檢核,以某客運(yùn)專線為例,對粗調(diào)后的區(qū)段使用軌道幾何狀態(tài)測量儀采集了約80 m的軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù),統(tǒng)計其中線偏差與軌頂高程偏差,其最大中線偏差與高程偏差分別為3．1 mm與3．7 mm,統(tǒng)計表格如表5所示。

粗調(diào)后軌道偏差統(tǒng)計表 表5

從表5中可看出,經(jīng)過粗調(diào)后的軌排精度良好,中線偏差與高程偏差絕大多數(shù)小于3 mm,說明粗調(diào)精度良好,能達(dá)到預(yù)期要求。

根據(jù)實際施工大量統(tǒng)計,正常情況下一天內(nèi)一個軌道基準(zhǔn)點埋設(shè)小組與測量小組可完成2 km軌道基準(zhǔn)點的埋設(shè)與測量,按照每個作業(yè)面每天施工120 m的進(jìn)度要求,該工作組至少可滿足8個作業(yè)面的軌排粗調(diào)數(shù)據(jù)要求。在粗調(diào)精度良好的情況下,使用軌道幾何狀態(tài)測量儀在2 h～3 h即可完成120 m的軌排精調(diào)作業(yè),并將軌排中線、高程、軌距、水平調(diào)整至0．5 mm之內(nèi)[13],則一臺軌道幾何狀態(tài)測量儀至少可滿足兩個作業(yè)面的需求。據(jù)此看出,使用軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行軌排粗調(diào)能減少軌排精調(diào)的工作量,并能使軌道幾何狀態(tài)測量儀得到充分的利用。

由于軌道基準(zhǔn)點是采用全站儀直接測量其三維坐標(biāo)并計算出起、撥道量,粗調(diào)后可使軌排中線偏差與高程偏差普遍在3 mm之內(nèi),在使用軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行軌排精調(diào)時,若軌道中線或軌面高程存在較大的一致性偏差,說明軌排粗調(diào)與軌道狀態(tài)幾何測量儀存在系統(tǒng)偏差,此時需要檢核軌道幾何狀態(tài)測量儀與軌道基準(zhǔn)點成果是否一致,可避免測量錯誤。在澆筑混凝土前,需再次使用L道尺與道尺檢核軌道基準(zhǔn)點的實測起撥道量、軌距和超高與理論數(shù)據(jù)是否一致,這是由于軌排精調(diào)完成后至道床板混凝土澆筑之間存在時間間隔,若精調(diào)后軌排固定裝置松動可能造成軌排中線或者高程偏差過大。因此,使用軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法還可以與軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行的軌排精調(diào)起到交叉檢核,避免出現(xiàn)質(zhì)量事故。

3　結(jié) 語

使用軌道基準(zhǔn)點進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法簡單易行,效率較高。該方法能避免粗調(diào)機(jī)的設(shè)備與相關(guān)人員昂貴的費(fèi)用,能克服軌道幾何狀態(tài)測量儀直接進(jìn)行軌排粗調(diào)精調(diào)對于環(huán)境與設(shè)備的要求,同時粗調(diào)精度較高,能極大地提高后期軌排精調(diào)效率。該方法通過某客運(yùn)專線多個標(biāo)段的實際應(yīng)用,效果良好,滿足了CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工質(zhì)量與效率的要求。

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A Method Suitable for Coarse Adjustment of Track Panel in Double-block Ballastless Track

Zhang Qiyong
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd．,Xi’an 710043,China)

Abstract:In the double-block ballastless track construction,the efficiency of coarse adjustment of track panel is very important,so it is necessary to explore a method with high efficiency and quality for coarse adjustment．The method presented in this paper is:bury a reference point at the edge of support layer;measure the exact three-dimensional coordinate of the reference point with total station,then combine the geometrical parameter of track to calculate the geometric offset distance between the reference point and the reference track;finally use the geometrical offset distance to guide the coarse adjustment of track panel by track gauge．In ballastless track construction,this method has been proved that can greatly increase the working efficiency of fine adjustment of track panel,and lower cost,higher precision,not be affected by the worse condition of construction site either．

Key words:double-block ballastless track;fine adjustment of track panel;coarse adjustment of track panel;track reference point

文章編號:1672-8262(2015)05-132-04中圖分類號:P258

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

收稿日期:?2015—02—05

作者簡介:張齊勇(1983—),男,工程師,主要從事軌道測量等方面的工作。