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      長大空間直線滑軌精調(diào)施工技術(shù)研究

      2021-07-27 02:43:14陳本見
      鐵道建筑技術(shù) 2021年7期
      關(guān)鍵詞:精調(diào)滑軌基準(zhǔn)點

      陳本見

      (中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司 湖北十堰 442000)

      1 工程概況

      火箭橇軌道是航空工業(yè)重要的大型、高精度地面動態(tài)模擬試驗設(shè)施,其承載火箭橇運行的高速度[1],對軌道的平順性提出極高的技術(shù)要求[2]。位于某地的火箭橇滑軌[3]全程為無縫線路(見圖1)。鋼軌為QU100的貝氏體精加工而成,鋪設(shè)在U型梁體上,通過豎向與橫向扣件與“U”型梁連接??奂A(yù)埋在“U”型梁上,扣件間距1 m,分為豎向扣件和橫向扣件,豎向扣件控制滑軌高程,橫向扣件控制滑軌方向。軌道為平行設(shè)置在“U”梁上的兩根鋼軌組成,分為主軌和副軌,靠東側(cè)的為主軌、西側(cè)的為副軌,軌距要求為1 435 mm。

      圖1 火箭橇滑軌結(jié)構(gòu)示意

      2 滑軌精調(diào)技術(shù)要求

      2.1 基準(zhǔn)樁技術(shù)要求

      滑軌調(diào)校是以基準(zhǔn)樁的基準(zhǔn)點為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)校,滑軌基準(zhǔn)控制網(wǎng)[4]如圖2所示。

      圖2 滑軌基準(zhǔn)控制網(wǎng)示意

      基準(zhǔn)樁每60 m設(shè)置一處,每個基準(zhǔn)樁上有一個強制對中盤,強制對中盤中心有一個M14×1.5 mm的螺紋用來安置測量儀器或量具,以此作為滑軌平面內(nèi)直線性基準(zhǔn);強制對中盤的上平面還有一個高程控制基準(zhǔn)標(biāo)志點,作為滑軌高程控制的基準(zhǔn)。

      以基準(zhǔn)點為基礎(chǔ)建立的空間理論直線[5]為基準(zhǔn),根據(jù)實際情況進(jìn)行滑軌的調(diào)整檢測,使其滿足調(diào)整技術(shù)要求(見表1)。

      表1 基準(zhǔn)點技術(shù)參數(shù) mm

      2.2 滑軌調(diào)整技術(shù)要求

      滑軌調(diào)整的技術(shù)要求如表2所示。

      表2 滑軌調(diào)整技術(shù)要求

      3 滑軌精測技術(shù)

      3.1 測量設(shè)備及環(huán)境要求

      火箭橇滑軌的高精度主要體現(xiàn)在軌道直線性的百萬分之一上[6],傳統(tǒng)的測量儀器精度無法滿足精度要求,所以選用目前最先進(jìn)的測量儀器——激光跟蹤儀,它是一種高精度測量儀器,采用球坐標(biāo)[7]定位,能夠?qū)\動目標(biāo)實時跟蹤測量,具有安裝簡單快捷、測量精度高、效率高等特點,適用于大尺寸設(shè)備測量。激光跟蹤儀測量范圍水平方向為±360°,垂直方向為±145°,測量半徑達(dá)到了320 m,適宜的環(huán)境溫度為0~40°,適應(yīng)的環(huán)境濕度最大為95%,其測量精度是15 μm+6L(L為測量半徑,單位為m),火箭橇滑軌每一站測量范圍最長為30 m,所以其精度為 15 μm+6L=15 μm+6 ×30 μm=0.195 mm <0.2 mm[8],能夠滿足火箭橇滑軌的對軌道調(diào)校的精度要求。

      3.2 滑軌精測

      滑軌精測[9]流程如下:施工準(zhǔn)備→測量數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)分析及處理→形成成果報告。

      3.2.1 施工準(zhǔn)備

      (1)施工區(qū)段編號

      為便于數(shù)據(jù)的整理和分析,對現(xiàn)場進(jìn)行區(qū)段劃分編號。根據(jù)實際情況,需激光跟蹤儀精測的施工區(qū)段主要為延長段主軌。區(qū)段編號的原則是以每節(jié)梁作為一個單元,編號表達(dá)為:Z(F)+L+測點數(shù)字號,Z(F)表示主軌(副軌),L表示橋梁號,測點數(shù)字號從北向南 1,…,15,如 Z200-10,表示主軌 200#梁 10#扣件。

      (2)滑軌除污涂油

      為確保測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性,減少測量誤差,必須在測量前利用鋼絲球、棉抹布、煤油等先將滑軌銹跡、污漬清理干凈。清理完成后在鋼軌上均勻涂抹機(jī)油,確保鋼軌表層被油膜保護(hù)并起到防銹作用。

      (3)基準(zhǔn)樁復(fù)核

      基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性直接影響滑軌的平順性,每次測量前應(yīng)對基準(zhǔn)點數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核,方法如下:

      將激光跟蹤儀架設(shè)在兩個基準(zhǔn)點中間位置,使用高精度模式觀測兩個基準(zhǔn)點,計算兩個基準(zhǔn)點之間的水平距離和高差,與設(shè)計值進(jìn)行對比,檢核基準(zhǔn)點穩(wěn)定性。

      (4)設(shè)備檢查

      激光跟蹤儀到場后,首先需要對儀器進(jìn)行檢查,第一查看儀器的鑒定證書是否齊全,第二就是檢查儀器本身測量精度,主要是檢查儀器的水平角、豎直角誤差和測距精度是否滿足精度要求。通過多次重復(fù)測量多個固定點,對所得測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,求出夾角的平均值和距離平均值,然后用觀測值減去平均值得到不符值,最后計算得出角度測量中誤差和距離測量中誤差,將儀器實際精度與理論精度進(jìn)行分析比較,判斷儀器精度是否達(dá)標(biāo),如果不達(dá)標(biāo)就要對儀器進(jìn)行返廠檢修。

      3.2.2 滑軌數(shù)據(jù)測量及分析處理

      (1)滑軌測量

      根據(jù)滑軌精調(diào)技術(shù)要求,完成準(zhǔn)備工作后,使用激光跟蹤儀進(jìn)行測量(見圖3)。測量步驟如下:

      圖3 激光跟蹤儀測量示意

      ①儀器架設(shè)在兩個基準(zhǔn)點之間,在調(diào)平后進(jìn)行初始化作業(yè),作業(yè)前先將儀器預(yù)熱30 min,等儀器與周圍條件狀態(tài)相吻合的時候進(jìn)行觀測,每站觀測之前均需對儀器進(jìn)行再一次初始化,激光跟蹤儀初始化時靶球距離儀器約8~10 m為宜。

      ②采用精密測量模式對本站兩個基準(zhǔn)點進(jìn)行測量,每次測量時間為10 s,連續(xù)測量3次。每次測量完成應(yīng)將靶球拿起再放一遍,這樣可最大限度地準(zhǔn)確測量基準(zhǔn)點坐標(biāo)。要求三次重復(fù)測量坐標(biāo)較差小于0.1 mm,然后取均值作為基準(zhǔn)點測量結(jié)果。

      ③使用邊緣基座對扣件點進(jìn)行測量,測量模式為標(biāo)準(zhǔn)模式,測量時間約為3 s。為了使兩站觀測值能夠很好地銜接,對兩站之間的公共點進(jìn)行重復(fù)觀測,相鄰兩測站重復(fù)觀測不少于3個扣件點。

      如果前后兩站搭接點觀測值之差小于0.4 mm,將搭接點的兩套坐標(biāo)采用余弦函數(shù)平滑搭接的方法統(tǒng)一成一套。

      如果兩者之差偏差超過0.4 mm,則這兩站數(shù)據(jù)視為粗差過大,要求對這兩站重新觀測。

      (2)測量數(shù)據(jù)分析

      本次使用的激光跟蹤儀徠卡AT402與其搭配的測量軟件是由美國New River Kinematics公司開發(fā)的Spatial Analyzer軟件(簡稱SA),使用時需要專門的許可碼授權(quán)才能運行,電腦和儀器通過網(wǎng)線連接后就可以操控儀器進(jìn)行測量工作。

      數(shù)據(jù)處理的核心部分在于坐標(biāo)系建立與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[10]上,當(dāng)一站數(shù)據(jù)測量完成后,就要進(jìn)行一系列的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。主要涉及到了三個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,儀器坐標(biāo)系—基點坐標(biāo)系—軌道坐標(biāo)系,數(shù)據(jù)測量是在儀器坐標(biāo)系下進(jìn)行的,測量完成后就要建立一個新的基點坐標(biāo)系,以Z軸為鉛垂線,第一個基準(zhǔn)樁Ci為原點,兩個基準(zhǔn)樁Ci與Ci+1的連線為Y軸建立基點坐標(biāo)系。最后一步就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,就是將基點坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為軌道坐標(biāo)系,需要根據(jù)基準(zhǔn)樁坐標(biāo)計算出來的轉(zhuǎn)換量進(jìn)行“兩轉(zhuǎn)換,一平移”,兩轉(zhuǎn)換指的是將空間坐標(biāo)系兩軸繞著的Z軸和X軸按照計算出來的轉(zhuǎn)換量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(見圖4、圖5),轉(zhuǎn)換成軌道坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo);一平移就是將第一個基準(zhǔn)樁坐標(biāo)帶入,使得里程、偏距和高程都是軌道參數(shù)。

      圖4 繞X軸旋轉(zhuǎn)參數(shù)

      圖5 繞Z軸旋轉(zhuǎn)參數(shù)

      將轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)導(dǎo)入數(shù)據(jù)批量處理軟件中,就可以得到滑軌精調(diào)數(shù)據(jù)報告(見表3),將其交由技術(shù)人員進(jìn)行軌道精調(diào)作業(yè)。

      表3 測量成果報告

      續(xù)表3

      4 滑軌精調(diào)

      滑軌精調(diào)流程圖如圖6所示。

      圖6 滑軌精調(diào)流程

      4.1 滑軌精調(diào)原則

      火箭橇滑軌精調(diào)是根據(jù)靜態(tài)測量數(shù)據(jù)[11]進(jìn)行全面、系統(tǒng)地調(diào)整,合理控制軌距、軌向、高低等變化率,將其幾何尺寸調(diào)整至允許范圍內(nèi)。

      滑軌精調(diào)的基本原則是:先整體后局部,先主軌后副軌,重視復(fù)檢。具體操作時主副軌精調(diào)還需依據(jù)各自特性,進(jìn)行調(diào)整:主軌精調(diào)時應(yīng)先高程、后軌向;副軌精調(diào)以調(diào)校好的主軌為基準(zhǔn),用零級道尺測量,配合鋼軌水平調(diào)平儀進(jìn)行調(diào)校?;壘{(diào)主要有3個關(guān)鍵之處:數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)分析、滑軌精調(diào)。遵循原則,把握關(guān)鍵點,才能保質(zhì)保量完成滑軌精調(diào)[12]。

      4.2 滑軌精調(diào)施工工藝及控制要點

      4.2.1 扣件安裝及調(diào)整

      滑軌鋪設(shè)前,提前將扣件安裝好并對其進(jìn)行調(diào)整,能夠有效減少后期精調(diào)量,降低精調(diào)難度,提高精調(diào)質(zhì)量。

      以外側(cè)豎向螺栓頂面中心為控制點測量數(shù)據(jù),并反算豎向扣件(承軌墊板)及橫向扣件(“U”型擋板)的調(diào)整量。依據(jù)調(diào)整量,先對外側(cè)豎向螺栓底部螺帽高度進(jìn)行調(diào)節(jié),然后將水平氣泡儀(精度要求0.02 mm/m)平放在承軌墊板上,并將其調(diào)平。待承軌墊板調(diào)整到位后,開始調(diào)整外側(cè)“U”型擋板的偏距(即方向),外側(cè)“U”型擋板調(diào)整完成后內(nèi)側(cè)僅安裝上即可,便于滑軌入槽。

      根據(jù)現(xiàn)場試驗,墊板未受壓狀態(tài)時,螺母每旋轉(zhuǎn)一圈,調(diào)整量為2 mm??奂{(diào)整時應(yīng)嚴(yán)格參照這一數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整作業(yè),以提高作業(yè)效率與質(zhì)量。

      4.2.2 主軌精調(diào)

      在主軌完成鋪設(shè)及應(yīng)力放散后,對主軌精調(diào)作業(yè)。主軌精調(diào)作業(yè)主要分為3個階段,具體工藝如下:

      (1)第一階段:利用零級道尺、鋼軌水平調(diào)平儀進(jìn)行高程、軌面傾斜度、方向精調(diào),確保整體高程與方向誤差在0.5 mm以內(nèi),軌面傾斜度誤差在15′以內(nèi)。具體步驟如下:

      ①進(jìn)行人員編組。按照每組4人(技術(shù)員1人、操作工3人)對作業(yè)人員進(jìn)行分組。

      ②高程及軌面傾斜度調(diào)整?;壐叱膛c軌面傾斜度由承軌墊板與高低螺帽控制,因此在進(jìn)行滑軌高程調(diào)整時同步利用鋼軌水平調(diào)平儀進(jìn)行軌面傾斜度調(diào)整。

      首先以副軌為臨時基準(zhǔn),由技術(shù)人員利用零級道尺讀出調(diào)整前主副軌相對高差,將其用石筆記錄在滑軌頂面上,并用石筆標(biāo)記道尺測量位置。然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出道尺需要調(diào)整到的數(shù)值,并將其記錄,如道尺測量原始參考數(shù)據(jù)顯示為“+0.5 mm”,測量調(diào)整量為“上0.6 mm”,道尺需要在調(diào)整后顯示的數(shù)值為“+1.1 mm”。依據(jù)調(diào)整值用開口扳手調(diào)整高低螺母,高程調(diào)整的同時將鋼軌水平調(diào)平儀的氣泡調(diào)整居中位置,直至調(diào)整合格。

      ③方向調(diào)整。高程與傾斜度調(diào)整完成后,利用零級道尺對主軌方向進(jìn)行調(diào)整。首先以副軌為臨時基準(zhǔn),將道尺活動端搭在主軌一側(cè),固定端搭在副軌一側(cè),讀出主副軌相對距離,并標(biāo)記測量位置,記錄數(shù)據(jù)。道尺方向數(shù)據(jù)表示以“1 435”為參考值,如:“+0.5 mm”即表示兩根鋼軌距離為1 435.5 mm。根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算調(diào)整后道尺需顯示的數(shù)據(jù),并用石筆記錄在滑軌頂面。如測量數(shù)據(jù)顯示為“左0.4 mm”(測量數(shù)據(jù)中的左右統(tǒng)一規(guī)定為東邊(即主軌一側(cè))為左,西邊(副軌一側(cè))為右),則調(diào)整后道尺需顯示的數(shù)據(jù)為“+0.9 mm”。數(shù)據(jù)記錄完成后調(diào)整橫向螺母,通過“U”型擋板擠壓鋼軌底部,開始方向調(diào)整,直至調(diào)整到期望值。第一階段精調(diào)時,需保護(hù)好滑軌上道尺測量標(biāo)記及記錄的數(shù)據(jù),確保數(shù)據(jù)的重復(fù)可用性,便于復(fù)檢復(fù)調(diào),確保第一階段精調(diào)完成后,主軌所有數(shù)據(jù)均滿足期望值。

      (2)第二階段:利用零級道尺、鋼軌水平調(diào)平儀同時對高程、軌面傾斜度及方向進(jìn)行微調(diào),確保調(diào)整后的數(shù)據(jù)90%以上滿足技術(shù)要求。精調(diào)方法與第一階段一致。

      (3)第三階段:利用百分表對第二階段調(diào)完后不達(dá)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步微調(diào),確保所有數(shù)據(jù)均在技術(shù)要求允許范圍內(nèi)。先將百分表架設(shè)在梁面上,調(diào)整百分表基座螺栓使基座水平氣泡居中;然后調(diào)整百分表,使高程調(diào)節(jié)百分表探針與主軌頂面接觸并有活動量,方向調(diào)整表探針與主軌內(nèi)側(cè)邊接觸并有活動量;然后使百分表指針指向“0”刻度。百分表架設(shè)完成后根據(jù)調(diào)整量進(jìn)行高程、軌面傾斜度、方向調(diào)整。數(shù)據(jù)合格的點位用百分表檢測,若有變化,將其調(diào)校到原位。

      主軌精調(diào)完成,待所有數(shù)據(jù)均滿足技術(shù)要求后,對其進(jìn)行驗收。

      4.2.3 副軌精調(diào)

      在主軌完成精調(diào)后,方可對副軌進(jìn)行精調(diào)。測量工具使用零級道尺,具體方法同主軌精調(diào)基本一致。零級道尺使用時應(yīng)找準(zhǔn)兩根鋼軌的最小間距,并在鋼軌上做好標(biāo)記便于復(fù)測復(fù)檢。副軌精調(diào)完成后確保各項數(shù)據(jù)符合驗收標(biāo)準(zhǔn)。

      5 施工注意事項

      5.1 安全措施

      各種精調(diào)工裝及設(shè)備都應(yīng)輕拿輕放,嚴(yán)禁摔打、磕碰、劃傷。梁面施工,作業(yè)空間狹窄,應(yīng)做好防護(hù)措施以避免人員高空墜落、摔傷。同時,根據(jù)施工作業(yè)的內(nèi)容不同,需配置必要的勞動保護(hù)用品,并要求所有參與施工人員都必須佩戴勞保用品,防止出現(xiàn)意外傷害。

      5.2 質(zhì)量措施

      為確保滑軌精調(diào)精度,必須建立嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系,并采取有效措施保障精調(diào)質(zhì)量。

      (1)建立嚴(yán)格測量制度,落實項目測量復(fù)核制度。

      (2)挑選責(zé)任心強、工作負(fù)責(zé)、作風(fēng)細(xì)致、業(yè)務(wù)諳熟的技術(shù)人員從事測量及精調(diào)工作。

      (3)配備先進(jìn)的測量儀器和精度較高的零級道尺。定期對測量儀器及道尺進(jìn)行檢驗、校正,并按規(guī)定送有關(guān)資質(zhì)部門標(biāo)定。

      (4)精調(diào)施工,利用零級道尺時應(yīng)標(biāo)記好道尺測設(shè)位置,便于復(fù)檢復(fù)調(diào),并保證活動端放置于所調(diào)鋼軌一側(cè),確保道尺能靈敏反映調(diào)整量;利用百分表精調(diào)時,應(yīng)將百分表架設(shè)牢穩(wěn),且探針與鋼軌接觸并留有活動量,施工時應(yīng)避免觸碰百分表。

      (5)精調(diào)時應(yīng)選取合適的溫度,確保精調(diào)作業(yè)與測量時的環(huán)境溫差不超過15℃。

      6 結(jié)束語

      根據(jù)滑軌精調(diào)的技術(shù)要求,選取先進(jìn)測量設(shè)備,探索滑軌精調(diào)施工工藝,確立了滑軌精調(diào)原則,總結(jié)出了系統(tǒng)的長大空間直線火箭橇滑軌精調(diào)施工技術(shù)。該技術(shù)不僅保證了滑軌精調(diào)質(zhì)量滿足設(shè)計技術(shù)要求,也保障了工程施工的正常進(jìn)行與圓滿完工,同時對國內(nèi)后續(xù)的長大空間直線火箭橇滑軌精調(diào)有針對性的指導(dǎo)與借鑒意義。

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