高速鐵路CRTSⅡ型軌道板幾何尺寸檢測技術及方法

陳 興 范嘆奇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 天津 300251)

隨著京津城際鐵路的成功投入運營,我國無砟軌道鐵路客運專線越來越多的開始使用CRTSⅡ型軌道板。CRTSⅡ型軌道板幾何精度要求高,可以說沒有質量合格、高精度的軌道板就沒有高速度的城際鐵路。通過檢測軌道板的幾何外形可以反映軌道板生產時各個工序的狀況,并且可以根據檢測結果,加強生產過程中的質量控制，保證軌道板質量,最終保證打磨生產按照工期有序進行。

1 基本概念

CRTSⅡ型軌道板：CRTSⅡ型軌道板適用于CRTSⅡ型板式無砟軌道,并在工廠預制,其標準尺寸為6 450 mm×2 550 mm×200 mm，為部分預應力混凝土板[1-2]。

平整度：加工或者生產CRTSⅡ型軌道板時,表面并不會絕對平整,軌道板上幾個點實測水平數據與絕對水平之間所差數值,就是平整度(軌道板的幾何尺寸值中平整度數值越小越好)。

直線度：直線度是加工或生產CRTSⅡ型軌道板時,本應該在一條直線上的點偏離理論直線的程度，用某點偏離理論直線的距離表示。

鉗口距離(小鉗口尺寸)：鉗口距離是指一個承軌臺橫斷面內承軌面向上平移28 mm后與兩個鉗口面交點之間的距離[1]。

外鉗口距離(大鉗口尺寸)：外鉗口距離是指軌道板同一橫斷面內,左右兩個承軌臺的承軌面向上平移28 mm后,與左右兩個承軌臺外側鉗口面交點之間的距離。

2 軌道板檢測時的工作內容

在進行軌道板的質量檢測中,軌道板的幾何尺寸是相當重要的環節,因為每塊軌道板上有10對承軌槽,而這10對承軌槽通過標準化的扣件直接承載著鋼軌。承軌槽之間的平整度關系和直線度關系將直接影響鋼軌的平整程度與線性關系,也就是說影響著后續的列車運行平穩性、舒適性及安全性。

每塊軌道板上的10對承軌槽,都有相應的精度指標,這些精度指標在《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術條件》(科技基[2008]173號)(以下簡稱173號文)都有明確的規定。如CRTSⅡ軌道板成品板的單個鉗口距離的指標應滿足±0.5 mm的要求[1]。

對軌道板的幾何尺寸是否滿足要求主要通過以下幾項進行評定：直線度、平整度、傾斜度、小鉗口距離、大鉗口距離這5項指標。

3 儀器設備及工裝

CRTSⅡ型軌道板檢測時應具備如下儀器設備及工裝。

3.1 測量平臺[2]

測量平臺由6個油壓感應器組成,每個感應器連接一個數字化的電子顯示儀器,以顯示每臺油壓感應器的受力大小。測量平臺的實測照片如圖1所示。

圖1 測量平臺

3.2 觀測墩

觀測墩應建立在堅實的基面上,墩體固定、牢固。觀測墩應當遠離工廠生產的繁忙區域，遠離噪聲源,平時注意不要碰動,螺栓位置定期噴油養護。觀測墩的形狀見圖2。

圖2 觀測墩

3.3 全站儀

要求全站儀具有自動照準功能,測角精度不低于1″；測距精度不低于±(1+2×10-6D)mm；測量儀器應定期校驗、保養[1，3]；使用時應具備檢校合格證書。

3.4 平板棱鏡

圖3 測量平板以及棱鏡(組合在一起為平板棱鏡)

平板棱鏡是軌道板檢測過程中的重要工具。平板棱鏡有兩部分組成：測量平板以及棱鏡。外形如圖3所示。

在選擇平板棱鏡時要注意：①測量平板兩端伸出舌頭的傾斜度要合乎規范要求,以使平板棱鏡可以和承軌槽內壁貼緊；②棱鏡要使用精密棱鏡,棱鏡常數要進行記錄,使用時輸入全站儀內。

4 外業操作流程及方法

外業操作流程有如下三個主要步驟。

步驟一：前期準備工作。包括把需要測量的軌道板吊裝至測量平臺上,并做好關于軌道板板號、軌道板由幾號模具生產、軌道板生產日期方面的記錄,方便后續的分析和計算。在測量前,要把測量儀器拿到車間里面,儀器取出后,適應環境0.5 h,以減少由于外界溫差引起的測量誤差,保證測量時的高精度。在測量前,還應該檢查測量所使用的平板棱鏡的尺寸是否正確,如不正確需要及時進行調整,還要檢查棱鏡和軌道板表面是否清潔。

步驟二：調整。調整測量平臺使被測軌道板處于不受力狀態。兩側的兩對油壓感應器支撐力要調整到每個受力值應占軌道板總重量的14％,中間的一對感應器每個受力占軌道板總重量的22％。這樣的受力設置可以保證軌道板由于支撐所引起的自重變形最小。

步驟三：測量。測量需要兩個人進行,一人操作儀器,一人擺放平板棱鏡,使用儀器的自動記錄功能,不需要手工記錄數據。測量時不需要設站,以任意設站方式直接采集軌道板上的點的三維坐標,每個軌道板需采集40個點,即每個承軌槽上采集兩個點。擺放平板棱鏡時一定要注意,要使平板棱鏡與承軌槽各個表面密實接觸,不留縫隙。

每塊軌道板的測量數據存放在一個數據文件中,做好整理和記錄,方便后續數據處理工作的進行。

5 內業數據處理

根據CRTSⅡ型軌道板測量的特點,筆者設計出一套解決分析外業采集數據的方法(如圖4所示)。

圖4 內業數據處理流程

在數據處理時共分A、B、C、D四個步驟進行。其重點和難點在于A部分和C部分。由于是在一塊6 450 mm×2 550 mm尺寸上的軌道板上進行坐標系轉換,傳統測量學中的各種坐標系轉換均不適合,筆者參考了相關數學書籍,設計出利用幾個固定點來建立坐標系從而進行數據轉換的方法。并且利用VB語言進行了程序的實現。

筆者計算出的結果和華東數控的打磨機機床自動化測量出的結果進行比較,取得了一致的成果,從而驗證了方法和程序的正確性；并且已經在新建京滬高速鐵路客運專線工程中進行了應用,取得了令人滿意的效果。

6 結論

對CRTSⅡ型板幾何尺寸的檢測必要而且重要,希望通過本文的敘述,可以使讀者對軌道板的外業檢測有更深入的了解,以便于更好的為高速客運專線的建設服務。也希望提供的內業解算步驟和方法可以使讀者有所啟發。

[1]科技基[2008]173號 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術條件[S]

[2]工管工[2009]104號 客運專線鐵路無砟軌道施工手冊[S]

[3]鐵建設[2007]85號 客運專線無砟軌道鐵路工程施工質量驗收暫行標準[S]

[4]TZ216—2007 客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術指南[S]

[5]孔祥元，郭際明.控制測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2006

[6]同濟大學數學系.高等數學[M].北京：高等教育出版社，2007

[7]鐵建設[2006]189號 客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定[S]

[8]朱穎，等.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術[M].北京：中國鐵道出版社，2008

[9]GB/T15314—94 精密工程測量規范[S]

[10]鐵建設函[2009]674號 高速鐵路無砟軌道工程施工精調作業指南[S]