高速鐵路道岔板精調(diào)方法研究

李新增　郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津　300251)

1　坐標(biāo)系

1.1　道岔板坐標(biāo)系

高速鐵路道岔板一般在板場(chǎng)預(yù)制完成。為了滿足道岔板的制板及鋪設(shè)精度，在道岔設(shè)計(jì)、制造及鋪設(shè)時(shí)會(huì)使用不同的坐標(biāo)系。

道岔板上孔位眾多，一般包括扣件孔位、精調(diào)棱鏡孔位、轉(zhuǎn)折機(jī)位及板角點(diǎn)等。為了保證單塊道岔板的制造精度，每個(gè)道岔板在設(shè)計(jì)時(shí)都定義了自己的坐標(biāo)系統(tǒng)，各孔位均有自己的道岔板坐標(biāo)系坐標(biāo)。道岔板坐標(biāo)系的定義方式如圖1所示，一般以道岔板的某一角點(diǎn)做為道岔板坐標(biāo)系的原點(diǎn)，縱向(延線路方向)為X軸，其垂直方向?yàn)閅軸。然后根據(jù)各孔位的坐標(biāo)進(jìn)行模板的設(shè)計(jì)并進(jìn)行道岔板的生產(chǎn)。

圖1　道岔板坐標(biāo)系統(tǒng)

1.2　道岔坐標(biāo)系

為了保證道岔的整體精度，在設(shè)計(jì)不同型號(hào)道岔時(shí)，設(shè)計(jì)單位又設(shè)計(jì)了一個(gè)相應(yīng)的道岔坐標(biāo)系，以保證整個(gè)道岔的統(tǒng)一性。一般是以岔前的第一塊道岔板的第一個(gè)承軌臺(tái)中心為原點(diǎn)，原點(diǎn)至岔尾方向構(gòu)成坐標(biāo)系縱軸(L軸)，垂直L往右為橫軸(Q軸)。道岔板各孔位在道岔坐標(biāo)系下又有一套坐標(biāo)，表1所示是某組道岔的道岔坐標(biāo)點(diǎn)。

表1　孔位等在道岔坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)

1.3　道岔施工坐標(biāo)系

道岔施工坐標(biāo)系，即線路工程獨(dú)立坐標(biāo)系。

2　道岔坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

道岔板的精調(diào)：首先要做的就是把道岔坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系，再利用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)，將道岔板鋪設(shè)到設(shè)計(jì)位置。

2.1　平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化

在道岔設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)專業(yè)給出道岔坐標(biāo)系和施工坐標(biāo)系之間的三個(gè)公共點(diǎn)，利用此三個(gè)公共點(diǎn)可完成由道岔坐標(biāo)系向施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的大量實(shí)驗(yàn)，采用四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對(duì)精度較高，其轉(zhuǎn)化方式如下

(1)

式(1)中，Δx、Δy為平移參數(shù)，α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，K為縮放比例。

將cosα、sinα泰勒一階展開(kāi)，代入式(1)，列出誤差方程

V=BX-L

(2)

若公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于2，則可根據(jù)最小二乘原理，組成法方程，求解出Δx、Δy、α、K，即可將道岔坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系。

我單位基于上述原理，開(kāi)發(fā)完成了道岔板坐標(biāo)與施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，得到廣泛認(rèn)可，并在我國(guó)某客運(yùn)專線推廣使用。

2.2　高程的轉(zhuǎn)化

道岔板承軌臺(tái)的高程可以從設(shè)計(jì)圖紙上直接讀出，理論數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，可讀取岔前和岔尾各一個(gè)高程點(diǎn)，并根據(jù)道岔的坡度及軌枕距離(一般為600 mm)，使用內(nèi)插的方法計(jì)算每個(gè)棱鏡點(diǎn)的理論高程值。

3　道岔板的精調(diào)方法

首先，將轉(zhuǎn)化完后的道岔板棱鏡孔位的施工坐標(biāo)、軌道基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)輸入到道岔板精調(diào)系統(tǒng)內(nèi)。精調(diào)時(shí)利用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行全站儀設(shè)站，并對(duì)道岔板棱鏡孔位上的棱鏡進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量值與理論值的差值進(jìn)行道岔板的調(diào)整，直至將道岔板精調(diào)到位。

3.1　一組道岔板精調(diào)的整體順序

第一：道岔板精調(diào)時(shí)，應(yīng)先精調(diào)渡線道岔過(guò)渡區(qū)域的道岔板(寬板)，再由此向兩邊延伸，單開(kāi)道岔要從岔尾處調(diào)起，依次向岔頭方向調(diào)整，不得在調(diào)整過(guò)程中變換調(diào)整方向，這樣會(huì)對(duì)道岔的整體平順性產(chǎn)生影響。精調(diào)順序如圖2所示。

圖2　道岔板精調(diào)順序

第二：視距要保證在6～25 m范圍內(nèi)，即一站調(diào)整1～3塊板。

第三：每次設(shè)站均須以上一塊板為基準(zhǔn)搭接(第一塊除外)。

3.2　單個(gè)道岔板的精調(diào)順序

第一：?jiǎn)螇K道岔板精調(diào)時(shí)要先調(diào)整4個(gè)角點(diǎn)的高程。將4個(gè)角點(diǎn)的高程精調(diào)到位，再檢驗(yàn)棱鏡孔位是否合格，棱鏡孔位的相對(duì)較差應(yīng)小于1 mm，否則就應(yīng)將不合格的孔位剔除，以保證道岔板位置的準(zhǔn)確。

第二：調(diào)整平面位置時(shí)，根據(jù)測(cè)得的各棱鏡孔位實(shí)際坐標(biāo)計(jì)算出道岔板的調(diào)整方向和調(diào)整量。如發(fā)現(xiàn)道岔板2個(gè)板邊的調(diào)整方向相反時(shí)，應(yīng)先將道岔板調(diào)整順直，使2個(gè)板邊的調(diào)整方向相同，調(diào)整量接近后再進(jìn)行縱橫向的調(diào)整。調(diào)整時(shí)精調(diào)人員一定要保持動(dòng)作一致，以保證道岔板調(diào)整精度。

第三：對(duì)重量較小的道岔板盡量使用對(duì)角點(diǎn)調(diào)整方法。對(duì)重量較大的道岔板，不宜使用此方法，因?yàn)榘宓闹亓繒?huì)使精調(diào)爪受損，應(yīng)使用四角調(diào)整方法。

第四：在四個(gè)角點(diǎn)的高程及平面調(diào)整好后，再調(diào)整板中部(兩側(cè)中部精調(diào)爪或板內(nèi)調(diào)高螺栓)高程。

第五：在所有的位置都調(diào)整完畢后，要進(jìn)行一次完整測(cè)量，與上一塊已精調(diào)完畢的道岔板進(jìn)行搭接，完整測(cè)量時(shí)道岔板的縱、橫向和高程以及與上一塊板的搭接數(shù)值在±0.3 mm的范圍內(nèi)，道岔板中部高程在±0.5 mm范圍內(nèi)。

第六：對(duì)精調(diào)后的道岔板要加以保護(hù)，嚴(yán)禁踩踏。

3.3　道岔板與正線板的銜接

道岔板與正線板銜接時(shí)，一般采取以澆筑好道岔板為基準(zhǔn)平順正線板的方式進(jìn)行。首先使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行全站儀的設(shè)站，測(cè)量出與正線軌道板相鄰道岔板的偏差，再根據(jù)偏差量調(diào)整正線軌道板。

4　灌注后道岔板平順性分析方法

4.1　平面平順性分析

使用CPⅢ控制網(wǎng)或軌道基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)全站儀進(jìn)行設(shè)站，測(cè)量出道岔板棱鏡孔位在施工坐標(biāo)系下(X，Y)的坐標(biāo)，并且計(jì)算出實(shí)測(cè)坐標(biāo)與理論坐標(biāo)的差值(ΔX，

ΔY)。再根據(jù)施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系的兩個(gè)公共點(diǎn)計(jì)算出施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系(L，Q坐標(biāo)系)的夾角，如圖3所示。

圖3　施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)關(guān)系示意

設(shè)某一點(diǎn)施工坐標(biāo)系中的偏差為(ΔX，ΔY)，根據(jù)施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系的角度關(guān)系，將(ΔX，ΔY)在L向和Q向進(jìn)行分解，即dq=ΔX1+ΔY1，縱向偏差為dl=ΔX2+ΔY2。計(jì)算所有測(cè)點(diǎn)的dq和dl的平均值，作為基準(zhǔn)，則所有dq和dl與基準(zhǔn)的差值即為各測(cè)點(diǎn)的偏差量，相鄰測(cè)點(diǎn)偏差量的差值即為道岔板的平順性。

4.2　高程平順性分析

道岔板高程平順性分析時(shí)，計(jì)算每個(gè)軌枕的高程實(shí)測(cè)值與理論值的偏差值，將所有偏差值取平均并作為基準(zhǔn)，然后所有的偏差值與基準(zhǔn)值的差值即為道岔板高程的偏差值，兩個(gè)相鄰點(diǎn)的偏差值之差即為道岔板高程的不平順性。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)京滬高鐵、石武及津秦客專等各條高速鐵路道岔板精調(diào)實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

(1)全站儀設(shè)站和后視棱鏡安裝使用的三角架的高度應(yīng)進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)高度變化及時(shí)在精調(diào)中修正，避免對(duì)中桿磨損造成三角架高度的變化。

(2)道岔板精調(diào)到位以后，需立即安裝下壓裝置，并且在大超高的地段還應(yīng)加設(shè)橫向固定裝置，安裝下壓裝置后需立即進(jìn)行完測(cè)檢查，對(duì)超限的棱鏡點(diǎn)需重新進(jìn)行調(diào)整。

(3)道岔板自密實(shí)混凝土澆筑前，對(duì)道岔板位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保所有測(cè)點(diǎn)均滿足限差要求。

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