一種雙塊式無砟軌道線型粗調與精調施工方法

趙立財

（中鐵十九局集團 第三工程有限公司，沈陽 110133）

高速鐵路具有高安全性、高平順性、高穩定性、高可靠性及高精確度5個突出特點，因此，建成后的軌道是否具有滿足列車高速運行的高平順性成為高速鐵路建設成敗的關鍵因素之一。通過軌道靜態粗調與精調檢測，可以對鋪軌后的軌道平順性進行量化評價，其評價指標包括軌距、超高、扭曲、平面及高程位置、長短波平順性等，并針對軌道不平順的地方給出調整方案，進而保證線路開通前的軌道處于最佳幾何狀態。本文以武廣高速鐵路雙塊式無砟軌道施工為例，淺談無砟軌道線型調整的施工方法。

1 工程概況

武漢至廣州高速鐵路是為了緩解我國鐵路運輸最繁忙的南北主干線之一的京廣鐵路武昌至廣州段的運輸能力緊張狀況，實現客貨分線運輸，形成大能力快速度的客運通道而修建的。中鐵十九局負責Ⅴ標段11.729 km無砟軌道鋪設工作，該鐵路右線，半徑長7 995 m，緩和段長570 m，超高115mm，軌距1 435mm；左線，半徑8 000 m，緩和段長570 m，超高115mm，軌距1 435mm，長鏈在直線段中消化掉。

2 軌道線型測量方法

2.1 粗調測量

2.1.1 內業工作

全站儀：對軌道控制網（CPIII）點進行復測，結果無誤后做成文本文件（點名，Y坐標，X坐標，標高，與全站儀中設置對應），復制到全站儀內存卡的data文件夾內（文件名中不能含有漢字），導入粗調作業中。

粗調機：計算出ZH、HY、YH和HZ里程相應的CPIII坐標，分別輸入到軟件中，輸入平曲線半徑及對應超高、豎曲線要素等參數。

2.1.2 全站儀校正

對TCRP1201徠卡全站儀的校正要在氣溫低、溫度無較大變化、視線良好、無震動、噪聲干擾的情況下進行。整平全站儀后對配置/儀器設置/TPS改正中的溫度、大氣壓進行設置。對準100 m外棱鏡中的十字絲中心，按F10關閉ATR，進入工具/檢查與校準/組合校準，ATR選項選擇打開,按提示進行校準。

2.1.3 粗調機標定

（1）將粗調機放置在直線、水平的軌道上，測量單元處于待測位置（單元上部的棱鏡），手簿里具有該段軌道的設計線形（平曲線、豎曲線、超高，擴展名分別為：.tra、.lgs、.ueb）；（2）將全站儀分別置于粗調機每個單元的側面，把標定桿置于每個單元的前后，分別測量前、中、后3個棱鏡，點擊計算，算出每個單元的平面結構系數；（3）打開修正超高結構系數，用軌距尺測出每個單元傳感器側工具軌的超高，在相應位置填入測量值，傳輸一個超高量，再次測量超高，輸入軟件，完成后計算機自動計算各單元超高系數；（4）打開傳感器調校，用軌距尺測出每單元傳感器側軌距，輸入軟件，將粗調機各單元軌距傳感器間加入一個已知長度物體，把原測量值與這個長度相減，所得數據填入軟件，計算出軌距系數。

2.1.4 粗調測量方法

在無砟軌道板鋪設后混凝土未澆筑前便開始進行軌道線型粗調作業。

（1）儀器設備架設：到達粗調現場后，首先觀查粗調機前2排軌置鏡點處前后100 m距離內視線是否暢通，插入6個CPIII后視棱鏡，置鏡于所調軌道另一側,改正氣溫、氣壓后設站。用遙控器把軌排抬起，正倒鏡測量每個單元的棱鏡，測量完成后計算調整量，傳送調整量，一般每排軌要調整2次～3次。

（2）粗調機的設計線形輸入：平、豎曲線和超高，輸入格式用記事本格式輸入，輸入完畢后改成合適的后綴，負號應在英文輸入法下輸入，文件格式必須正確（分別為：traverse.tra、longitudinal.lgs、cant.ueb）。

（3）超高校準：利用軌檢尺測量軌道的水平，分別將測得4個調整單元的數據對應輸入手簿中，以指導粗調機將軌道調整至水平位置，之后點擊Take Last Calibration。超高校準如圖1所示。

圖1 超高校準圖

(4)全站儀定向：采用后方交會、自由設站模式進行定向，定向之后手動瞄準調整單元1號的棱鏡，手簿選中Manually aimed，點擊開始測量Measure測得數據，然后不選中Manually aimed，點擊Measure All獲得4個調整單元數據，將獲得的數據對應輸入粗調機的手動遙控器中，進行提升、橫向、超高操作。提升、橫向、超高操作如圖2所示。

圖2 提升、橫向、超高操作圖

2.1.5 軌道線型粗調測量過程

操作人員將粗調機定位后，全站儀自動依次尋找各個調整單元的棱鏡，自動測量各調整單元的位置并將各調整單元的坐標及高程傳輸到計算機進行計算。粗調機采集超高、軌距數據通過無線傳輸傳遞到筆記本電腦，筆記本電腦對獲得的坐標和超高數據進行計算，得出每個調整單元處的軌排位置與其設計位置的偏差。該偏差值由計算機計算后將數據自動無線發送至各個調整單元，由人工控制進行水平、垂直、超高位置的自動調節。軌道粗調機作業過程如圖3所示。

圖3 軌道粗調機作業過程

2.2 精調測量

2.2.1 內業工作

全站儀：參數錄入同粗調機全站儀參數錄入。

精調小車：對一段線路第1次精調，要新建測量項目，之后每次測量只要打開這個測量項目即可。在新建測量項目中設置平面和高程基準、設置軌向、高低基準、輸入平曲線、對應超高、豎曲線要素等參數，最后計算出ZH、HY、YH、HZ里程與相應的CPIII坐標，填入軟件數據錄入欄中，前后各多錄入一段曲線。

2.2.2 全站儀校正

與粗調測量全站儀校正方法相同。

2.2.3 精調測量方法

軌道線型粗調工作完成、軌道鋪設竣工后便開始進行軌道精調作業。

（1）儀器設備架設

到現場后先觀察精調區域內視線是否暢通，如有遮擋應提前處理。全站儀設站時要最少后視8個CPIII點，架設盡量與小車棱鏡高度相等，測站中誤差限差東坐標0.7mm，北坐標0.7mm，高程0.7mm，方向3 s。設站時同時組裝小車，組裝小車時應把小車軌距延長器與雙輪部分連接處略微抬高，然后把4個連接螺栓對角擰緊，把雙輪放于高軌上，電腦放置在托盤上，打開電腦，連接USB線，打開測量項目，新建作業名，導入小車參數，對小車進行超高校正，2次測得超高值之合不大于0.3mm。校正完成后，小車雙輪端應置于低軌，點擊采集，鎖定小車棱鏡，進入施工模式。

（2）軌距

軌距測量傳感器是通過小車的通信貓和全站儀的通信貓之間的一種信息傳遞，全站儀實測的軌檢小車上棱鏡的三維坐標，結合小車的幾何參數，換算出對應里程、平面位置、高程、軌距、軌向與設計相比較，得出調整偏差，調整偏差值。軌距測量傳感器如圖4所示。

圖4 軌距測量傳感器圖

（3）水平超高

以內軌頂面為基準，根據列車的設計時速來確定超高值與精調小車顯示數據比較，得到其偏差值，調整偏移值。水平、超高調整如圖5所示。

圖5 水平、超高調整示意圖

超高計算公式為：

公式（1）中：h是外軌超高值（mm)，V是行車速度(km/h)，R是曲線半徑(m)。

（4）平面位置和高程

使用全站儀實測軌檢小車上棱鏡的三維坐標，然后結合標定的軌檢小車幾何參數、小車的定向參數、水平傳感器所測橫向傾角及實測軌距，即可換算出對應里程處的實測平面位置和軌面高程，繼而與該里程處的設計平面位置和軌面高程進行比較，得到其偏差，用于指導軌道調整。平面位置和高程如圖6所示。

圖6 平面位置和高程圖

（5）軌向與高低

使用全站儀實測的軌檢小車上棱鏡的三維坐標，然后反算出實測中線和設計中線的偏差，之后根據調整量（實測正矢）進行調整，使實測中線和設計中線相吻合，軌向和高低控制在2mm以內。如圖7所示。

圖7 軌向與高低圖

（6）長短波不平順，如圖8所示。

圖8 長短波不平順圖

（7）軌道線型精調測量過程

依據CPⅢ基準測量網，使用先進的傳感器、CF-19便攜電腦、TCRP1201徠卡全站儀、GRP1000軌檢小車結合GRP win 5軌道精調系統，按每塊軌道板各測量前、中、后3對承軌臺數據，每次設站最多測量80 m范圍，前后兩次設站搭接1塊軌道板。全站儀讀取的數據經軌道板快速精調系統軟件處理后，即形成軌道板線型的測量數據，依照此數據對無砟軌道高程、軌距的偏差以及連續測量數據所反映的軌道方向與高低、長短波平順度進行精調，使無砟軌道線路整理精度達到客運專線的要求。軌道線型測量數據評估的判別依據是軌向和高低、軌距、水平偏差控制在±2mm，平面位置和高程控制在±1mm。對超標的部分，視為軌道線型不合格，全站儀讀取的軌道線型測量數據評估如圖9所示。

圖9 軌道板測量數據評估

（8）軌道線型精調復測過程

采用GRP3000軌檢小車對軌道線型進行復測，在軌檢小車測量之前，將CPIII網測量成果及無砟軌道線型數據輸送軌檢小車系統軟件。全站儀后視線路兩側6個CPIII控制點進行自由設站，觀測軌檢車上的棱鏡，之后全站儀將測量數據傳遞給軌檢小車。軌檢小車測量時，一次設站最大測量距離80 m，前后兩次測量的搭接區不小于5個測點，同一點不同測站的測量數據不超過0.5mm。軌檢小車通過自身攜帶的傳感器對軌道的超高、軌距進行測量，之后軟件將所有測量數據進行處理，實時形成每個測量點的絕對坐標、軌距、方向、高低與設計數據的對照。測量完成后，軌檢小車系統可自動生成測量成果報表，該報表能反映每個測量點的絕對坐標、軌距、水平及方向、高低長短波與設計數據的差值，對超標處以顯紅標記。GRP3000軌道檢查小車作業過程如圖10所示，軌檢小車測量數據評估如圖11所示。

3 工藝流程及操作要求

軌道調整作業順序：調整軌距，軌道測量重新擬合中線、獲取高程數據，現場標定鋼軌調整內容，軌道調整班組進行軌道調整，快速整形到位。

圖10 GRP3000軌道檢查小車作業過程

圖11 軌檢小車測量數據評估

3.1 粗調工作流程

輸入并核對設計數據（平曲線、豎曲線、超高、控制點）→設置項目屬性→粗調機幾何尺寸校準（每次轉場或重新組裝后）→全站儀檢定。粗調工作流程如圖12所示。

3.2 粗調現場操作要求

（1）正倒鏡檢查全站儀水平角和豎角偏差如果超過3 s，進行組合校準及α角校準。（2）使用6個CPIII控制點自由設站，其中前后至少各使用1個60 m以上的CPIII控制點，設站后啟動測量控制程序，放樣60 m以上的1個控制點對設站進行檢核。（3）使用粗調機抓起軌排約20 cm，調平后校準超高傳感器（一般每天開始測量前校準1次，如氣溫變化迅速，可再次校準）。（4）檢查粗調機測量小車是否靠近彈簧拉緊的一側，及粗調機上的棱鏡安裝是否正確，棱鏡下方的螺桿是否松動。（5）將全站儀人工對準第一單元的棱鏡，并進行測量。（6）自動測量全部單元，根據測量結果進行第1次粗調。（7）再次自動測量全部單元，根據測量結果進行第2次粗調，直至平面位置、高程及超高偏差在1.5mm以內。（8）檢查當前軌排與調整過的軌排是否存在錯牙；如果存在，對粗調機超高傳感器進行檢查，并檢核全站儀設站（如果總是存在，使用T形尺進行檢查）。（9）加裝螺桿調節器后將粗調機移至下一軌排。（10）目標距離大于75 m時，全站儀搬站。

圖12 粗調工作流程圖

3.3 精調工作流程

（1）輸入并核對設計數據（平曲線、豎曲線、超高、控制點，如存在斷鏈，需分別輸入，左右線也分別輸入）。精調工作流程如圖13所示。（2）設置項目屬性，如平面位置和高程測量基準等；（3）精調機幾何尺寸檢定。

3.4 精調現場操作要求

（1）精調前對軌排所有螺桿調節器和扣件進行檢查，確保螺桿調節器內側的螺釘擰緊，螺桿與鋼筋之間有足夠間隙，扣件彈條與軌距擋板密貼。（2）正倒鏡檢查全站儀水平角和豎角偏差，如果超過3 s，在氣象條件較好的情況下進行組合校準及水平軸傾斜誤差（α）校準；檢查全站儀ATR照準是否準確，有無ATR的偏差也應少于3 s。（3）使用至少6個CPIII控制點自由設站，其中前后至少各使用一個60 m以上的CPIII控制點。（4）設站的同時組裝軌檢小車，將雙輪部分靠近低軌。（5）在穩固的軌道上校準超高傳感器，一般每天開始測量前校準1次，如氣溫變化迅速，可再次校準；校準后可在同一點進行正反2次測量，測量值之和應在0.3mm以內。（6）將全站儀對準軌檢小車棱鏡，檢查通信，關閉全站儀強力搜索，并鎖定棱鏡。（7）放樣60 m以上的一個控制點對設站進行檢核。（8）進入施工模式，看偏差數據是否穩定，如不穩定（變化范圍超過0.7mm），將小車向前推，找到數據相對穩定的距離，根據此距離再次重新設站。（9）將軌檢小車停在當前設站區間的最后一對螺桿調節器上，將其偏差盡可能調整到0并采集數據，在下一站開始測量前不要移動軌檢小車。（10）全站儀搬站并重新設站，檢核設站后，在上一站最后一個點處察看偏差數據，如果小于2mm則再次采集數據，軟件將自動開始交疊補償，如果偏差大于2mm，需重新設站。（11）重復（7）～（11）操作，條件較差時可增加全站儀檢核次數。

圖13 精調工作流程圖

4 常見問題與處理

4.1 粗調常見問題與處理

（1）手簿與全站儀、粗調機無法通信，連接失敗，可能原因包括PDA沒有開機；電瓶沒電；通信天線沒有連接好；波特率設置錯誤等；（2）無法獲得棱鏡坐標或坐標錯誤等，全站儀沒有手動瞄準1號調整單元的棱鏡，還有可能全站儀自動跟蹤模式而瞄準CPIII控制點的棱鏡（或人員走動等擋住全站儀與調整單元棱鏡的視線）；（3）全站儀沒有按順序測量調整單元上的棱鏡坐標,應該從1號單元開始測量,之后2、3、4單元的測量，而全站儀沒有測量2號調整單元，直接跳到3或4號調整單元，可能原因是全站儀設站與粗調機的4個調整單元在一條直線上，導致全站儀在自動跟蹤模式下，而是瞄準其他的棱鏡。

4.2 精調常見問題與處理

（1）警告“不穩定傾斜，是否重新采集”：小車受到振動，測量超高值不準確，點擊重新采集即可。（2）警告“采集不成功”：棱鏡失鎖，重新鎖定棱鏡。（3）測量數據不穩定：軌道不穩；全站儀不穩；氣象條件不佳；通信貓工作不正常，造成數據丟失。（4）設站精度無法滿足要求：實際測量控制點與輸入點號不對應；設站測量時ATR未打開；全站儀未及時進行校準；個別點坐標不準確。（5）明顯的平面偏差：全站儀和設計平曲線的東北坐標相反。（6）明顯的高程偏差：誤輸入棱鏡高或儀器高；小車棱鏡未完全插入；平曲線和豎曲線里程不對應。（7）無法生成報表：未插入加密軟件狗。

5 結束語

無砟軌道線型調整是一件不可避免的工作，重視并做好無砟軌道鋪軌后的軌道線型調整工作既是彌補無砟軌道安裝施工誤差的需要，更是無砟軌道高速列車安全舒適運營的需要。本文利用該項技術對武廣客運專線大瑤山隧道無砟軌道進行了粗調與精調，調整后將軌距調整至1 435mm～ 1 436mm范圍，相鄰2根軌枕之間的軌距變化率小于0.3mm，軌向和軌頂面高程相鄰2檢測點之間的變化率小于0.3mm,有效保證了軌道幾何狀態的高精確性和高平順性，解決了粗調、精調效率不高的施工難題，同時可縮短工期,減少人力成本，提高作業工效，可為同類工程提供參考。

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