對曲線內側高柱信號機限界測量問題的探討

裴天祿

軌旁信號設備的限界測量是信號維修工作的一項重要內容。為保證軌旁信號設備建筑接近限界達標和滿足超限車輛通行要求，必須準確測量并掌握其限界和高度。

1 常規的信號設備建筑接近限界測量方法

測量設于軌旁的信號設備建筑接近限界時，通常以軌面作為基準，測量信號設備各個高度變化點距線路中心的距離，以及各個高度變化點距兩軌頂連線的高度；然后通過對比 《鐵路技術管理規程》中規定的標準限界，來判定設備是否侵入限界。如果侵限，則要進行整治，否則將有可能影響超限車輛的通行安全。

在實際測量中，由于線路中心無法準確掌握，因此要想測量信號設備距線路中心的距離，如圖1所示，首先要通過測量被測點距鄰近側鋼軌的內邊緣距離，再加上標準軌距1435mm的一半717．5mm，即為被測點的實際限界值W ，被測點距兩軌頂連接的距離，即為測量高度H。

圖1 信號設備建筑接近限界測量

2 曲線上建筑接近限界的加寬要求

當列車在直線上運行時，車體中心線就是線路上兩鋼軌的垂直平分線，因此高度和限界的測量可根據傳統方法直接測量，毋須研究。但當列車在曲線上運行時，因為車體的剛性結構不能隨線路曲度而彎曲，車體縱向中心線與線路中心線也不相吻合，使車體兩端向線路外側偏移，車體中部向線路內側偏移，同時由于曲線上設置了外軌超高，使得車體向曲線內側傾斜，并且車體最高部位內傾的程度很大。因此在曲線上軌旁信號設備的建筑接近限界必須按規定進行加寬。

3 傳統的測量方法存在的問題

1．曲線上測量的高度與實際要求的高度存在誤差。當列車在曲線上運行時，列車實際上是向曲線內側傾斜的，這是為了平衡離心力，設置了外軌超高所造成。曲線內側的加寬公式為：

其中，R為曲線半徑，H為測量點距軌面高度，h為曲線外軌超高，40500為公式推導過程中根據車輛中心銷距等得出的計算值，1500為標準軌距的近似值，單位除曲線半徑R為m之外，其余均為mm。

從公式可以看出，曲線內側的加寬實際上是由2部分組成，如圖2所示。其中一部分為車體中心線偏離線路中心線產生的加寬量，即40500／R，這一部分只跟曲線半徑R有關；另一部分是由于外軌超高，致使車體向曲線內側傾斜而產生的加寬量，即H／1500，這一部分跟測量點的高度H 和曲線的外軌超高h有關。在曲線內側限界加寬公式推導過程中，H是測量點垂直于兩軌頂連線的距離，即圖2中的AC。但是按傳統的測量方法，從測量點使用吊錘所測得的設備高度H′實際為圖2中AB，AB為直角三角形的斜邊，AC為直角三角形的直角邊，根據直角三角形斜邊大于直角邊的性質，AB大于AC，因此根據測量高度H所計算出的限界加寬量是大于實際要求的加寬量。從限界數據方面來看，這一數據是傾向于安全側的，但是在判斷超限車輛通行條件時，由于所依據的是超限貨物各個不同側高所要求的安全距離，而這個側高是指車體垂直于兩軌頂連線的高度 （圖2中AC的距離），小于所測得的高度 （圖2中AB的距離）。

圖2 設于曲線內側的高柱信號機限界測量

舉個例子，當曲線外軌超高h為150mm，采用傳統測量方法測得的高度AB為4500mm，若軌距BC按1500mm來考慮，根據三角函數計算得垂直于兩軌頂連線的高度AC實際為4477mm，相差23mm。而某列超限車輛裝車后所要求的安全限界為：距軌面高度4180mm處 （圖2中AC的距離，下同）為2208mm （圖2中AF的距離，下同）；距軌面高度4480mm處為1984mm；距軌面高度4880mm處為1078mm，未銜接高度間為斜坡形連接。根據三角形性質可以計算得距軌面高度4500mm處的安全限界應為1938mm，而距軌面高度4477mm處的安全限界應為2001mm。這樣如果根據所測得的高度4500mm去核對設備限界是否滿足超級超限車輛通行條件，1938mm即可滿足，而實際則需要達到2001mm才能滿足超限車輛通行，因此所得到的結果既不準確，也不安全。

2．傳統的測量方法費時費力，登高作業存在人身安全風險。電務部門目前測量建筑限界大多采用接觸式測量，使用的工具是絕緣皮尺和吊錘等。對于高柱信號設備而言，由于吊錘的擺動、人工選點等原因，會造成測量誤差的加大；另一方面，登高作業會帶來非常大的人身安全風險，且在信號機距接觸網線距離小于2m時，必須要等接觸網停電后方可攀登作業，因此還需供電部門的配合。

4 解決方法

4．1 對測量數據進行人工校正處理

為準確掌握信號設備建筑限界和超級超限車輛通行所要求的安全限界，需要對測量高度進行校正處理，即將實際測量高度AB的值換算為AC的值，再進行比較，這樣才能準確判斷信號設備限界是否滿足超限車輛通行要求。

校正的方法：校正前，首先要知道信號設備所處曲線的外軌超高值；然后根據公式 “實際高度＝測量的高度×cos （arcsin h／1500）”即可實現校正。公式的推導過程不再詳述。

4．2 采用紅外線激光非接觸式測量

為解決傳統測量手段的諸多問題，應大力推廣使用紅外線激光方式的非接觸式測量儀器。測量時無需攀登信號機，只需將測量儀器放置在鋼軌上，使激光頭對準被測點，旋轉主機并觀察顯示屏，待顯示屏中央十字絲與待測目標點完全重合，則表明已瞄準。在光線較弱的情況下，也可以打開長光，用眼睛觀察激光點輔助瞄準。瞄準時，可先用手轉動主機進行粗調，然后根據需要再旋轉微調旋鈕進行微調，直到對準目標。采用這種方法，徹底消除了人身安全風險，同時相對傳統的測量方式來說，大大提高了測量精度，誤差可以控制在±5mm范圍之內，同時測量數據可以直接記錄在本機，測量完畢后再使用專用U盤將數據導出，也可通過自帶軟件在電腦上進行數據的分析、匯總等。另外在曲線上測量時，還可根據內部運算實現高度的自動校正。

目前蘭州局管內在限界測量中，采用了支架式和便攜式2種激光限界測量工具。其中，便攜式可在手機上安裝APP客戶端，通過藍牙與手機連接，測量數據可以直接傳送到手機上，非常方便。

總之，使用紅外線激光測量儀器大大提高了測量精度，消除了人身安全風險，應該替帶傳統的測量方式成為今后的發展趨勢，但唯一存在的不足是對高信信號機構測量時，由于機構背板邊緣較薄，使測量點的對準比較困難，在測量時需要在信號機背板上，人工設置易于對準的標記，需要在今后加以改進。

［1］ 中華人民共和國．GB 146．2－1983．標準軌距鐵路建筑限界［S］．1983．

［2］ 中華人民共和國．GB 50090－2006．鐵路線路設計規范［S］．2006．

［3］ 中國鐵路總公司 ．TG／01－2014．鐵路技術管理規程（普速鐵路部分）［S］．2014．

［4］ 中華人民共和國鐵道部 ．鐵道行業標準．鐵路建筑實際限界測量和數據格式［S］．

［5］ 龍科．關于細化鐵路曲線上建筑限界加寬的建議［J］．鐵道技術監督，2014（1）．

［6］ 崔可夫．曲線地段建筑接近限界內側加寬量計算方法［J］．鐵道技術監督，2003（10）．