一種適用于雙塊式無砟軌道軌排粗調的方法

張齊勇(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西西安 710043)

一種適用于雙塊式無砟軌道軌排粗調的方法

張齊勇?
(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西西安 710043)

摘 要:CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道軌排粗調的質量與效率十分重要,很有必要探索出一種高效率高質量的軌排粗調方法:在底座板外側或支承層邊緣上埋設軌道基準點,用全站儀精確測量其三維坐標,結合軌道幾何參數計算軌道基準點相對于參考軌設計位置的幾何偏距,粗調中使用道尺結合幾何偏距指導軌排粗調。實際施工應用表明,該粗調方法成本低、精度高、受現場條件影響小,能極大地提高后期軌排精調作業效率。

關鍵詞:雙塊式無砟軌道；軌排粗調；軌排精調；軌道基準點

1　引 言

在CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工中,軌排粗調與精調決定著道床板施工效率與質量[1,2],而軌排粗調的質量與效率直接影響著軌排精調的效率。目前軌排精調皆采用全站儀配合軌道幾何狀態測量儀實時調整,軌排粗調則主要是采用放樣中線點、軌排粗調機或直接采用軌道幾何狀態測量儀的方式進行,這些方法各有利弊。放樣中線點的軌排粗調通過提前測設出的中線點,使用萬能道尺、鋼板尺和錘球配合粗調軌排平面,軌排高程則配合電子水準儀進行軌頂標高控制[3]。該方法需求儀器較多,且軌頂標高控制還需計算出每一調整點的理論標高,而在實際施工中,底座板/支承層上中線點通常會被土工布、鋼筋等覆蓋。使用粗調機進行軌排粗調則以全站儀為測量工具,與粗調機水平及軌距測量裝置配合,通過專用數據分析與控制軟件實現自動或半自動調整,經過粗調后的軌道位置誤差將控制在±5 mm范圍內,可用于雙塊式無砟軌道施工[4、5],使用粗調機進行軌排粗調精度較好,但粗調機造價昂貴,體積龐大,所需調整時間較長[6]。采用軌道幾何狀態測量儀直接進行軌排粗調時[7],要求在陰天或夜晚氣溫條件穩定的情況下進行、現場無施工干擾,尤其在軌排第一次組裝后,中線、高程偏差通常較大,此時使用全站儀配合軌道幾何狀態測量儀進行軌排粗調必須反復設站,較為浪費時間,若時間過長或者溫度超過15℃,則必須重新調整軌排[8],經實際施工統計,在完成100 m的軌排調整的情況下,直接使用軌道幾何狀態測量儀進行軌排粗調與精調需要8 h左右的時間。據上述,現有的軌排粗調方法從成本與效率因素綜合考慮皆有局限性,為保證軌排精調與道床板施工的效率,很有必要探尋出一種高效率、低成本的軌排粗調方法。

2　采用軌道基準點的軌排粗調

在支承層/底座板外埋設軌道基準點,基準點標志頂面有定位孔,外業使用全站儀精確測量該定位孔的平面坐標與高程,內業處理中,根據線路參數與基準點實測坐標反算基準點的里程,計算出基準點相對于參考鋼軌設計位置的平面偏距與高程偏距及該對應處的設計超高,使用該數據結合L道尺與道尺指導軌排粗調,其中,L道尺實現參考鋼軌平面與高程的定位,另一側的鋼軌通過道尺測量軌距與超高實現定位。使用軌道基準點進行軌排粗調的方法難點主要在于軌道基準點三維坐標的準確測量與數據處理。下面給出使用軌道基準點進行軌排粗調方法的詳細實施。

2．1軌道基準點的埋設

路基地段軌道基準點設置在支承層上,距支承層邊緣10 cm,沿線路走向每5 m設置一個;橋梁與隧道地段由于道床板與底座板寬度相同,軌道基準點則埋設在底座板外側距底座邊緣10 cm處,每5 m設置一個。由于后期需要精確測量軌道基準點坐標,其埋設間距可由卷尺測定,不需要精確放樣。左線軌道基準點設置在左線支承層/底座板的右側,右線軌道基準點設置在右線支承層/底座板的左側,軌道基準點與線路關系如圖1所示,考慮此埋設位置的原因在于:軌道基準點呈線狀布設,后續測量時,為優先利用全站儀的測角高精度性以及減弱測距誤差引起的軌道基準點橫向偏差,全站儀架設應大致與軌道基準點在同一直線上[9]。若軌道基準點設置在右線右側,則全站儀也需要架設在右線右側,如圖1所示“不適合全站儀架設的點”虛線所示位置,架設在該點時,全站儀與右側的CPIII點XXXX302、XXXX304、XXXX306、XXXX308近似形成一條直線,網形結構不合理,因此方法規定左線加密軌道基準點設置在左線支承層/底座板的右側,右線加密軌道基準點設置在右線支承層/底座板的左側。

圖1　軌道基準點與全站儀設站示意圖

軌道基準點埋設完成后,對其進行編號,點號沿當前作業面施工方向順序編號,左線按照Z001～Z999進行編號,右線按照Y001～Y999進行編號。

2．2軌道基準點的測量

軌道基準點的測量主要是測量其三維坐標。軌道基準點測量使用的全站儀精度不應低于(1″、1 mm+2 ppm),每天測量前應對全站儀進行2C與豎盤指標差檢查,若偏差較大需要進行組合校準。軌道基準點上使用特制的帶強制對中的不等長三腳架小棱鏡或者帶水準氣泡的單桿,需有固定的棱鏡高度并定期進行檢校。軌道基準點測量采用全站儀后方交會法設站,設站位置應該按照圖1所示的位置進行設站,即全站儀與軌道基準點架設在同一直線上,每次設站采用8個(4對)CPⅢ后視點。為提高測量精度,全站儀的單邊最大測量距離不超過建站時觀測的最遠的CPⅢ,即觀測的軌道基準點應在建站時觀測的CPⅢ范圍以內,否則應進行遷站測量。全站儀觀測軌道基準點以5 m～70 m的觀測長度為宜[10],觀測距離過長則遠端的高程偏差過大[11],按照5 m的點間距,每站以測量13個～14個點為宜。全站儀設站與CPⅢ控制點坐標不符合值限差要求如表1、表2所示[10]:

CPⅢ控制點坐標不符值限差要求 表1

自由設站點精度要求 表2

設站精度滿足表1、表2的要求后,即可進行軌道基準點測量,主要分為以下三個步驟:

(1)對最遠的1個CPⅢ后視點進行測量,并在點號前貫上HS,表示“后視”,如:HS1111301,保存其三維坐標;

(2)軌道基準點測量:將帶強制對中的棱鏡裝置置于軌道基準點的定位小孔上,并使氣泡水平,全站儀中輸入對應棱鏡常數與棱鏡高度,依次測量軌道基準點三維坐標。

(3)軌道基準點測量完成后,對第一步測量的后視CPⅢ點再次進行測量并保存,可以在點號前加BH,表示“閉合”。如BH1111301。通過對比同一個點在軌道基準點測量前和測量后的坐標較差,可以判斷全站儀在測量過程中是否受到干擾。

每一站測量完成后,對上一站測量的最后一個軌道基準點進行重復測量,比較不同的測站下對同一點測量的坐標較差,坐標較差各分量應小于2 mm。測量坐標換帶處的軌道基準點時,應采用相鄰投影帶兩套CPⅢ成果對換帶處的軌道基準點分別測量,重疊點以10個點為宜。

2．3數據處理

軌道基準點測量完成并從全站儀導出后,內業處理人員檢查外業設站的X、Y、H中誤差與定向精度,檢查后視與閉合CPⅢ點的坐標差、重復測量點的坐標差是否滿足作業要求。檢查合格后,對重復點的坐標進行平均處理,計算軌道基準點與參考基準鋼軌的幾何相對關系,計算步驟主要如下:

(1)根據線路幾何參數與實測的軌道基準點坐標反算軌道基準點的里程;

(2)計算該里程位置的設計中線坐標(X、Y、H)、超高[12];

(3)根據軌道幾何尺寸參數與該點的設計中線坐標計算基準點相對于參考鋼軌的平面偏距(撥道量)與高程偏距(起道量),計算基準點與中線的距離、與道床板邊模距離等其他放樣參數。

對于坐標換帶處重疊的兩套軌道基準點坐標,分別在各自的投影帶內計算其平面偏距與高程偏距并進行比較,其較差應小于2 mm。以上數據處理流程易于編制相應的軌道基準點自動處理程序,并生成報表。表3為某客運專線某段里程自動生成的軌道基準點放樣數據報表。

軌道基準點放樣數據報表 表3

表3中所給出的撥道量與起道量含義如圖2所示:

圖2　撥道量與起道量位置示意圖

2．3軌排粗調

軌道基準點數據處理完成后提交給現場施工人員,施工人員根據此報表數據指導工人進行軌排粗調。軌排粗調可使用L道尺與道尺進行。L道尺由相互垂直的橫尺與豎尺構成,橫尺與豎尺皆有讀數裝置,且橫尺上具有水準氣泡,將L道尺豎尺置放在軌道基準點上,橫尺則放置在參考鋼軌上,橫尺上的氣泡水平時,橫尺與豎尺讀數即為實測撥道量與起道量,與設計撥道量、起道量做差計算,該差值即為參考鋼軌的平面與高程調整量。使用道尺測量軌道基準點處對應的軌距與水平,與標準軌距1 435 mm和設計超高進行比較,其差值為另一側鋼軌的平面與高程調整量。通過調整,即可將左右鋼軌調整至設計位置,其粗調控制指標如表4所示。

粗調完成后,應再次使用L道尺與道尺檢查軌排的軌距、超高、起道量與撥道量,若偏差過大,則應重新進行粗調。

粗調控制指標 表4

2．4粗調精度分析與相關說明

在粗調完成后,為驗證粗調精度,使用軌道幾何狀態測量儀對軌排粗調精度進行檢核,以某客運專線為例,對粗調后的區段使用軌道幾何狀態測量儀采集了約80 m的軌道幾何狀態數據,統計其中線偏差與軌頂高程偏差,其最大中線偏差與高程偏差分別為3．1 mm與3．7 mm,統計表格如表5所示。

粗調后軌道偏差統計表 表5

從表5中可看出,經過粗調后的軌排精度良好,中線偏差與高程偏差絕大多數小于3 mm,說明粗調精度良好,能達到預期要求。

根據實際施工大量統計,正常情況下一天內一個軌道基準點埋設小組與測量小組可完成2 km軌道基準點的埋設與測量,按照每個作業面每天施工120 m的進度要求,該工作組至少可滿足8個作業面的軌排粗調數據要求。在粗調精度良好的情況下,使用軌道幾何狀態測量儀在2 h～3 h即可完成120 m的軌排精調作業,并將軌排中線、高程、軌距、水平調整至0．5 mm之內[13],則一臺軌道幾何狀態測量儀至少可滿足兩個作業面的需求。據此看出,使用軌道基準點進行軌排粗調能減少軌排精調的工作量,并能使軌道幾何狀態測量儀得到充分的利用。

由于軌道基準點是采用全站儀直接測量其三維坐標并計算出起、撥道量,粗調后可使軌排中線偏差與高程偏差普遍在3 mm之內,在使用軌道幾何狀態測量儀進行軌排精調時,若軌道中線或軌面高程存在較大的一致性偏差,說明軌排粗調與軌道狀態幾何測量儀存在系統偏差,此時需要檢核軌道幾何狀態測量儀與軌道基準點成果是否一致,可避免測量錯誤。在澆筑混凝土前,需再次使用L道尺與道尺檢核軌道基準點的實測起撥道量、軌距和超高與理論數據是否一致,這是由于軌排精調完成后至道床板混凝土澆筑之間存在時間間隔,若精調后軌排固定裝置松動可能造成軌排中線或者高程偏差過大。因此,使用軌道基準點進行軌排粗調的方法還可以與軌道幾何狀態測量儀進行的軌排精調起到交叉檢核,避免出現質量事故。

3　結 語

使用軌道基準點進行軌排粗調的方法簡單易行,效率較高。該方法能避免粗調機的設備與相關人員昂貴的費用,能克服軌道幾何狀態測量儀直接進行軌排粗調精調對于環境與設備的要求,同時粗調精度較高,能極大地提高后期軌排精調效率。該方法通過某客運專線多個標段的實際應用,效果良好,滿足了CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工質量與效率的要求。

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A Method Suitable for Coarse Adjustment of Track Panel in Double-block Ballastless Track

Zhang Qiyong
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd．,Xi’an 710043,China)

Abstract:In the double-block ballastless track construction,the efficiency of coarse adjustment of track panel is very important,so it is necessary to explore a method with high efficiency and quality for coarse adjustment．The method presented in this paper is:bury a reference point at the edge of support layer;measure the exact three-dimensional coordinate of the reference point with total station,then combine the geometrical parameter of track to calculate the geometric offset distance between the reference point and the reference track;finally use the geometrical offset distance to guide the coarse adjustment of track panel by track gauge．In ballastless track construction,this method has been proved that can greatly increase the working efficiency of fine adjustment of track panel,and lower cost,higher precision,not be affected by the worse condition of construction site either．

Key words:double-block ballastless track;fine adjustment of track panel;coarse adjustment of track panel;track reference point

文章編號:1672-8262(2015)05-132-04中圖分類號:P258

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—02—05

作者簡介:張齊勇(1983—),男,工程師,主要從事軌道測量等方面的工作。