精密軌道工程施工中軌道調(diào)校的經(jīng)驗探討

張偉靖 陳均輝 文 清 嚴(yán)成輝

(63870部隊)

1 工程概況

精密軌道工程全長6.0 km，軌距1 435 mm，軌道采用加工后的QU-100A起重軌焊接而成，全程無縫線路。扣件組采用雙向可調(diào)扣件對軌道進(jìn)行水平方向及豎直方向調(diào)節(jié)。在線路前進(jìn)方向左側(cè)，從起點開始約每60 m設(shè)置獨立基準(zhǔn)樁，共計28個，構(gòu)成軌道精調(diào)測量控制網(wǎng)。基準(zhǔn)樁基礎(chǔ)為鋼筋混凝土摩擦樁，頂部接承臺及基樁柱。基準(zhǔn)樁距軌道中心為1.45 m、距鋼軌頂面0.25 m。

2 軌道調(diào)校技術(shù)指標(biāo)、測量設(shè)備及環(huán)境要求

2.1 軌道調(diào)校技術(shù)要求

軌道調(diào)校技術(shù)要求見表1。

表1 滑軌調(diào)校技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 測量設(shè)備

鑒于對軌道的高平順性要求，滑軌調(diào)校的高標(biāo)準(zhǔn)、高精度測量，測量設(shè)備應(yīng)采用高精度全站儀、精密水準(zhǔn)儀及獲得國家承認(rèn)的軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行作業(yè)。本工程采用天寶DINI03精密水準(zhǔn)儀等儀器進(jìn)行滑軌高程調(diào)校作業(yè)。滑軌測量前，測量儀器必須經(jīng)過專門的檢定及測試，超過期限的儀器應(yīng)送往專門的檢定部門進(jìn)行鑒定，鑒定合格后方可使用。

2.3 測量設(shè)備對環(huán)境的要求

對滑軌調(diào)校的施工影響因素主要為自然環(huán)境、環(huán)境溫度、施工現(xiàn)場周圍的振動源。為了不出現(xiàn)測量誤差超限和假數(shù)據(jù)必須避開在氣溫變化較大、陽光直射、環(huán)境振動和大風(fēng)、能見度低、霧雨等氣候條件下進(jìn)行測量。宜選擇陰天、無風(fēng)、日落后2 h等氣候條件穩(wěn)定時段進(jìn)行。

2.4 測量前的準(zhǔn)備

2.4.1基樁復(fù)測

軌道精調(diào)前必對基樁控制點進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測結(jié)果在限差范圍內(nèi)采用原測成果，超限時應(yīng)檢查原因，如確認(rèn)原測成果有錯時，應(yīng)采用復(fù)測成果。復(fù)測時機(jī)：選擇在軌道精調(diào)前1 d～2 d內(nèi)完成，如環(huán)境溫度發(fā)生較大變化時應(yīng)重新復(fù)測。

2.4.2清理滑軌上的污染物

用刷子和棉抹布清理粘附在需要調(diào)整段滑軌上面、側(cè)面的污垢，并在滑軌上涂防銹油，以保證鋼軌調(diào)整精度。

2.4.3檢查小車

檢查清理小車測微輪上的污物，在施測過程中也必須隨時檢查清理。

2.4.4安裝儀器

測量儀器先在室外放置0.5 h以便適應(yīng)環(huán)境溫度，安裝棱鏡整平，并檢查棱鏡上面的鏡面是否干凈，棱鏡上面不得有水霧氣，35°面向全站儀。

2.4.5施工區(qū)段編號

為便于各項數(shù)據(jù)的收集和歸檔，同時和現(xiàn)場對應(yīng)以便于查找調(diào)整，對現(xiàn)場施工區(qū)段進(jìn)行編號，編號的原則是以每跨梁為單元，兩端錨固梁枕板編號分別為，0號臺：0臺-1，0臺-2，…，0臺-27，0臺-28(左右)，96號臺：96臺-1，96臺-2，…，96臺-27，96臺-28(左右)。其余均為以下編號：第一跨即編為1-1，1-2，…，1-15(左右)。

3 軌道調(diào)校

3.1 滑軌的精調(diào)原則

軌道靜態(tài)調(diào)整是根據(jù)軌道靜態(tài)測量數(shù)據(jù)對軌道進(jìn)行全面、系統(tǒng)地調(diào)整，將軌道幾何尺寸調(diào)整到允許范圍內(nèi)，對軌道線型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，合理控制軌距、軌向、高低等變化率，使軌道靜態(tài)精度滿足要求。原則是：先整體后局部、先軌向后軌距、先高低后水平的原則，重檢慎調(diào)；三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：測量、計算、調(diào)整。

3.2 滑軌高程精調(diào)(電子水準(zhǔn)儀)

電子水準(zhǔn)儀調(diào)整滑軌高程主要調(diào)主軌(左軌)，副軌精調(diào)采用小車。

3.2.1儀器架設(shè)

儀器安置穩(wěn)定可以提高測量精度，可以使Trimble DiNi03的測量精度達(dá)到最大。安置儀器時一定要注意幾點：

1)盡量將腳架腿架的寬一些，以增加儀器的穩(wěn)定性。如果周圍的障礙物不允許架腿架的很寬，可以降低腳架，增加穩(wěn)定性。

2)照準(zhǔn)部不宜太高也不宜太低(至少保證視線高出軌面30 cm)，以便減少扶尺誤差和地氣影響。

3)銦鋼條碼標(biāo)尺是與天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀配套的條碼標(biāo)尺，考慮到標(biāo)尺底面與鋼軌表面接觸有可能產(chǎn)生的誤差，添加了規(guī)格為22.5 mm的半球形磁質(zhì)尺墊，將面接觸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c面接觸，提高測量精度；為了保證標(biāo)尺的豎直穩(wěn)定性，在扶尺時使用輔助竹竿(至少保證一個水準(zhǔn)氣泡居中并保持穩(wěn)定)；扶尺人的狀態(tài)對測量的結(jié)果影響較大，所以在扶尺時每小時內(nèi)需至少10 min休息時間，從而保證扶尺穩(wěn)定性，提高測量準(zhǔn)確度。

儀器架設(shè)位置選擇在兩個基準(zhǔn)樁中間點。這是由于每次調(diào)校前需要以基準(zhǔn)點作為前視和后視，對基準(zhǔn)樁的基準(zhǔn)高程進(jìn)行復(fù)核。在中間點架設(shè)儀器可以消除視準(zhǔn)軸誤差的影響。每次測設(shè)距離不得超過30 m即2片梁的長度。

3.2.2調(diào)校步驟

1)確定調(diào)軌參數(shù)。

每次調(diào)校前，提前做好內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備，將擬調(diào)校區(qū)段的表格打印備好，對該段所有主軌調(diào)整段的扣板全部進(jìn)行測量，并計算調(diào)整量標(biāo)示在軌面上，表格形式見表2。

表2水準(zhǔn)測量記錄

測點樁號水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m后視讀數(shù)中視讀數(shù)前視讀數(shù)儀器標(biāo)高/m測點標(biāo)高/m設(shè)計標(biāo)高/m備注(設(shè)計-實測)×1 000 mm

2)先整體、后局部。

在現(xiàn)場調(diào)校中，考慮到部分區(qū)段高程整體偏差過大，逐點調(diào)整會加大勞動強(qiáng)度甚至于影響校軌結(jié)果，可考慮“先整體、后局部”的辦法，即首先將調(diào)整段鋼軌朝大致理論值調(diào)校，并同時調(diào)整好軌面水平度。再逐一調(diào)校各枕板。局部調(diào)整偏差較大的點，后調(diào)整偏差較小的點，有可能不用調(diào)整即可滿足要求。

在現(xiàn)場調(diào)校中，當(dāng)一個枕板調(diào)好后，需檢查前一個已調(diào)校枕板幾何狀態(tài)有無改變，若沒有變化方可進(jìn)行下一個枕板的調(diào)校，若有，則需重新調(diào)校此枕板，并檢查此枕板前一個，重復(fù)前述步驟直至所有枕板達(dá)到要求。

3)扣板調(diào)整要求。

a.每個枕板包含高程固定螺絲(扣板)和水平固定螺絲(U型板)，在兩個方向偏差值都不大的情況下，優(yōu)先調(diào)整高程，其次調(diào)校軌距。

b.根據(jù)螺距每轉(zhuǎn)動螺母180°，螺母沿絲桿前移或后退約1 mm。調(diào)整時先松后緊，即如向下調(diào)整時先松上面的螺母，再向下調(diào)下面的螺母；向上調(diào)整時先松上面的螺母，再向上調(diào)下面的螺母。盡量不調(diào)水平的U型板即軌向。

c.調(diào)校完單個枕板之后，必須檢查每個枕板四個固定螺絲的緊固程度，達(dá)到檢驗驗收標(biāo)準(zhǔn)(以扭矩扳手測量為準(zhǔn))。

3.2.3搭接處理

1)產(chǎn)生搭接誤差的原因分析。

a.首先排除人為讀數(shù)和計算誤差，如誤差超限可改變儀器高來進(jìn)行校正。

b.由于每次架設(shè)儀器均會產(chǎn)生不可控的系統(tǒng)誤差以及不同時間扶尺產(chǎn)生的人為誤差，導(dǎo)致在相同點位會出現(xiàn)后一次設(shè)站與前一次設(shè)站讀數(shù)不統(tǒng)一，即搭接誤差。

c.由于換站時后一個測站與前一個測站所采用的后視基準(zhǔn)樁不同，即使不考慮系統(tǒng)誤差與人為誤差，基準(zhǔn)樁本身可能存在一定誤差(允許范圍之類)，導(dǎo)致在相同點位后一測站與前一測站的讀數(shù)不同，即搭接誤差。

2)處理方法。

每次換站時，需重新測量至少三個已調(diào)校點，計算搭接誤差數(shù)值，若規(guī)律不明顯，可適當(dāng)增加重合點。找出搭接誤差后，按照每個枕板絕對值0.1 mm(設(shè)計值-實測值)順延至零，然后按照零往后調(diào)校。下一測站重復(fù)此過程。

3.2.4復(fù)檢

依據(jù)現(xiàn)場調(diào)軌記錄表格，由專人對已調(diào)校鋼軌進(jìn)行復(fù)檢，分不同工作量采用隨機(jī)抽檢和逐個檢驗兩種情況。

3.3 軌道小車精調(diào)操作步驟

3.3.1GEDOCE軌道小車準(zhǔn)備

利用全站儀手簿中配置選項下的傾斜傳感器和軌距傳感器零位進(jìn)行校正，利用線路軌道尺對軌道小車的軌距進(jìn)行校核。

1)將基樁坐標(biāo)和滑軌坐標(biāo)輸入到全站儀手簿里。

2)水平零點校正：采用小車掉頭找零點的方式校正(左右相對高程相加為零，即水平零點校正)。

3)軌距零點校正：采用軌檢尺進(jìn)行小車零點校正(合格的軌道尺)，將小車放在軌道上做記號，再將軌檢尺放在記號處觀察記錄數(shù)據(jù)，然后再次將小車放在軌道上記號處對比數(shù)據(jù)，完全吻合后調(diào)整完畢。

3.3.2Leica棱鏡安放

Trimble全站儀安放在180 m中間(前后相差不得超過2 m，使視距誤差減少到最小)。Leica棱鏡安放在四個基樁上，前后兩對面向Trimble全站儀并調(diào)平(棱鏡水準(zhǔn)氣泡居中,水準(zhǔn)管整平)。

3.3.3架設(shè)全站儀

置于兩對棱鏡控制點之間，并對中氣泡，點擊菜單鍵選取GEDOCE界面，點擊界面中的測量菜單下的連接全站儀選項，連接全站儀，并對電子水準(zhǔn)氣泡進(jìn)行整平，檢查全站儀在360°轉(zhuǎn)動后，電子水準(zhǔn)氣泡基本居中，選取界面測量下自由設(shè)站選項(利用后方交會原理)，先換取棱鏡名稱(基樁點)參數(shù)，然后對四個棱鏡進(jìn)行激光對準(zhǔn)并測量。為保證建站的精確必須進(jìn)行2測回測量并平差，結(jié)果達(dá)到設(shè)站誤差不大于1 mm要求方可達(dá)到設(shè)站完畢(如誤差超過1 mm必須重新設(shè)站，檢查棱鏡平整、儀器平整)，見圖1。

3.3.4CP3換GEDO

1)設(shè)站完成之后換取小車?yán)忡R(CP3換GEDO)對光準(zhǔn)備測量。2)面對全站儀進(jìn)行軌道小車測量參數(shù)的選擇(主要是棱鏡端和小車固定端的選取)進(jìn)行測量(可以定位測量也可以跟蹤測量)。

3.4 軌道調(diào)整

3.4.1調(diào)整主軌

手簿顯示主軌中線偏向即為調(diào)整方向(測量人員面對全站儀)，在開始調(diào)整之前先用小車對該測量段進(jìn)行全面測量，選取偏離最大的先調(diào)整量，然后繼續(xù)小車全面測量選取最大調(diào)整，直至整個測量段滿足要求。

3.4.2副軌超高調(diào)整

在主軌滿足要求的情況下開始調(diào)整副軌。用手簿顯示數(shù)值與0對比，數(shù)值顯示負(fù)號則向下調(diào)整(副軌比主軌高)，反之亦然。調(diào)整方法與主軌調(diào)整軌距相同(此數(shù)據(jù)是相對而言的，故而此項是建立在主軌高程調(diào)整滿足要求的基礎(chǔ)上)。

3.4.3副軌軌距調(diào)整

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軌距為1 435 mm,用手簿顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)軌距對比，如果數(shù)字超過1 435則向內(nèi)調(diào)整，反之向外調(diào)整；調(diào)整方法與主軌相同。

3.5 注意事項

1)現(xiàn)場CPⅢ棱鏡面盡量朝向全站儀，否則會產(chǎn)生0.2～0.4的誤差，建站誤差要控制在+1 mm，-1 mm以內(nèi)。

2)全站儀架設(shè)與小車?yán)忡R在同一面軌面，盡量使用小腳架，盡量低架設(shè)。這樣會保證誤差盡量變小。

3)外業(yè)觀測由遠(yuǎn)及近，盡量往一個方向測量,軌道小車與全站儀之間的距離不得小于5 m。

4)設(shè)站范圍盡量保持在10 m～70 m之內(nèi)，全站儀與小車距離50 m有效測點，去掉最近10 m和搭接的10 m。如需提高精度可縮短距離。

5)外業(yè)測量盡量等間距測量，一次測量長度不得大于30 m,兩站重疊不得少于8對螺絲(即半片梁)。

6)相鄰兩站的搭接距離要保證10 m。

7)小車?yán)忡R與全站儀之間盡量不走人避免遮擋,由于軌道小車在調(diào)試過程中數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定,隨時可能發(fā)生變化,因此，在調(diào)整未調(diào)螺絲時,不能不看已調(diào)過螺絲的數(shù)值變化,而一味的按既定數(shù)據(jù)調(diào)整,這樣容易導(dǎo)致誤差甚至錯誤的產(chǎn)生。

3.6 搭接誤差分析

由于軌道小車儀器本身的系統(tǒng)誤差以及人為誤差導(dǎo)致站與站之間的測量數(shù)據(jù)平順度不好，因此搭接在滑軌工程中顯得至關(guān)重要。一般會出現(xiàn)以下三種常見情況：

1)已調(diào)整好螺絲的誤差在下站復(fù)測過程中達(dá)到偏離中線1 mm以內(nèi)并有逐漸減小的趨勢，則將其在下站中的前十個螺絲中進(jìn)行搭接(即按照0.9 mm，0.8 mm，0.7 mm，…，0 mm)。

2)偏離中線1 mm以上，那么必須對已調(diào)試過的進(jìn)行復(fù)核再確定調(diào)整數(shù)據(jù)。

3)整片梁既定數(shù)值0 mm,在復(fù)測已調(diào)試好螺絲時如果全部變?yōu)橄驏|0.5 mm,并無減小趨勢時，那么調(diào)下個螺絲時必須按向東0.5 mm調(diào)整,而非按0 mm來調(diào)整。

4 安全措施

各種設(shè)備及測量工具都應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)禁摔打、磕碰、劃傷，由于在橋面上施工，作業(yè)場地狹小，在作業(yè)過程中，防止人員高空墜落、摔傷。根據(jù)施工作業(yè)中任務(wù)不同，應(yīng)配備必須的勞動用品，每個施工人員都必須佩戴勞動用品，防止出現(xiàn)意外傷害。由于作業(yè)時間大部分在晚上，所以作業(yè)人員必須要有照明設(shè)施，頭部佩戴投光燈。

5 結(jié)語

本文以精密軌道工程軌道測量和調(diào)整的工程實踐，通過對軌道全線的調(diào)校結(jié)果證明本文的測量調(diào)整方案是科學(xué)可行的，以及對軌道實測數(shù)據(jù)和誤差產(chǎn)生原因分析，確立了軌道調(diào)整原則，不僅保證了軌道的平直度滿足設(shè)計指標(biāo)要求，也保證了工程順利完成，對國內(nèi)后續(xù)的精密軌道工程的軌道調(diào)校有針對性的指導(dǎo)意義。