淺談使用電子水準(zhǔn)儀檢測(cè)承軌臺(tái)高程

李良斌

中冶（貴州）建設(shè)投資發(fā)展有限公司 貴州 貴陽 550000

近年來，隨著我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的逐步落實(shí)，高速鐵路的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)高質(zhì)量快速發(fā)展期。鑒于國(guó)外相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，目前我國(guó)高速鐵路和客運(yùn)專線軌道形式主要為無砟軌道。CRTSIII型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)作為我國(guó)自主研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種創(chuàng)新型無砟軌道技術(shù)成果，得到了業(yè)界高度認(rèn)可及重視。其結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、建造技術(shù)均不同于已有的其他軌道[1]。改變傳統(tǒng)限位凸臺(tái)和定位錐限位方式，通過擴(kuò)展板下填充材料形成整體較好的復(fù)合結(jié)構(gòu)。施工中的關(guān)鍵施工技術(shù)為：根據(jù)工程類型，選用外形一樣的縱聯(lián)板和單元板，承軌臺(tái)設(shè)有擋肩。為實(shí)現(xiàn)軌道板承軌臺(tái)位置與平面設(shè)計(jì)線形和豎面設(shè)計(jì)線形的空間匹配，可參用承軌臺(tái)高程測(cè)量完成線路軌道板定位精調(diào)，從而保證了軌道空間幾何線形的高平順性、高穩(wěn)定性、高舒適度。此外，凝土之間使用自密實(shí)混凝土來進(jìn)行灌注固定。在自密實(shí)混凝土灌注施工后，雖然精調(diào)軟件可以對(duì)灌注好的軌道板進(jìn)行縱向、橫向、及高程偏差進(jìn)行檢測(cè)，但由于受現(xiàn)有軟件設(shè)計(jì)（目前軌道板檢板軟件只能檢測(cè)軌道板兩端的各2個(gè)承軌臺(tái)）以及全站儀精度所限，無法得到每一個(gè)承軌臺(tái)的精確高程，但為確保下道工序――長(zhǎng)軌精調(diào)的施工質(zhì)量，達(dá)到少換扣件、節(jié)約成本、降低工程投資、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，我們又急需掌握這一重要數(shù)據(jù)。

綜上所述，使用電子水準(zhǔn)儀檢測(cè)承軌臺(tái)高程是不可或缺的。本文緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)例，探索出使用電子水準(zhǔn)儀測(cè)量承軌臺(tái)高程，并結(jié)合Excel、CAD軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CAD圖形的方法。該方法具有：測(cè)量精度高、速度快、圖形直觀形象、查找問題迅速準(zhǔn)確、方便領(lǐng)導(dǎo)動(dòng)態(tài)掌控等優(yōu)點(diǎn)，且在鄭徐客專施工過程取得了不錯(cuò)的效果。

1 工程概況

新建鄭州至徐州鐵路客運(yùn)專線ZXZQ05標(biāo)段起于河南省商丘市民權(quán)縣史鋪村，終止于商丘市謝集車站西側(cè)。起止里程DK144+745.410～DK171+888.285（含該墩），標(biāo)段正線全長(zhǎng)27.143 km。測(cè)區(qū)中央子午線經(jīng)度位于115°00′00″-115°30′00″之間，投影面大地高為30-40 m。采用CRTSIII型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，該軌道系統(tǒng)主要由196 mm底座+4 mm隔離層土工布+90 mm自密實(shí)混凝土+200 mm軌道板+38 mm承軌臺(tái)+34mmWJ-8B扣件+176 mm鋼軌組成。

2 使用電子水準(zhǔn)儀檢測(cè)承軌臺(tái)的必要性

高速鐵路承軌臺(tái)高程限差大小直接影響長(zhǎng)鋼軌精調(diào)的效率，精確地計(jì)算出軌道板實(shí)際的空間姿態(tài)是保證軌道平順度的必要條件。CRTSIII型板式無砟軌道精調(diào)就是把軌道板逐一調(diào)整到線路設(shè)計(jì)的理論位置，再通過自密實(shí)混凝土來實(shí)現(xiàn)軌道板與底座的復(fù)合式連接。而施工現(xiàn)場(chǎng)往往存在施工偏差引起的里程偏差，這些施工偏差在路基與隧道段可進(jìn)行一定程度的調(diào)整，但橋梁段由于其結(jié)構(gòu)和施工的特殊性而無法進(jìn)行調(diào)整這些偏差。這使得原本已設(shè)計(jì)好的布板方案需要根據(jù)橋梁段的實(shí)際施工情況來進(jìn)行調(diào)整并重新計(jì)算軌道板施工定位點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，在布板調(diào)整完成后才能保證CRTSIII型板式無砟軌道施工定位的順利進(jìn)行，浪費(fèi)大量人力物力。此外在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備方面，在軌道板精調(diào)作業(yè)流程中，主要采用全站儀和精調(diào)測(cè)量標(biāo)架相配合方式檢測(cè)承軌臺(tái)差值，步驟繁瑣，施工過程中往往無法真正實(shí)施。為滿足高速鐵路“高速度、高平順性”的要求和客運(yùn)專線高速鐵路高精度測(cè)量要求，需要使用精度高和自動(dòng)化程度高的測(cè)量?jī)x器設(shè)備。

3 具體操作步驟

3.1 電子水準(zhǔn)儀測(cè)量承軌臺(tái)高程

使用電子水準(zhǔn)儀測(cè)量承軌臺(tái)高程可采用普通電子水準(zhǔn)測(cè)量方式進(jìn)行，但需注意以下幾點(diǎn)：

（1）電子水準(zhǔn)儀預(yù)熱

為確保測(cè)量精度，觀測(cè)前30min將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫一致；并進(jìn)行不少于20次單次測(cè)量，達(dá)到儀器預(yù)熱的目的[2]。

（2）適配器的使用

在后視觀測(cè)時(shí)銦瓦尺不加設(shè)適配器，測(cè)量承軌臺(tái)時(shí)再在尺底加設(shè)適配器，這樣做即可以在后視時(shí)使銦瓦尺方便放置在水準(zhǔn)球的最高點(diǎn)，又能準(zhǔn)確測(cè)量到承軌臺(tái)的點(diǎn)位高程，計(jì)算時(shí)只需把測(cè)量得數(shù)據(jù)減去適配器高度即可[3]。

（3）測(cè)量數(shù)值編號(hào)

此項(xiàng)為數(shù)據(jù)處理過程中關(guān)鍵的一個(gè)步驟，也是能夠正確進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理的先決條件。為使在測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel后方便排序，在測(cè)量時(shí)將測(cè)量數(shù)值統(tǒng)一使用7位阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào),采用“鋼軌號(hào)+橋跨號(hào)+板號(hào)+承軌臺(tái)號(hào)”。例如編號(hào)1161011代表第161跨第1列鋼軌下第1塊板第1個(gè)承軌臺(tái)（見圖1）。將“鋼軌編號(hào)”放到首位，一方面方便在Excel中排序，另外也使得繪制CAD圖形時(shí)能夠?qū)⑼讳撥壪碌某熊壟_(tái)生成一條線形。在此特別提醒要重視編號(hào)格式，否則會(huì)給后期Excel數(shù)據(jù)處理增添不必要的麻煩。

圖1 編號(hào)命名

3.2 測(cè)量數(shù)據(jù)在excel中的處理（見表1）

表2 承軌臺(tái)測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)編號(hào)信息

（1）首先把電子水準(zhǔn)儀內(nèi)存卡中的.dat文件導(dǎo)入電腦中，選取承軌臺(tái)編號(hào)及高程列復(fù)制到打開的Excel中，將列分別命名為：承軌臺(tái)編號(hào)、承軌臺(tái)高程[4]。

（2）將以上數(shù)據(jù)按照承軌臺(tái)編號(hào)進(jìn)行排序。

（3）在Excel中新建3列，分別為：承軌臺(tái)間距、繪圖二維坐標(biāo)、繪圖點(diǎn)位、編號(hào)。

（4）把承軌臺(tái)間距數(shù)值（由設(shè)計(jì)圖紙算出）輸入“承軌臺(tái)間距”列，并將其數(shù)值除以1000（用合適比例繪圖利于圖形顯示高程變化），用連接符把“高程”和“承軌臺(tái)間距”列連接成二維坐標(biāo)。

（5）用CAD圓環(huán)命令“donut”連接“高程”、“ 承軌臺(tái)間距”、“承軌臺(tái)編號(hào)”，以便在CAD中生成承軌臺(tái)測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)編號(hào)。

該命令全部?jī)?nèi)容為:

IF(OR(A2=FALSE,C2=FALSE,J2=FALSE),"","_donut00.00 02"&ROUND(H2,3)&","&ROUND(Q2,5)& " "&" -text j ML "&R OUND((H2+0.0001),3)&","&ROUND(Q2-0.0002,5)&" 0.0001 0"& A2)，公式意思是：如果a或c或j列為FALSE則返回空格，否則以0為圓環(huán)內(nèi)徑，以0.0002為圓環(huán)外徑，以h(取3位小數(shù))為x坐標(biāo),以q(取5位小數(shù))為y坐標(biāo)畫圓環(huán)，并且連接單元格j（位置以h+0.0001為x坐標(biāo)，以q-0.002為y坐標(biāo)，字體高度為0.0001，旋轉(zhuǎn)角度為0。

此命令為自動(dòng)生成CAD圖形關(guān)鍵一步。

3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)在CAD中的處理(見圖2)

圖2 承軌臺(tái)高程變化曲線圖

打開CAD，用多段線命令將“二維坐標(biāo)”列粘貼入命令欄內(nèi)生成承軌臺(tái)高程變化曲線，將“點(diǎn)名標(biāo)識(shí)”列粘貼入命令欄生成承軌臺(tái)點(diǎn)位及點(diǎn)位編號(hào)，操作后即可自動(dòng)生成如下圖形。

至此，我們就得到了想要的承軌臺(tái)點(diǎn)連線CAD圖形，由圖我們可以清晰看出承軌臺(tái)高程的平順性情況，也可以一眼發(fā)現(xiàn)哪個(gè)承軌臺(tái)高程出現(xiàn)突變，并能輕松量取該點(diǎn)變化量的大小。

將圖2局部放大后我們能夠查看每個(gè)承軌臺(tái)的具體情況，如圖3所示：我們可以看出161跨第一、第二塊軌道板中間均出現(xiàn)了上拱現(xiàn)象，第一塊板的最高點(diǎn)為第5號(hào)承軌臺(tái)處，第二塊板的最高點(diǎn)為第5號(hào)承軌臺(tái)處，兩塊板間搭接基本平順。在CAD圖形中我們還可以量取到其具體數(shù)值。

圖3 承軌臺(tái)局部放大圖

4 結(jié)論

目前鄭徐高鐵施工已進(jìn)入軌道精度階段，通過軌檢小車測(cè)量所得數(shù)據(jù)，與前期電子水準(zhǔn)儀檢測(cè)承軌臺(tái)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，二者具有較好的吻合性。我們探索的綜合使用電子水準(zhǔn)儀、Excel和CAD軟件生成承軌臺(tái)波形圖技術(shù)，既彌補(bǔ)了前期軌道板精調(diào)軟件檢板功能的不足，又具有后期軌檢小車所不具備的簡(jiǎn)便靈活性、超前及時(shí)性，利用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軌道板精調(diào)施工和承軌臺(tái)精準(zhǔn)檢測(cè)的同步，使得軌道板精調(diào)結(jié)果能夠得到及時(shí)反饋。