冀光民,呂文超,宋 劍

(1.中鐵十七局集團物資有限公司,太原 030000;2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概況

為促進我國鐵路技術進步,加快武廣鐵路客運專線建設,武廣公司在武廣鐵路客運專線全線變更增設了 93組整體道岔板式無砟軌道道岔,包括 18號道岔85組,50號道岔 8組,全部采用專業(yè)化施工。由中鐵十七局集團承擔施工的長沙南站至花都站,共 67組18號和 8組 50號板式道岔,于 2008年 9月開始鋪設,至 2009年 5月全部完成,為武廣鐵路客運專線軌道工程的按期鋪設完成創(chuàng)造了條件,實現了預期的目標。

2 精測主要內容

整體道岔板鋪設測量內容包括:數據準備、道岔板角點和精調抓墊塊點等特征點位的放樣、道岔板基準網測量和平差、道岔板的精調測量及復測、灌注自流平混凝土后的驗收復測。

3 精密測量準備

3.1 儀器準備

道岔板測量使用全站儀應具有自動跟蹤目標功能,測角精度 1″以上,測距精度為 1+2ppm以上,使用m制數值精確到 0.1 mm,測量數據可自動記錄和保存,可用徠卡 TCA1800或 TCRP1201+全站儀,配置強制對中三腳架、精密微型棱鏡及精密支架以及精密套筒等。精密水準控制測量可使用數字水準儀精度±0.5 mm以上,可使用徠卡 DNA03電子水準儀配條形碼銦瓦水準尺。

3.2 CPⅢ控制網復測

CPⅢ控制網精度要求:滿足鐵建設[2006]189號《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》有關要求,局部復測相鄰 CPⅢ網點之間的相對精度應滿足平面 ±1 mm,高程 ±0.5 mm的要求。

3.3 道岔板數據準備

3.3.1 局部坐標平面轉換

利用設計院給定 4個道岔板公共點大地坐標中的3個點坐標,將設計道岔板各點局部坐標轉換為大地坐標,局部坐標和大地坐標之間的數據轉換屬于任意兩空間坐標系的轉換,可以利用平面坐標轉換軟件進行平面轉換,各點軌面高程根據線路坡度計算得出。也可自編 excel公式進行坐標轉換。轉換完成后,再通過設計給定的另外一個公共點坐標與轉換后的同一點坐標進行坐標比較,驗證道岔數據轉換的準確性。

3.3.2 各特征點高程坐標計算

由于設計院給定公共點高程為軌面高程,由此計算出來道岔各特征點高程亦為軌面高程,因此需要根據道岔板各特征點的幾何關系計算出道岔板棱鏡孔位、道岔板墊塊等不同平面上各點的設計高程,道岔板式無砟軌道斷面結構如圖1所示。

圖1 道岔板式無砟軌道斷面結構(單位:mm)

將轉換好的數據導入 excel文件里面,然后根據道岔板斷面結構圖進行計算。

將計算完成的數據文件導入全站儀,根據計算坐標進行道岔板的角點及支撐墊塊等特征點的施工放樣、道岔板精調、復測。

4 角點及支撐墊塊點的施工放樣

(1)角點及支撐墊塊點的施工放樣采用全站儀、精密棱鏡及精密棱鏡支架進行,全站儀通過 4對 CPⅢ進行自由設站,利用已計算并導入全站儀的特征點坐標測量放樣,在墊層上按照平面坐標明顯標注各點點位,并標出距理論點的高差(圖2)。

圖2 特征點位放樣

(2)利用已施工放樣的角點及墊塊點位置,進行底座板輪廓及鋼筋位置放樣,綁扎鋼筋,安裝精調支撐墊塊及施工隔離墻(圖3)。

圖3 墊塊、鋼筋及隔離墻施工

5 道岔板基準網的測設及平差計算

利用 CPⅢ網測設和建立基準網。道岔板基準網精度要求高,平面和高程測量應分開進行。

5.1 基準點的測量放樣及設置

利用已計算出的基準點設計坐標在隔離墻上進行施工放樣,埋設基準點測釘?；鶞庶c設于道岔板縫中間直股中線位置(圖4),采用在隔離墻上面埋設銅質測釘方法標記。測釘埋設要求牢固,位置在低于道岔板底面設計高程 3 cm,埋設精度要求為 ±3 mm。

5.2 基準網平面測量

基準網測量應在粗鋪道岔板之前,測量前確認CPⅢ的坐標數據,CPⅢ點的高程定義位置,采用的棱鏡測距加常數、棱鏡高(即目標高)等資料。測量過程儀器應采用精測模式,并避免大風和強光。

5.2.1 測量要點

(1)測量的架站要盡量靠近基準點的連線。

圖4 設置完成的銅制測釘

(2)道岔岔心至岔后的區(qū)域應盡量在一站內完成,以保證內部幾何精確性。

(3)為保證渡線道岔兩側線路的關聯性,在測量后測的一側基準網時,應核對先測的一側的基準點(至少 2個),當橫向偏差大于 2mm時,應重新測量。

5.2.2 平面測量的過程

(1)對基準點的測量要按組進行,每組測量基準點的個數,要視大氣影響而定。一般一站至少測量 11個基準點,而視線長度不超過 70 m。

(2)采用全站儀自由設站后方交會法,站與站間至少共用 6個 CPⅢ點。

(3)對各組內的點進行測量時,全站儀不能倒鏡。

(4)測回數的確定,要以能取得可靠的中值和能排除異常誤差為標準。因此,各組保持架站不動至少要測 3次。

5.2.3 測量過程和結果應滿足下列要求

(1)控制點 X、Y坐標上的允許偏差:±2.0 mm。

(2)基準點相對多次測量坐標平均值的 X、Y坐標允許偏差:±0.4 mm。

(3)重迭區(qū)內每個基準點的 Y坐標允許偏差:0.3 mm。

(4)重迭區(qū)內每個基準點的 X坐標允許偏差:0.4 mm。

(5)相鄰基準點平面相對精度:0.2 mm。

5.3 平面測量結果的處理

5.3.1 站內測量結果處理

當滿足測量誤差要求時,對所有測站(各組內)的測量值求其均值。

在檢查和消除一組內的測量粗差后,對各組間進行平差,消除折點和偏移。

5.3.2 站間測量結果的處理

為了使基準網的連接形成緩和的過渡曲線,避免拐點的出現,要對計算出的一組內的中值以特殊方式進行如下調整。

(1)前一組的最后一點(組內已測定)作為重合區(qū)的理論起點 A。

(2)下一組的第一個點(組內已測定)作為重合區(qū)理論終點 E。

(3)A、E點之間是雙重測定而待調整的點。

(4)調整曲線為余弦曲線,從 A點(在前 /后組的權為 1.000/0.000)到 E點(0.000/1.000)。

(5)簡單起見,也可以采取直線性加權調整。

基準網測量數據組平差示意如圖5所示。

圖5 基準網測量數據組平差示意

5.3.3 算例(圖5)

對組Ⅰ的基準點 201到 225和組Ⅱ的基準點 215到 242進行 3次重復測量,然后轉換,求中值。該測量序列應平順無拐點地貫穿起來。

調整的范圍應是重復測量的點,計權起始點為214,終止點為 226。

重合長度 L為由坐標算出的從 A到 E的距離。

為了計算兩組測定點的權,由組Ⅰ測量的坐標求出某點到 A的距離 i。

為求中值,賦予組Ⅰ的坐標的權為 z=cos(π/L·i)/2+0.5,組Ⅱ坐標的權為 1-z。

調整的過程如圖6所示。

圖6 計算記錄及搭接區(qū)坐標平差計算示意

5.4 基準點高程的測量與平差

5.4.1 測量方法

(1)儀器首先要嚴格消除 i角誤差。

(2)使用高精度電子水準儀進行往返測。

(3)道岔區(qū)外,兩端的 CPⅢ點作為起始點聯測,區(qū)間的 CPⅢ點作為轉點。

(4)測量渡線上的基準點高程時采用相同的CPⅢ起始點,以保證道岔區(qū)內部的高程平順性。

(5)對所有的讀數要進行野外記錄。聯測后應立即對測量精度進行評估。

(6)閉合差太大時要進行重測。

5.4.2 水準測量(高程 Z)的測量過程和結果應滿足下列要求

(1)單程水準測量閉合差要求≤0.5mm。

(2)基準點允許偏差:0.5 mm。

(3)某次測量高程相對多次高程測量平均值的允許偏差:0.3 mm。

(4)相鄰基準點相對點位精度:0.1 mm。

6 定位點放樣及道岔板粗鋪

道岔板基準點測設的同時在隔離墻上進行道岔板定位點放樣并明顯標識,基準點測量結果平差符合要求后進行道岔板粗鋪(圖7),粗鋪精度 5 mm。道岔板粗鋪過程及時安裝精調裝置。

圖7 道岔板粗鋪對位

7 道岔板精調

7.1 原理

道岔板精調的原理是根據棱鏡孔的設計位置坐標與實測坐標進行比較,精確調整道岔板,以實現道岔板實際位置與設計位置的準確重合。

7.2 測量方法

7.2.1 儀器架設及定向

全站儀通過強制對中三腳架架設在基準點上,精確調平,位置與待調整道岔板視距要保證在 6.5～25 m范圍內,全站儀設在精測模式;定向棱鏡架設在需調整道岔板后方的基準點上,并精確調平對中;將精密微型棱鏡及套筒插入棱鏡孔內。

精調前對全站儀進行定向,將全站儀瞄準定向棱鏡,啟動定向功能,輸入各項參數及測站點和定向點號,照準定向點位進行定向測量,計算偏差,定向誤差超限時查找原因,重新定向。

精調時全站儀及棱鏡孔位布置如圖8所示。

7.2.2 道岔板整體精調順序

(1)單開道岔從一端開始向另一端與全站儀測量目標相反方向依次精調。

(2)渡線道岔先調渡線區(qū)道岔板(一側或兩側),如 18號渡線道岔板為先 18號、17號、16號板,再由此向兩邊延伸。

(3)每塊道岔板精調(包括一站內)均須以上一塊已精調完成道岔板棱鏡孔或基準點來定向,但無須高程傳遞。

7.2.3 單板精調方法(圖9)

圖9 道岔板精調

(1)精調過程的控制精度(X、Y、Z)為 ±0.3 mm。

(2)先調整 4個角點棱鏡孔的高度,使道岔板 4個角點處于同一高程。

(3)調整平面位置,以軌道直股(主軸上)一側的兩點為標準。曲股兩點作為核對檢查。

(4)對短板精調時使用兩對角點進行調整。

(5)在 4個角點的高度及平面調整好后,調整板中部 (精調裝置或調高螺栓)高程,目標精度為±0.5 mm。

(6)對所有點進行測量,作為測量成果記錄。

7.3 精調驗收測量

在道岔板精調完成和灌漿之后要分別進行平面和高程復測,對復測數據進行分析處理后,形成驗收報告;根據精調完成后的復測結果,對偏差較大的道岔板進行微調。

驗收測量時,儀器架設在普通三腳架上,以 CPⅢ控制網為依據,測量各棱鏡孔位置坐標。站與站之間要有足夠的重合點,以便判定搭接誤差和測量精度。

道岔板精調完成后的誤差要求如下。

橫向偏離軸線偏差:±1mm,橫向搭接 ±1 mm;

高程偏差(相對于中值):±1.5 mm,豎向搭接 ±1 mm;

縱向偏差(相對于中值):驅動位置 2 mm,其他位置 ±3 mm。

8 體會和建議

武廣鐵路客運專線道岔板鋪設工程已全部驗收完畢,板式道岔整體道床的外觀質量及精度均得到用戶的好評。

(1)使用精密測量技術鋪設道岔板,鋪設精度高、外光平整光滑,為后續(xù)道岔鋪設提供了較好的基礎條件。

(2)道岔板采用分塊式安裝鋪設,安裝精調速度快,保證了精度,縮短了工期。

(3)測量過程要嚴格按照程序進行復測,并由責任心強的專人負責進行數據處理和復核。

(4)為保證正線線路與道岔的良好銜接,道岔區(qū)兩端正線軌道應預留 200 m,待道岔板鋪設完成后施工。

(5)目前道岔板鋪設技術已經過消化和創(chuàng)新,精測技術更加熟練快捷,值得推廣,目前我國已在京滬高速、津秦客專、杭寧客專等線路使用。

[1] 鐵建設[2006]189號,客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定[S].

[2] 鐵建設函[2009]674號,高速鐵路無砟軌道精調作業(yè)指南[S].