李新增　郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司， 天津　300251)

1　坐標(biāo)系

1.1　道岔板坐標(biāo)系

高速鐵路道岔板一般在板場預(yù)制完成。為了滿足道岔板的制板及鋪設(shè)精度，在道岔設(shè)計、制造及鋪設(shè)時會使用不同的坐標(biāo)系。

道岔板上孔位眾多，一般包括扣件孔位、精調(diào)棱鏡孔位、轉(zhuǎn)折機位及板角點等。為了保證單塊道岔板的制造精度，每個道岔板在設(shè)計時都定義了自己的坐標(biāo)系統(tǒng)，各孔位均有自己的道岔板坐標(biāo)系坐標(biāo)。道岔板坐標(biāo)系的定義方式如圖1所示，一般以道岔板的某一角點做為道岔板坐標(biāo)系的原點，縱向(延線路方向)為X軸，其垂直方向為Y軸。然后根據(jù)各孔位的坐標(biāo)進行模板的設(shè)計并進行道岔板的生產(chǎn)。

圖1　道岔板坐標(biāo)系統(tǒng)

1.2　道岔坐標(biāo)系

為了保證道岔的整體精度，在設(shè)計不同型號道岔時，設(shè)計單位又設(shè)計了一個相應(yīng)的道岔坐標(biāo)系，以保證整個道岔的統(tǒng)一性。一般是以岔前的第一塊道岔板的第一個承軌臺中心為原點，原點至岔尾方向構(gòu)成坐標(biāo)系縱軸(L軸)，垂直L往右為橫軸(Q軸)。道岔板各孔位在道岔坐標(biāo)系下又有一套坐標(biāo)，表1所示是某組道岔的道岔坐標(biāo)點。

表1　孔位等在道岔坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)

1.3　道岔施工坐標(biāo)系

道岔施工坐標(biāo)系，即線路工程獨立坐標(biāo)系。

2　道岔坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

道岔板的精調(diào)：首先要做的就是把道岔坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系，再利用軌道基準(zhǔn)點，將道岔板鋪設(shè)到設(shè)計位置。

2.1　平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化

在道岔設(shè)計時，設(shè)計專業(yè)給出道岔坐標(biāo)系和施工坐標(biāo)系之間的三個公共點，利用此三個公共點可完成由道岔坐標(biāo)系向施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化。根據(jù)現(xiàn)場的大量實驗，采用四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對精度較高，其轉(zhuǎn)化方式如下

(1)

式(1)中，Δx、Δy為平移參數(shù)，α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，K為縮放比例。

將cosα、sinα泰勒一階展開，代入式(1)，列出誤差方程

V=BX-L

(2)

若公共點的個數(shù)大于等于2，則可根據(jù)最小二乘原理，組成法方程，求解出Δx、Δy、α、K，即可將道岔坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系。

我單位基于上述原理，開發(fā)完成了道岔板坐標(biāo)與施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，得到廣泛認(rèn)可，并在我國某客運專線推廣使用。

2.2　高程的轉(zhuǎn)化

道岔板承軌臺的高程可以從設(shè)計圖紙上直接讀出，理論數(shù)據(jù)計算時，可讀取岔前和岔尾各一個高程點，并根據(jù)道岔的坡度及軌枕距離(一般為600 mm)，使用內(nèi)插的方法計算每個棱鏡點的理論高程值。

3　道岔板的精調(diào)方法

首先，將轉(zhuǎn)化完后的道岔板棱鏡孔位的施工坐標(biāo)、軌道基準(zhǔn)點坐標(biāo)輸入到道岔板精調(diào)系統(tǒng)內(nèi)。精調(diào)時利用軌道基準(zhǔn)點進行全站儀設(shè)站，并對道岔板棱鏡孔位上的棱鏡進行測量，根據(jù)測量值與理論值的差值進行道岔板的調(diào)整，直至將道岔板精調(diào)到位。

3.1　一組道岔板精調(diào)的整體順序

第一：道岔板精調(diào)時，應(yīng)先精調(diào)渡線道岔過渡區(qū)域的道岔板(寬板)，再由此向兩邊延伸，單開道岔要從岔尾處調(diào)起，依次向岔頭方向調(diào)整，不得在調(diào)整過程中變換調(diào)整方向，這樣會對道岔的整體平順性產(chǎn)生影響。精調(diào)順序如圖2所示。

圖2　道岔板精調(diào)順序

第二：視距要保證在6～25 m范圍內(nèi)，即一站調(diào)整1～3塊板。

第三：每次設(shè)站均須以上一塊板為基準(zhǔn)搭接(第一塊除外)。

3.2　單個道岔板的精調(diào)順序

第一：單塊道岔板精調(diào)時要先調(diào)整4個角點的高程。將4個角點的高程精調(diào)到位，再檢驗棱鏡孔位是否合格，棱鏡孔位的相對較差應(yīng)小于1 mm，否則就應(yīng)將不合格的孔位剔除，以保證道岔板位置的準(zhǔn)確。

第二：調(diào)整平面位置時，根據(jù)測得的各棱鏡孔位實際坐標(biāo)計算出道岔板的調(diào)整方向和調(diào)整量。如發(fā)現(xiàn)道岔板2個板邊的調(diào)整方向相反時，應(yīng)先將道岔板調(diào)整順直，使2個板邊的調(diào)整方向相同，調(diào)整量接近后再進行縱橫向的調(diào)整。調(diào)整時精調(diào)人員一定要保持動作一致，以保證道岔板調(diào)整精度。

第三：對重量較小的道岔板盡量使用對角點調(diào)整方法。對重量較大的道岔板，不宜使用此方法，因為板的重量會使精調(diào)爪受損，應(yīng)使用四角調(diào)整方法。

第四：在四個角點的高程及平面調(diào)整好后，再調(diào)整板中部(兩側(cè)中部精調(diào)爪或板內(nèi)調(diào)高螺栓)高程。

第五：在所有的位置都調(diào)整完畢后，要進行一次完整測量，與上一塊已精調(diào)完畢的道岔板進行搭接，完整測量時道岔板的縱、橫向和高程以及與上一塊板的搭接數(shù)值在±0.3 mm的范圍內(nèi)，道岔板中部高程在±0.5 mm范圍內(nèi)。

第六：對精調(diào)后的道岔板要加以保護，嚴(yán)禁踩踏。

3.3　道岔板與正線板的銜接

道岔板與正線板銜接時，一般采取以澆筑好道岔板為基準(zhǔn)平順正線板的方式進行。首先使用軌道基準(zhǔn)點進行全站儀的設(shè)站，測量出與正線軌道板相鄰道岔板的偏差，再根據(jù)偏差量調(diào)整正線軌道板。

4　灌注后道岔板平順性分析方法

4.1　平面平順性分析

使用CPⅢ控制網(wǎng)或軌道基準(zhǔn)點對全站儀進行設(shè)站，測量出道岔板棱鏡孔位在施工坐標(biāo)系下(X，Y)的坐標(biāo)，并且計算出實測坐標(biāo)與理論坐標(biāo)的差值(ΔX，

ΔY)。再根據(jù)施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系的兩個公共點計算出施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系(L，Q坐標(biāo)系)的夾角，如圖3所示。

圖3　施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)關(guān)系示意

設(shè)某一點施工坐標(biāo)系中的偏差為(ΔX，ΔY)，根據(jù)施工坐標(biāo)系與道岔坐標(biāo)系的角度關(guān)系，將(ΔX，ΔY)在L向和Q向進行分解，即dq=ΔX1+ΔY1，縱向偏差為dl=ΔX2+ΔY2。計算所有測點的dq和dl的平均值，作為基準(zhǔn)，則所有dq和dl與基準(zhǔn)的差值即為各測點的偏差量，相鄰測點偏差量的差值即為道岔板的平順性。

4.2　高程平順性分析

道岔板高程平順性分析時，計算每個軌枕的高程實測值與理論值的偏差值，將所有偏差值取平均并作為基準(zhǔn)，然后所有的偏差值與基準(zhǔn)值的差值即為道岔板高程的偏差值，兩個相鄰點的偏差值之差即為道岔板高程的不平順性。

5　結(jié)束語

通過京滬高鐵、石武及津秦客專等各條高速鐵路道岔板精調(diào)實踐，總結(jié)經(jīng)驗如下：

(1)全站儀設(shè)站和后視棱鏡安裝使用的三角架的高度應(yīng)進行校核，發(fā)現(xiàn)高度變化及時在精調(diào)中修正，避免對中桿磨損造成三角架高度的變化。

(2)道岔板精調(diào)到位以后，需立即安裝下壓裝置，并且在大超高的地段還應(yīng)加設(shè)橫向固定裝置，安裝下壓裝置后需立即進行完測檢查，對超限的棱鏡點需重新進行調(diào)整。

(3)道岔板自密實混凝土澆筑前，對道岔板位置進行復(fù)測，確保所有測點均滿足限差要求。

[1]中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司.高速鐵路工程測量規(guī)范[M].北京：中國鐵道出版社,2010

[2]武漢測繪科技大學(xué)測量平差教研室.測量平差基礎(chǔ)[M].北京：測繪出版社，1994

[3]李清岳，陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1997

[4]周行泉.高速鐵路高程控制測量復(fù)測數(shù)據(jù)分析[J].鐵道勘察，2011(6)

[5]武瑞宏.高速鐵路精密控制測量網(wǎng)有關(guān)問題探討[J].鐵道勘察，2011(5)

[6]石德斌.高速鐵路施工高程控制網(wǎng)中存在問題的分析[J].鐵道勘察，2004(3)