郝亞?wèn)|，趙 杰，樊廷春

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開(kāi)封475003;2.開(kāi)封市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南開(kāi)封475000;3.菏澤市測(cè)繪研究院，山東菏澤274000）

一、引 言

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，無(wú)砟軌道已成為高鐵鐵路中廣泛使用的新型軌道。軌道的任務(wù)是確保列車安全平穩(wěn)，為了確保軌道的高平順性，滿足列車高速行駛安全性和舒適性的要求，需要對(duì)軌道進(jìn)行精確調(diào)整。軌道精調(diào)的目的是控制軌道平面和高程位置的高精度和水平變化率，確保直線順直、曲線圓順、過(guò)渡順暢。因此，軌道幾何狀態(tài)應(yīng)保持與列車運(yùn)行相匹配的規(guī)定狀態(tài)。列車運(yùn)行速度越高，軌道幾何形位允許偏差越小。傳統(tǒng)的軌道檢測(cè)工具已不能滿足檢測(cè)精度要求，使用現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備——軌檢小車測(cè)量軌道幾何形位勢(shì)在必行，其也是鐵路檢測(cè)工具現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。

二、基于GRP1000的無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量原理及內(nèi)容

1.GRP1000精調(diào)測(cè)量原理

GRP1000軌檢小車集電測(cè)傳感器、專用便攜式計(jì)算機(jī)等先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備于一體，用于檢測(cè)靜態(tài)軌道的不平順性。其在檢測(cè)靜態(tài)軌道的不平順性時(shí)，能夠及時(shí)檢測(cè)軌道間距、軌道水平、軌道高低、軌道扭曲及軌向等軌道不平順參數(shù)，可廣泛應(yīng)用于高速鐵路無(wú)砟軌道整道鋪設(shè)精度檢測(cè)。

GRP1000檢測(cè)小車測(cè)量系統(tǒng)主要由手推式軌檢小車和分析軟件包兩大部分組成。既可單獨(dú)測(cè)量軌道水平、軌距等相對(duì)結(jié)合參數(shù)，也可配合Leica TPS全站儀進(jìn)行平面位置和高程的絕對(duì)定位測(cè)量。絕對(duì)定位是對(duì)線路起點(diǎn)到終點(diǎn)的兩條軌道的絕對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。采用絕對(duì)定位測(cè)量時(shí)，首先測(cè)量出兩條軌道起點(diǎn)、終點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo);然后再測(cè)量軌道起點(diǎn)、終點(diǎn)及軌道上各觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo);最后利用起點(diǎn)、終點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把軌道上各觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成絕對(duì)坐標(biāo)，并根據(jù)測(cè)出的軌道實(shí)際值和軌道設(shè)計(jì)值求出軌道幾何形狀偏差量。絕對(duì)定位測(cè)量通過(guò)全站儀的自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)功能并與GRP1000之間持續(xù)無(wú)線電通信來(lái)完成。軌道絕對(duì)定位測(cè)量結(jié)束后，軌檢小車的輸出系統(tǒng)能夠顯示軌道幾何位置的各種參數(shù)信息，作業(yè)人員可以有選擇地輸出所需要的軌道幾何位置的各種參數(shù)，并計(jì)算出軌道幾何形態(tài)偏差量，作為軌道精調(diào)的數(shù)據(jù)依據(jù)。GRP1000軌檢小車測(cè)量精度見(jiàn)表1。

表1 GRP1000軌檢小車測(cè)量精度

2.軌道精調(diào)測(cè)量?jī)?nèi)容及檢測(cè)方法

（1）軌道中線位置及軌面高程檢測(cè)

軌道中線位置和軌面高程的檢測(cè)，是對(duì)軌道線路工程質(zhì)量狀況最基本的評(píng)價(jià)。軌道中線實(shí)際位置和軌面高程檢測(cè)時(shí)，實(shí)地測(cè)定軌道中線的絕對(duì)坐標(biāo)和軌面的絕對(duì)高程，并與軌道中線和軌面高程理論值進(jìn)行比較，求出它們的差值，計(jì)算出軌道幾何形態(tài)偏差量。幾何形態(tài)偏差量可以作為評(píng)價(jià)軌道鋪設(shè)質(zhì)量好壞和精度高低的評(píng)定指標(biāo)，如圖1所示。

圖1 中線位置測(cè)量示意圖

檢測(cè)方法如下:①用精密全站儀實(shí)測(cè)出軌檢小車上棱鏡中心的絕對(duì)坐標(biāo);②根據(jù)軌檢小車的定向參數(shù)、軌檢小車的幾何參數(shù)及其他參數(shù)計(jì)算該點(diǎn)的中線位置及軌面高程;③與該點(diǎn)處軌道中線和軌面高程理論值進(jìn)行比較，求出它們的差值，計(jì)算出軌道幾何形態(tài)偏差量;④根據(jù)規(guī)范要求對(duì)軌道鋪設(shè)質(zhì)量和位置精度評(píng)定。

（2）軌距檢測(cè)

軌距指兩股鋼軌頭部?jī)?nèi)側(cè)軌頂面下16 mm處兩作用邊之間的最小間距。我國(guó)高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距的規(guī)定值是1435 mm，如果軌道間距滿足不了規(guī)定值的誤差限定要求，車輛行駛過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)。軌道間距誤差檢測(cè)方法有:① 軌距測(cè)量，使用軌檢小車上的軌距傳感器完成軌道間距測(cè)量;②誤差檢測(cè)，根據(jù)軌距傳感器測(cè)定的實(shí)際長(zhǎng)度與軌距的理論長(zhǎng)度比較，求出差值。如圖2所示。

圖2 軌距檢測(cè)示意圖

（3）水平（超高）檢測(cè)

高速列車通過(guò)曲線軌道時(shí)，由于離心作用，曲線外軌道受到強(qiáng)大的擠壓力，這種情況加速了外軌道的磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)擠翻外軌道致使列車側(cè)翻。解決離心作用的方法是在曲線軌道上設(shè)置外軌超高。對(duì)外軌超高鋪軌時(shí)需要進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法如下:①使用軌檢小車上的水平傳感器測(cè)定小車的橫向傾角;②根據(jù)兩軌道頂面中心間的間距，計(jì)算線路超高;③將實(shí)測(cè)超高與理論超高進(jìn)行比較，求出差值，判定是否滿足規(guī)范限定誤差要求。軌道水平超高檢測(cè)示意圖如圖3所示。

圖3 水平(超高)檢測(cè)示意

（4）短波和長(zhǎng)波不平順檢測(cè)

①短波不平順

假定軌枕間距為0.625 m，軌道采用30 m弦線，在30 m弦線上每5 m布設(shè)一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，兩支承點(diǎn)間距為0.625 m，它的8倍為5 m，等于兩檢測(cè)點(diǎn)的間距。短波不平順檢測(cè)如圖4所示。

圖4 短波檢測(cè)示意圖

圖4中，點(diǎn) P1～P49為鋼軌支承點(diǎn)的編號(hào)，在30 m弦線上每任意一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)間距均為5 m，如圖中P25與P33作為一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行軌向檢測(cè)，其短波不平順檢測(cè)可按下式計(jì)算

Δh=|(h25設(shè)計(jì)-h33設(shè)計(jì))-(h25實(shí)測(cè)-h33實(shí)測(cè)|≤2 mm

由于在30 m弦線上鋼軌支承點(diǎn)P1(起點(diǎn))與P49(終點(diǎn))的正矢為零，故可檢測(cè)從P2(對(duì)應(yīng)點(diǎn)P10)到P40(對(duì)應(yīng)點(diǎn)P48)的軌向。下一個(gè)弦線則從最后一個(gè)支承點(diǎn)P48開(kāi)始。

②長(zhǎng)波不平順

軌枕間距為0.625 m，軌道采用300 m弦線，在300 m弦線上每150 m布設(shè)一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，兩支承點(diǎn)間距為0.625 m，它的240倍為150 m，等于兩檢測(cè)點(diǎn)的間距。長(zhǎng)波不平順檢測(cè)如圖5所示。

圖5 長(zhǎng)波檢測(cè)示意圖

圖5中的點(diǎn)P1～P481是鋼軌支承點(diǎn)的編號(hào)。P25與P265作為一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行軌向檢測(cè)，其軌向檢測(cè)按下式計(jì)算

由于P1(起點(diǎn))與P481(終點(diǎn))的正矢為零，故可檢測(cè)P2(對(duì)應(yīng)點(diǎn)P242)到P240(對(duì)應(yīng)點(diǎn)P480)的軌向。下一個(gè)弦線則從已檢測(cè)的最后一個(gè)點(diǎn)P240開(kāi)始。

三、基于GRP1000的無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量實(shí)施

1.GRP1000設(shè)置

（1）軌檢小車軟件設(shè)置

點(diǎn)擊軟件設(shè)置中的選項(xiàng)對(duì)話框，彈出一個(gè)界面，界面包括常規(guī)、通信、限差、測(cè)量數(shù)據(jù)、全站儀和斷面儀，其中前5個(gè)跟精調(diào)機(jī)有關(guān)。

（2）測(cè)量項(xiàng)目設(shè)置

每個(gè)工程項(xiàng)目都有設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，精調(diào)機(jī)需要的數(shù)據(jù)有平曲線、豎曲線和設(shè)計(jì)超高信息。

平曲線需要4大樁坐標(biāo)，當(dāng)前點(diǎn)的“線型”取決于大里程方向的元素類型;緩和曲線需要輸入緩和曲線長(zhǎng)度;圓曲線需要輸入半徑，沿著里程增大的方向右轉(zhuǎn)曲線半徑為正值，左轉(zhuǎn)曲線半徑為負(fù)值。

豎曲線需要曲線的半徑、變坡點(diǎn)的里程及高程信息，豎曲線上凸的半徑為正，下凹的半徑為負(fù)。超高輸入時(shí)只需輸入與平曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的里程和超高值，超高單位為m。

（3）讀取配置及超高校準(zhǔn)

新建一個(gè)測(cè)量文件，建完以后需要進(jìn)行超高校準(zhǔn)。讀取小車配置信息并進(jìn)行超高校準(zhǔn)，小車重新組裝或發(fā)生碰撞，超高傳感器需要重新校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完后如果想檢核超高傳感器的校準(zhǔn)是否滿足要求，可按如下步驟操作:架設(shè)好全站儀且設(shè)站成功后，測(cè)量一個(gè)超高值;然后調(diào)轉(zhuǎn)小車再測(cè)量一次超高值，若正負(fù)相反，且絕對(duì)值之差在0.3 mm以內(nèi)，則證明超高值是準(zhǔn)確的，超高校準(zhǔn)很好。

2.全站儀設(shè)站

1)全站儀設(shè)站采用后方交會(huì)完成。在設(shè)站時(shí)，為了保證設(shè)站精度，最好使用8個(gè)后視點(diǎn)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)條件假如不能滿足8個(gè)后視點(diǎn)要求，最少必須保證有6個(gè)控制點(diǎn)能夠使用。X、Y、Z(高程)設(shè)站中誤差均應(yīng)小于1 mm，方向中誤差小于2″。

2)為了保證軌道線形的平順性，下一區(qū)間采用后方交會(huì)法進(jìn)行全站儀設(shè)站時(shí)，應(yīng)保證所使用的后方交會(huì)控制點(diǎn)必須有4個(gè)點(diǎn)和上一區(qū)間重合。

3)與軌檢小車同向的控制點(diǎn)自由設(shè)站計(jì)算時(shí)是否棄用要謹(jǐn)慎。

4)將一個(gè)CPⅢ點(diǎn)當(dāng)做水準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)儀復(fù)核軌面高程時(shí)，應(yīng)使用自由設(shè)站，且應(yīng)選用高程殘差最小的CPⅢ點(diǎn)。

3.軌道數(shù)據(jù)采集

設(shè)站完成就開(kāi)始軌道精調(diào)數(shù)據(jù)采集，打開(kāi)電腦的測(cè)量界面，根據(jù)軌道板上面的編號(hào)推小車，每次推0.65 m;然后點(diǎn)擊測(cè)量，自動(dòng)記錄之后由電腦自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，全站儀距離小車大約60 m，因此每一站小車前進(jìn)10塊板。

4.數(shù)據(jù)處理

使用軌檢小車自帶的軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理完畢后，輸出每一個(gè)扣件系統(tǒng)所在位置的鋼軌方向、高低、軌距、扭曲、水平等信息;用波形圖檢測(cè)不合格地段;用數(shù)據(jù)表來(lái)確定調(diào)整量，將需要調(diào)整的數(shù)據(jù)整理出來(lái)作為現(xiàn)場(chǎng)交接資料。

四、影響GRP1000無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量精度的因素及控制措施

GRP1000軌檢小車作為檢測(cè)靜態(tài)軌道不平順的檢測(cè)工具，在檢測(cè)過(guò)程中由于受到各種因素影響，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的誤差。為了保障高速列車運(yùn)行安全、保證軌道的高平順性，在無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量作業(yè)中要注意分析影響精度的因素及控制措施。

1.影響軌道精調(diào)測(cè)量的各種因素

影響軌道精調(diào)測(cè)量的主要因素有:控制點(diǎn)精度不夠;全站儀定位誤差;測(cè)量過(guò)程中的誤差，如太陽(yáng)照射到測(cè)量桿或三腳架上造成的全站儀的誤差、測(cè)量過(guò)程受到其他施工作業(yè)的干擾、地面不穩(wěn)等;全站儀沒(méi)有校準(zhǔn);最大目標(biāo)距離超限(如100 m);測(cè)量過(guò)程中大氣折射的影響等。

2.誤差控制措施

選用高精度控制點(diǎn)，并進(jìn)行定期復(fù)測(cè);全站儀工作之前要適應(yīng)環(huán)境溫度，定位后要進(jìn)行檢核;觀測(cè)時(shí)使用測(cè)傘，防止太陽(yáng)照射測(cè)桿或三腳架;合理安排施工，確保測(cè)量過(guò)程不受干擾;觀測(cè)時(shí)將全站儀安置在地面穩(wěn)定的地;所有的全站儀都要定期校準(zhǔn)以確保測(cè)量成果準(zhǔn)確、可靠;目標(biāo)距離嚴(yán)格控制在60 m以內(nèi);惡劣天氣條件下禁止作業(yè)。

五、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)砟軌道精確調(diào)整測(cè)量是高鐵無(wú)砟軌道施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是施工測(cè)量人員面臨的一個(gè)新課題。結(jié)合我國(guó)高鐵施工實(shí)際，采用先進(jìn)設(shè)備——GRP1000軌檢小車，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在無(wú)砟軌道新建和維修施工中推廣應(yīng)用，可大大提高無(wú)砟軌道精確調(diào)整測(cè)量效率，降低軌道精確調(diào)整測(cè)量成本。

［1］ 劉明杰.無(wú)砟軌道激光長(zhǎng)弦軌檢小車檢測(cè)及精調(diào)技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2009(7):122-125.

［2］ 李峰.工程測(cè)量［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［3］ 李明碩.高速鐵路無(wú)砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)建立與精度控制［J］.鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):84-85.

［4］ 程昂，劉成龍，徐小左，等.CPⅢ平面網(wǎng)必要點(diǎn)位精度的研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2009(1):44-48.

［5］ 鐵建設(shè)［2006］189號(hào).客運(yùn)專線無(wú)碴軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定［S］.

［6］ 賀挨寬.無(wú)碴軌道施工平面控制主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(9):27-30.

［7］ 王彬.鐵路無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量的監(jiān)理控制［J］.建筑安全，2008，23(9):56-59.

［8］ 胡慶豐.安博格GRP1000軌檢小車進(jìn)行無(wú)碴軌道檢測(cè)的作業(yè)方法［J］.鐵道勘察，2008，24(3):17-20.

［9］ 劉三友.無(wú)砟軌道精調(diào)測(cè)量時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題與控制措施［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010(9):154-157.

［10］ 王均平，高勁松，趙紅蕊.客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鋼軌精密測(cè)量與幾何狀態(tài)調(diào)整技術(shù)［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2009(2):37-40.