鞠國江

(中國鐵路總公司建設(shè)管理部，北京 100844)

有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)在軌道精調(diào)中的應(yīng)用

鞠國江

(中國鐵路總公司建設(shè)管理部，北京 100844)

提出利用有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)配合大機進行自動化搗固作業(yè)的方法，介紹動態(tài)測量系統(tǒng)的原理，并分析了測量的精度、效率及配合大機自動化搗固作業(yè)的工程案例。工程實踐證明，該方法具有操作簡便、精度高、效率高等特點，可以在新建有砟線路軌道粗搗、精搗和既有有砟線路的檢測養(yǎng)護階段推廣應(yīng)用。

有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng) 自動化搗固 撥道量 起道量

1 概述

新建有砟鐵路在完成鋼軌鋪設(shè)后，需經(jīng)過多次精確搗固調(diào)整，以使鋼軌的絕對位置、整體平順性，以及道砟的厚度、密實程度等達到規(guī)范要求[1]，從而確保列車運行的安全、平穩(wěn)以及乘坐舒適。

對于設(shè)計時速200 km及以上有砟線路的精搗作業(yè)，文獻[2]中已做出了明確規(guī)定，這類線路的精搗數(shù)據(jù)，大都通過靜態(tài)軌檢小車獲得[3]。隨著我國鐵路建設(shè)不斷加快，以及大機搗固作業(yè)效率不斷提高，這種測量設(shè)備及方法已難以滿足大機自動化搗固作業(yè)的需要，研究配合大機搗固作業(yè)測量新技術(shù)、新方法顯得尤為重要。

2 國內(nèi)配合大機搗固作業(yè)測量的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)采用靜態(tài)軌檢小車進行配合大機搗固作業(yè)的流程如下：

(1)在待測區(qū)段事先按照一定的間隔(一般直線上間隔5～10 m，曲線上間隔3～5 m)做標(biāo)記，然后采用全站儀配合靜態(tài)軌檢小車采集這些標(biāo)記點，數(shù)據(jù)采集完畢后，由靜態(tài)軌檢小車配套軟件進行數(shù)據(jù)計算處理，得到各標(biāo)記點的里程和起撥道數(shù)據(jù)。

(2)搗固作業(yè)前，將各處的起撥道數(shù)據(jù)標(biāo)注在相應(yīng)的軌枕上，搗固作業(yè)時，由大型養(yǎng)護機械(簡稱大機)[4]地面引導(dǎo)人員將各標(biāo)注處的起撥道數(shù)據(jù)通過對講機報送給大機操作人員，然后大機操作人員旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的旋鈕，控制大機進行相應(yīng)的起撥道作業(yè)。

(3)當(dāng)次搗固作業(yè)完成后，再次使用靜態(tài)軌檢小車進行軌道檢測，以檢查線路當(dāng)前的幾何狀態(tài)情況，并為下次搗固作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持，以此類推，直到線路達到相關(guān)要求。

這種作業(yè)模式精度非常高，能準(zhǔn)確的指導(dǎo)鋼軌精調(diào)，但這種配合大機搗固的測量方法存在以下缺點:

①起撥道數(shù)據(jù)依靠靜態(tài)測量方式獲取(即將軌檢小車推行至待測點，停穩(wěn)后方可點擊采集按鈕進行數(shù)據(jù)檢測)，檢測效率受到影響[5]。

五是檢驗方式不同。軍民融合和國防動員都強調(diào)建設(shè)效益和總體評價，但兩者的評價方式手段不同。軍民融合注重平時物質(zhì)建設(shè)，檢驗評估手段單一，主要依靠提出需求方對融合成果進行靜態(tài)評估。國防動員注重戰(zhàn)時能力建設(shè)，除靜態(tài)檢驗評估外，更注重通過演練形式檢驗評估國防動員能力。

②大機搗固作業(yè)前，需將起撥道數(shù)據(jù)事先標(biāo)注在軌道上，增大了外業(yè)工作量和工作強度。

③大機搗固作業(yè)時，需專門安排一名地面引導(dǎo)人員將起撥道數(shù)據(jù)報給大機操作人員，增加了人工投入。

④大機2號位操作人員根據(jù)起撥道數(shù)據(jù)旋動相應(yīng)的旋鈕，并結(jié)合經(jīng)驗進行人工順坡，這種作業(yè)模式無法充分發(fā)揮已廣泛應(yīng)用于精搗作業(yè)的D09-32型大機本身具有的精搗作業(yè)功能，并且也增大了大機操作人員的工作強度。

提出采用有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)(以下簡稱中鐵咨詢動態(tài)測量系統(tǒng))配合大機進行自動化搗固作業(yè)的方法，相關(guān)工程項目中的成功應(yīng)用表明，該方法精度滿足有砟鐵路搗固的需要，軌道檢測效率較靜態(tài)測量有大幅提高。同時，又能夠控制D09-32、DWL及以上型號大機進行自動化搗固作業(yè)，可以簡化大機搗固作業(yè)流程，減少人為因素影響，提升大機搗固作業(yè)效果。

3 有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)

有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)(以下簡稱動態(tài)測量系統(tǒng))由全站儀推車(圖1左側(cè)所示)和動態(tài)軌檢小車(圖1右側(cè)所示)兩部分組成。

圖1 有砟軌道動態(tài)測量系統(tǒng)

動態(tài)軌檢小車是動態(tài)測量系統(tǒng)最核心的部分，動態(tài)軌檢小車集成了高精度的陀螺儀、加速度計等傳感器。在測量過程中，由陀螺儀實時測定軌檢小車的實時姿態(tài)，軌距傳感器實時測定軌道的實際軌距，在完成數(shù)據(jù)采集的同時，通過配套軟件自動對全站儀及多傳感器的海量數(shù)據(jù)進行時空匹配，并經(jīng)過相應(yīng)的濾波數(shù)據(jù)處理、內(nèi)插數(shù)據(jù)處理，進而獲得軌道的相關(guān)平順性指標(biāo)數(shù)據(jù)。

4 動態(tài)測量系統(tǒng)配合大機進行自動化搗固作業(yè)方法

使用動態(tài)測量系統(tǒng)配合大機進行自動化搗固作業(yè)，主要涉及到軌道數(shù)據(jù)的采集與處理、控制大機進行自動化搗固作業(yè)兩方面。

4.1 軌道數(shù)據(jù)采集與處理

采用全站儀自由設(shè)站，每測站通過線路兩側(cè)的CPⅢ控制點進行后方交會設(shè)站，設(shè)站精度遵照文獻[2]中的相關(guān)規(guī)定。外業(yè)測量如圖2所示。

圖2 動態(tài)測量系統(tǒng)作業(yè)模式

將動態(tài)軌檢小車停放在待測區(qū)段起點，確保全站儀推車距軌檢小車的距離不超過200 m，并進行自由設(shè)站[6]。

設(shè)站完成后，啟動采集軟件，在起始位置采集一個靜態(tài)點，然后啟動動態(tài)采集功能，接著推行動態(tài)軌檢小車前行，在距全站儀推車5 m左右處停止，并在該處采集靜態(tài)點，這樣即完成一測站的測量工作。本測站測量完成后，推行全站儀推車進行搬站，開始下一測站的測量，依次類推，即可完成軌道檢測工作。

軌道數(shù)據(jù)采集完畢后，由動態(tài)測量系統(tǒng)配套軟件進行分析處理，并自動生成控制大機進行自動化作業(yè)所需的Geo文件和Ver文件。

4.2 控制大機進行自動化搗固作業(yè)

大機開行至作業(yè)區(qū)后，將Geo文件和Ver文件通過U盤導(dǎo)入到搗固車的WinALC或ALC(線路控制計算機系統(tǒng))中，然后啟動大機上的車載計算機，打開車載軟件WinALC或ALC，在做完同步點后，點擊“OK”啟動大機進行自動搗固作業(yè)。

在自動化搗固作業(yè)過程中，由WinALC或ALC系統(tǒng)自動控制每個作業(yè)位置處的起撥道量，不再需要人工輸入，大機自動化搗固作業(yè)如圖3所示。

圖3 大機自動化搗固作業(yè)

5 動態(tài)測量系統(tǒng)的效率和精度分析

5.1 作業(yè)效率

使用動態(tài)測量系統(tǒng)或使用靜態(tài)軌檢小車進行軌道檢測，效率都取決于兩個方面：全站儀搬站與設(shè)站的速度以及動態(tài)軌檢小車的測量速度。

(1)全站儀搬站與設(shè)站方面：使用動態(tài)測量系統(tǒng)進行軌道檢測時，全站儀固定安裝在手推車上，在搬站時，可以十分安全便捷的推行手推車至設(shè)站位置，并且在固定手推車時，可同步完成全站儀的粗平調(diào)整，節(jié)約大量時間；而使用靜態(tài)軌檢小車進行軌道檢測時，全站儀固定在三腳架上，在搬站時，需將三腳架和全站儀人工搬運至設(shè)站位置，顯而易見，推車推行的速度明顯會比人工搬運的速度要高。此外，在使用靜態(tài)軌檢小車檢測軌道的搬站過程中，為確保全站儀安全，在搬站前，需將全站儀從三腳架上取下，裝入儀器箱，到達設(shè)站位置后，首先將三腳架安置在設(shè)站位置，確保三個腳腿都被踩實后，方可取出全站儀，進行整平調(diào)整及設(shè)站工作，這些環(huán)節(jié)又會浪費大量的時間。綜上，在搬站、設(shè)站方面，使用動態(tài)測量系統(tǒng)效率明顯提高。

(2)測量方面：使用靜態(tài)軌檢小車在測量軌道點時，需推行至該點并停穩(wěn)，然后方可點擊軟件進行測量工作[8]；而動態(tài)測量系統(tǒng)動態(tài)測量無需停止，直接推行前進即可自動完成數(shù)據(jù)采集。因此，在測量方面，使用動態(tài)測量系統(tǒng)進行動態(tài)測量，效率明顯提升很多。

綜上，在測量人員同樣熟練的情況下，使用動態(tài)測量系統(tǒng)進行動態(tài)測量在作業(yè)效率方面明顯更有優(yōu)勢。經(jīng)過大量的統(tǒng)計分析，使用動態(tài)測量系統(tǒng)測量效率達到1.2 km/h，而使用靜態(tài)軌檢小車按每3 m測一個點，測量效率最多能達到0.5 km/h。在測量效率大幅提高的同時，由于不需要寫標(biāo)，更是節(jié)省了大量的人工投入，減輕了勞動強度。

5.2 精度分析

動態(tài)測量系統(tǒng)的測量精度受全站儀的精度、動態(tài)傳感器的采集精度以及濾波模型方面的精度等多方面因素影響。為直觀驗證動態(tài)測量系統(tǒng)的測量精度，特以靜態(tài)軌檢小車測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，將動態(tài)測量數(shù)據(jù)與靜態(tài)測量數(shù)據(jù)進行對比，通過兩者差值，得出動態(tài)軌檢小車的測量精度。在廈深鐵路某標(biāo)段隨機選擇了一段1公里多的測試段，分別使用動態(tài)測量系統(tǒng)和靜態(tài)軌檢小車進行了測量，兩者測量結(jié)果對比情況如圖4和圖5所示。

圖4 靜態(tài)測量與動態(tài)測量所測橫向偏差對比

圖5 靜態(tài)測量與動態(tài)測量所測高程偏差對比

由圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，動態(tài)測量與靜態(tài)測量相比，所測中線平面偏差、基準(zhǔn)軌高程偏差的趨勢一致，其中動態(tài)模式與靜態(tài)模式所測中線偏差之差的均值為0.8 mm，最大為3.2 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以內(nèi)；高程偏差之差的均值0.7 mm，最大為3.3 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以內(nèi)。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，可以看出靜態(tài)精測與動態(tài)精測所測得的平面偏差和高程偏差均非常吻合度，說明該動態(tài)測量系統(tǒng)動態(tài)精測所測的軌道數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確反映出軌道的偏差情況。

6 工程應(yīng)用案例

廈深(廈門-深圳)鐵路選取了2.1 km的線路，利用動態(tài)測量系統(tǒng)進行多次搗固作業(yè)測量，分析各次搗固作業(yè)前后的線路波形圖(注：因線路粗搗階段已搗固過三次，故精搗階段的搗固次數(shù)從第四次開始計數(shù)，分別為第四次搗固、第五次搗固……)，其中平面波形如圖6所示。

圖6 平面偏差分析

如圖6所示，第四次平面偏差即為精搗開始前的線路平面狀況，第七次平面偏差即為三次精搗作業(yè)后的線路平面狀況。由圖6可以明顯看出，使用動態(tài)測量系統(tǒng)配合大機自動化搗固作業(yè)，經(jīng)過三次搗固作業(yè)后，線路平面明顯改善，平面偏差全部介于10 mm以內(nèi)，且平順性狀況也顯著改觀。

四次采集數(shù)據(jù)，高程波形變化情況如圖7所示。

如圖7所示，第四次高程偏差即為精搗開始前的線路高程狀況，第七次高程偏差即為三次精搗作業(yè)后線路的高程狀況。由圖7可以明顯看出，使用動態(tài)測

圖7 高程偏差分析

量系統(tǒng)配合大機自動化搗固作業(yè)，經(jīng)過三次搗固作業(yè)后，線路高程明顯改善，高程偏差全部介于10 mm以內(nèi)，且平順性狀況也顯著改觀。

綜上，在動態(tài)測量系統(tǒng)配合大機進行自動化搗固作業(yè)三次以后，線路的平順性達到了靜態(tài)調(diào)試階段的預(yù)期效果。在后續(xù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，再經(jīng)局部消分作業(yè)，即可使線路平面和高程均達到驗收規(guī)范。

7 結(jié)論

采用常規(guī)的方法進行軌道檢測，存在測量效率低的缺點，同時，在配合大機搗固作業(yè)時，還需要大量寫標(biāo)，并需提前將線路設(shè)計線型手工輸入至WinALC或ALC系統(tǒng)。此外，在搗固作業(yè)過程中，大機2號位操作人員需實時手工旋動按鈕。采用動態(tài)測量系統(tǒng)配合D09-32、DWL及以上型號的大機進行自動化搗固作業(yè)，不僅測量效率提高，而且還能自動生成大機作業(yè)所需的線形資料和起撥道數(shù)據(jù)文件，進而控制大機進行自動化搗固作業(yè)。該方法提高了軌道的檢測效率，并減少了不必要的人工參與，有效提升了大機搗固作業(yè)水平。綜上，該方法具有極大的推廣價值，可以在新建有砟軌道線路的搗固作業(yè)階段和既有有砟線路養(yǎng)護過程進行推廣應(yīng)用。

[1] 雷巨光. 單軌測量系統(tǒng)在新建有砟鐵路軌道粗搗中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2014(1)：1-4

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2010

[3] 李光林，張新奎，朱利民.提速200 km/h線路長波長不平順的養(yǎng)護維修技術(shù)[J].鐵道建筑，2007(4)：101-102

[4] 鄭中立.我國鐵路大型養(yǎng)路機械發(fā)展回顧[J].鐵道建筑，2004(7)：4-5

[5] 曾若飛.鐵路有砟軌道自動養(yǎng)護測量系統(tǒng)研究思路探討[J].鐵道勘察，2011(2)：8-12

ApplicationofBallastTrackDynamicMeasurementSystemInTrackFineComissioning

JU Guojiang

2014-10-30

鞠國江(1965—)，男，1988年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道運輸專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2014)06-0001-03

U412.24

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