張齊勇(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)
一種適用于雙塊式無(wú)砟軌道軌排粗調(diào)的方法
張齊勇?
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)
摘 要:CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道軌排粗調(diào)的質(zhì)量與效率十分重要,很有必要探索出一種高效率高質(zhì)量的軌排粗調(diào)方法:在底座板外側(cè)或支承層邊緣上埋設(shè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn),用全站儀精確測(cè)量其三維坐標(biāo),結(jié)合軌道幾何參數(shù)計(jì)算軌道基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考軌設(shè)計(jì)位置的幾何偏距,粗調(diào)中使用道尺結(jié)合幾何偏距指導(dǎo)軌排粗調(diào)。實(shí)際施工應(yīng)用表明,該粗調(diào)方法成本低、精度高、受現(xiàn)場(chǎng)條件影響小,能極大地提高后期軌排精調(diào)作業(yè)效率。
關(guān)鍵詞:雙塊式無(wú)砟軌道;軌排粗調(diào);軌排精調(diào);軌道基準(zhǔn)點(diǎn)
在CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道施工中,軌排粗調(diào)與精調(diào)決定著道床板施工效率與質(zhì)量[1,2],而軌排粗調(diào)的質(zhì)量與效率直接影響著軌排精調(diào)的效率。目前軌排精調(diào)皆采用全站儀配合軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)調(diào)整,軌排粗調(diào)則主要是采用放樣中線點(diǎn)、軌排粗調(diào)機(jī)或直接采用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x的方式進(jìn)行,這些方法各有利弊。放樣中線點(diǎn)的軌排粗調(diào)通過(guò)提前測(cè)設(shè)出的中線點(diǎn),使用萬(wàn)能道尺、鋼板尺和錘球配合粗調(diào)軌排平面,軌排高程則配合電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行軌頂標(biāo)高控制[3]。該方法需求儀器較多,且軌頂標(biāo)高控制還需計(jì)算出每一調(diào)整點(diǎn)的理論標(biāo)高,而在實(shí)際施工中,底座板/支承層上中線點(diǎn)通常會(huì)被土工布、鋼筋等覆蓋。使用粗調(diào)機(jī)進(jìn)行軌排粗調(diào)則以全站儀為測(cè)量工具,與粗調(diào)機(jī)水平及軌距測(cè)量裝置配合,通過(guò)專用數(shù)據(jù)分析與控制軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)整,經(jīng)過(guò)粗調(diào)后的軌道位置誤差將控制在±5 mm范圍內(nèi),可用于雙塊式無(wú)砟軌道施工[4、5],使用粗調(diào)機(jī)進(jìn)行軌排粗調(diào)精度較好,但粗調(diào)機(jī)造價(jià)昂貴,體積龐大,所需調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)[6]。采用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x直接進(jìn)行軌排粗調(diào)時(shí)[7],要求在陰天或夜晚氣溫條件穩(wěn)定的情況下進(jìn)行、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)施工干擾,尤其在軌排第一次組裝后,中線、高程偏差通常較大,此時(shí)使用全站儀配合軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行軌排粗調(diào)必須反復(fù)設(shè)站,較為浪費(fèi)時(shí)間,若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者溫度超過(guò)15℃,則必須重新調(diào)整軌排[8],經(jīng)實(shí)際施工統(tǒng)計(jì),在完成100 m的軌排調(diào)整的情況下,直接使用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行軌排粗調(diào)與精調(diào)需要8 h左右的時(shí)間。據(jù)上述,現(xiàn)有的軌排粗調(diào)方法從成本與效率因素綜合考慮皆有局限性,為保證軌排精調(diào)與道床板施工的效率,很有必要探尋出一種高效率、低成本的軌排粗調(diào)方法。
在支承層/底座板外埋設(shè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn),基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志頂面有定位孔,外業(yè)使用全站儀精確測(cè)量該定位孔的平面坐標(biāo)與高程,內(nèi)業(yè)處理中,根據(jù)線路參數(shù)與基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)反算基準(zhǔn)點(diǎn)的里程,計(jì)算出基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考鋼軌設(shè)計(jì)位置的平面偏距與高程偏距及該對(duì)應(yīng)處的設(shè)計(jì)超高,使用該數(shù)據(jù)結(jié)合L道尺與道尺指導(dǎo)軌排粗調(diào),其中,L道尺實(shí)現(xiàn)參考鋼軌平面與高程的定位,另一側(cè)的鋼軌通過(guò)道尺測(cè)量軌距與超高實(shí)現(xiàn)定位。使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法難點(diǎn)主要在于軌道基準(zhǔn)點(diǎn)三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確測(cè)量與數(shù)據(jù)處理。下面給出使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行軌排粗調(diào)方法的詳細(xì)實(shí)施。
2.1軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)
路基地段軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在支承層上,距支承層邊緣10 cm,沿線路走向每5 m設(shè)置一個(gè);橋梁與隧道地段由于道床板與底座板寬度相同,軌道基準(zhǔn)點(diǎn)則埋設(shè)在底座板外側(cè)距底座邊緣10 cm處,每5 m設(shè)置一個(gè)。由于后期需要精確測(cè)量軌道基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo),其埋設(shè)間距可由卷尺測(cè)定,不需要精確放樣。左線軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在左線支承層/底座板的右側(cè),右線軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在右線支承層/底座板的左側(cè),軌道基準(zhǔn)點(diǎn)與線路關(guān)系如圖1所示,考慮此埋設(shè)位置的原因在于:軌道基準(zhǔn)點(diǎn)呈線狀布設(shè),后續(xù)測(cè)量時(shí),為優(yōu)先利用全站儀的測(cè)角高精度性以及減弱測(cè)距誤差引起的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)橫向偏差,全站儀架設(shè)應(yīng)大致與軌道基準(zhǔn)點(diǎn)在同一直線上[9]。若軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在右線右側(cè),則全站儀也需要架設(shè)在右線右側(cè),如圖1所示“不適合全站儀架設(shè)的點(diǎn)”虛線所示位置,架設(shè)在該點(diǎn)時(shí),全站儀與右側(cè)的CPIII點(diǎn)XXXX302、XXXX304、XXXX306、XXXX308近似形成一條直線,網(wǎng)形結(jié)構(gòu)不合理,因此方法規(guī)定左線加密軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在左線支承層/底座板的右側(cè),右線加密軌道基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在右線支承層/底座板的左側(cè)。
圖1 軌道基準(zhǔn)點(diǎn)與全站儀設(shè)站示意圖
軌道基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)完成后,對(duì)其進(jìn)行編號(hào),點(diǎn)號(hào)沿當(dāng)前作業(yè)面施工方向順序編號(hào),左線按照Z(yǔ)001~Z999進(jìn)行編號(hào),右線按照Y001~Y999進(jìn)行編號(hào)。
2.2軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量
軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量主要是測(cè)量其三維坐標(biāo)。軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量使用的全站儀精度不應(yīng)低于(1″、1 mm+2 ppm),每天測(cè)量前應(yīng)對(duì)全站儀進(jìn)行2C與豎盤指標(biāo)差檢查,若偏差較大需要進(jìn)行組合校準(zhǔn)。軌道基準(zhǔn)點(diǎn)上使用特制的帶強(qiáng)制對(duì)中的不等長(zhǎng)三腳架小棱鏡或者帶水準(zhǔn)氣泡的單桿,需有固定的棱鏡高度并定期進(jìn)行檢校。軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量采用全站儀后方交會(huì)法設(shè)站,設(shè)站位置應(yīng)該按照?qǐng)D1所示的位置進(jìn)行設(shè)站,即全站儀與軌道基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)在同一直線上,每次設(shè)站采用8個(gè)(4對(duì))CPⅢ后視點(diǎn)。為提高測(cè)量精度,全站儀的單邊最大測(cè)量距離不超過(guò)建站時(shí)觀測(cè)的最遠(yuǎn)的CPⅢ,即觀測(cè)的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在建站時(shí)觀測(cè)的CPⅢ范圍以內(nèi),否則應(yīng)進(jìn)行遷站測(cè)量。全站儀觀測(cè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)以5 m~70 m的觀測(cè)長(zhǎng)度為宜[10],觀測(cè)距離過(guò)長(zhǎng)則遠(yuǎn)端的高程偏差過(guò)大[11],按照5 m的點(diǎn)間距,每站以測(cè)量13個(gè)~14個(gè)點(diǎn)為宜。全站儀設(shè)站與CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符合值限差要求如表1、表2所示[10]:
CPⅢ控制點(diǎn)坐標(biāo)不符值限差要求 表1
自由設(shè)站點(diǎn)精度要求 表2
設(shè)站精度滿足表1、表2的要求后,即可進(jìn)行軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量,主要分為以下三個(gè)步驟:
(1)對(duì)最遠(yuǎn)的1個(gè)CPⅢ后視點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,并在點(diǎn)號(hào)前貫上HS,表示“后視”,如:HS1111301,保存其三維坐標(biāo);
(2)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量:將帶強(qiáng)制對(duì)中的棱鏡裝置置于軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的定位小孔上,并使氣泡水平,全站儀中輸入對(duì)應(yīng)棱鏡常數(shù)與棱鏡高度,依次測(cè)量軌道基準(zhǔn)點(diǎn)三維坐標(biāo)。
(3)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量完成后,對(duì)第一步測(cè)量的后視CPⅢ點(diǎn)再次進(jìn)行測(cè)量并保存,可以在點(diǎn)號(hào)前加BH,表示“閉合”。如BH1111301。通過(guò)對(duì)比同一個(gè)點(diǎn)在軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量前和測(cè)量后的坐標(biāo)較差,可以判斷全站儀在測(cè)量過(guò)程中是否受到干擾。
每一站測(cè)量完成后,對(duì)上一站測(cè)量的最后一個(gè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,比較不同的測(cè)站下對(duì)同一點(diǎn)測(cè)量的坐標(biāo)較差,坐標(biāo)較差各分量應(yīng)小于2 mm。測(cè)量坐標(biāo)換帶處的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí),應(yīng)采用相鄰?fù)队皫商證PⅢ成果對(duì)換帶處的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)分別測(cè)量,重疊點(diǎn)以10個(gè)點(diǎn)為宜。
2.3數(shù)據(jù)處理
軌道基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量完成并從全站儀導(dǎo)出后,內(nèi)業(yè)處理人員檢查外業(yè)設(shè)站的X、Y、H中誤差與定向精度,檢查后視與閉合CPⅢ點(diǎn)的坐標(biāo)差、重復(fù)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)差是否滿足作業(yè)要求。檢查合格后,對(duì)重復(fù)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行平均處理,計(jì)算軌道基準(zhǔn)點(diǎn)與參考基準(zhǔn)鋼軌的幾何相對(duì)關(guān)系,計(jì)算步驟主要如下:
(1)根據(jù)線路幾何參數(shù)與實(shí)測(cè)的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)反算軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的里程;
(2)計(jì)算該里程位置的設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)(X、Y、H)、超高[12];
(3)根據(jù)軌道幾何尺寸參數(shù)與該點(diǎn)的設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考鋼軌的平面偏距(撥道量)與高程偏距(起道量),計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)與中線的距離、與道床板邊模距離等其他放樣參數(shù)。
對(duì)于坐標(biāo)換帶處重疊的兩套軌道基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo),分別在各自的投影帶內(nèi)計(jì)算其平面偏距與高程偏距并進(jìn)行比較,其較差應(yīng)小于2 mm。以上數(shù)據(jù)處理流程易于編制相應(yīng)的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)自動(dòng)處理程序,并生成報(bào)表。表3為某客運(yùn)專線某段里程自動(dòng)生成的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)放樣數(shù)據(jù)報(bào)表。
軌道基準(zhǔn)點(diǎn)放樣數(shù)據(jù)報(bào)表 表3
表3中所給出的撥道量與起道量含義如圖2所示:
圖2 撥道量與起道量位置示意圖
2.3軌排粗調(diào)
軌道基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理完成后提交給現(xiàn)場(chǎng)施工人員,施工人員根據(jù)此報(bào)表數(shù)據(jù)指導(dǎo)工人進(jìn)行軌排粗調(diào)。軌排粗調(diào)可使用L道尺與道尺進(jìn)行。L道尺由相互垂直的橫尺與豎尺構(gòu)成,橫尺與豎尺皆有讀數(shù)裝置,且橫尺上具有水準(zhǔn)氣泡,將L道尺豎尺置放在軌道基準(zhǔn)點(diǎn)上,橫尺則放置在參考鋼軌上,橫尺上的氣泡水平時(shí),橫尺與豎尺讀數(shù)即為實(shí)測(cè)撥道量與起道量,與設(shè)計(jì)撥道量、起道量做差計(jì)算,該差值即為參考鋼軌的平面與高程調(diào)整量。使用道尺測(cè)量軌道基準(zhǔn)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軌距與水平,與標(biāo)準(zhǔn)軌距1 435 mm和設(shè)計(jì)超高進(jìn)行比較,其差值為另一側(cè)鋼軌的平面與高程調(diào)整量。通過(guò)調(diào)整,即可將左右鋼軌調(diào)整至設(shè)計(jì)位置,其粗調(diào)控制指標(biāo)如表4所示。
粗調(diào)完成后,應(yīng)再次使用L道尺與道尺檢查軌排的軌距、超高、起道量與撥道量,若偏差過(guò)大,則應(yīng)重新進(jìn)行粗調(diào)。
粗調(diào)控制指標(biāo) 表4
2.4粗調(diào)精度分析與相關(guān)說(shuō)明
在粗調(diào)完成后,為驗(yàn)證粗調(diào)精度,使用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x對(duì)軌排粗調(diào)精度進(jìn)行檢核,以某客運(yùn)專線為例,對(duì)粗調(diào)后的區(qū)段使用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x采集了約80 m的軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)其中線偏差與軌頂高程偏差,其最大中線偏差與高程偏差分別為3.1 mm與3.7 mm,統(tǒng)計(jì)表格如表5所示。
粗調(diào)后軌道偏差統(tǒng)計(jì)表 表5
從表5中可看出,經(jīng)過(guò)粗調(diào)后的軌排精度良好,中線偏差與高程偏差絕大多數(shù)小于3 mm,說(shuō)明粗調(diào)精度良好,能達(dá)到預(yù)期要求。
根據(jù)實(shí)際施工大量統(tǒng)計(jì),正常情況下一天內(nèi)一個(gè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)小組與測(cè)量小組可完成2 km軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)與測(cè)量,按照每個(gè)作業(yè)面每天施工120 m的進(jìn)度要求,該工作組至少可滿足8個(gè)作業(yè)面的軌排粗調(diào)數(shù)據(jù)要求。在粗調(diào)精度良好的情況下,使用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x在2 h~3 h即可完成120 m的軌排精調(diào)作業(yè),并將軌排中線、高程、軌距、水平調(diào)整至0.5 mm之內(nèi)[13],則一臺(tái)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x至少可滿足兩個(gè)作業(yè)面的需求。據(jù)此看出,使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行軌排粗調(diào)能減少軌排精調(diào)的工作量,并能使軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x得到充分的利用。
由于軌道基準(zhǔn)點(diǎn)是采用全站儀直接測(cè)量其三維坐標(biāo)并計(jì)算出起、撥道量,粗調(diào)后可使軌排中線偏差與高程偏差普遍在3 mm之內(nèi),在使用軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行軌排精調(diào)時(shí),若軌道中線或軌面高程存在較大的一致性偏差,說(shuō)明軌排粗調(diào)與軌道狀態(tài)幾何測(cè)量?jī)x存在系統(tǒng)偏差,此時(shí)需要檢核軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x與軌道基準(zhǔn)點(diǎn)成果是否一致,可避免測(cè)量錯(cuò)誤。在澆筑混凝土前,需再次使用L道尺與道尺檢核軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)測(cè)起撥道量、軌距和超高與理論數(shù)據(jù)是否一致,這是由于軌排精調(diào)完成后至道床板混凝土澆筑之間存在時(shí)間間隔,若精調(diào)后軌排固定裝置松動(dòng)可能造成軌排中線或者高程偏差過(guò)大。因此,使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法還可以與軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x進(jìn)行的軌排精調(diào)起到交叉檢核,避免出現(xiàn)質(zhì)量事故。
使用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行軌排粗調(diào)的方法簡(jiǎn)單易行,效率較高。該方法能避免粗調(diào)機(jī)的設(shè)備與相關(guān)人員昂貴的費(fèi)用,能克服軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x直接進(jìn)行軌排粗調(diào)精調(diào)對(duì)于環(huán)境與設(shè)備的要求,同時(shí)粗調(diào)精度較高,能極大地提高后期軌排精調(diào)效率。該方法通過(guò)某客運(yùn)專線多個(gè)標(biāo)段的實(shí)際應(yīng)用,效果良好,滿足了CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道施工質(zhì)量與效率的要求。
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A Method Suitable for Coarse Adjustment of Track Panel in Double-block Ballastless Track
Zhang Qiyong
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi’an 710043,China)
Abstract:In the double-block ballastless track construction,the efficiency of coarse adjustment of track panel is very important,so it is necessary to explore a method with high efficiency and quality for coarse adjustment.The method presented in this paper is:bury a reference point at the edge of support layer;measure the exact three-dimensional coordinate of the reference point with total station,then combine the geometrical parameter of track to calculate the geometric offset distance between the reference point and the reference track;finally use the geometrical offset distance to guide the coarse adjustment of track panel by track gauge.In ballastless track construction,this method has been proved that can greatly increase the working efficiency of fine adjustment of track panel,and lower cost,higher precision,not be affected by the worse condition of construction site either.
Key words:double-block ballastless track;fine adjustment of track panel;coarse adjustment of track panel;track reference point
文章編號(hào):1672-8262(2015)05-132-04中圖分類號(hào):P258
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
收稿日期:?2015—02—05
作者簡(jiǎn)介:張齊勇(1983—),男,工程師,主要從事軌道測(cè)量等方面的工作。