鄧川

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

軌道測(cè)量?jī)x超高測(cè)量分析

鄧川

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

從軌道的超高測(cè)量原理出發(fā)，對(duì)不同軌道測(cè)量設(shè)備超高測(cè)量結(jié)果不一致的原因進(jìn)行研究。軌道測(cè)量?jī)x與其他軌道測(cè)量設(shè)備超高測(cè)量結(jié)果不一致是由于超高測(cè)量面與軌道超高測(cè)線(xiàn)“線(xiàn)面不一致”。并對(duì)“線(xiàn)面不一致”導(dǎo)致的超高測(cè)量誤差進(jìn)行了誤差分析和試驗(yàn)驗(yàn)證?；谲壍罍y(cè)量?jī)x的自身結(jié)構(gòu)和超高測(cè)量原理，提出了減少“線(xiàn)面不一致”超高測(cè)量誤差的方法和建議。

軌道測(cè)量?jī)x 超高測(cè)量 測(cè)量基準(zhǔn) 誤差分析

1 超高測(cè)量原理

目前，軌道的靜態(tài)超高主要是利用軌道測(cè)量?jī)x或道尺進(jìn)行測(cè)量。在檢測(cè)同一段線(xiàn)路的軌道超高時(shí)，不同的軌道測(cè)量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果必須符合示值誤差要求，且應(yīng)相互一致。然而，在實(shí)際工作中卻發(fā)現(xiàn)，不同的軌道測(cè)量設(shè)備在測(cè)量同一段線(xiàn)路的軌道超高時(shí)，各測(cè)量結(jié)果卻不盡相同，直接造成對(duì)軌道實(shí)際超高的誤判。因此，有必要分析不同軌道測(cè)量設(shè)備超高測(cè)量結(jié)果不一致的具體原因。

超高是指線(xiàn)路左右兩股鋼軌頂面的相對(duì)高差h (如圖1所示)，則超高計(jì)算公式為

式中:θ為鋼軌頂面與水平面的夾角，可由軌道測(cè)量?jī)x或道尺內(nèi)置的傾角傳感器測(cè)出;L為左右鋼軌中心的間距，是計(jì)算超高的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。

圖1 超高測(cè)量原理

2 超高測(cè)量不一致分析

軌道測(cè)量?jī)x與道尺的外形結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。軌道測(cè)量?jī)x的外形呈“T”形結(jié)構(gòu)，與左右股鋼軌的頂面三點(diǎn)接觸，測(cè)量基準(zhǔn)為三點(diǎn)確定的平面。而道尺外形呈“一”字形結(jié)構(gòu)，與左右股鋼軌頂面兩點(diǎn)接觸，測(cè)量基準(zhǔn)為兩點(diǎn)確定的直線(xiàn)。

由于軌道設(shè)計(jì)存在坡度、曲線(xiàn)、超高等要素，如果未經(jīng)調(diào)整，其各處幾何狀態(tài)各不相同，易使左右股鋼軌發(fā)生空間扭曲。如圖4所示，鋼軌扭曲使軌道測(cè)量?jī)x與鋼軌接觸點(diǎn)A，B，C處的軌道狀態(tài)各不相同，導(dǎo)致其測(cè)量基準(zhǔn)平面ABC發(fā)生傾斜，造成其超高測(cè)量軸線(xiàn)OC與軌道超高測(cè)線(xiàn)O'C不一致，其超高測(cè)量值Δh不能表征此處軌道超高。而道尺呈“一”字形結(jié)構(gòu)，寬度很窄，不受左右股鋼軌空間扭曲影響，其超高測(cè)量軸線(xiàn)始終與軌道超高測(cè)線(xiàn)一致，超高測(cè)量值與軌道超高相符。因此，軌道測(cè)量?jī)x與其他軌道測(cè)量設(shè)備超高測(cè)量結(jié)果不一致的原因是由于其超高測(cè)量面與軌道超高測(cè)線(xiàn)“線(xiàn)面不一致”。

圖2 軌道測(cè)量?jī)x示意

圖3 道尺示意

圖4 軌道狀態(tài)對(duì)超高測(cè)量影響的示意

3 超高誤差分析

如圖4所示，設(shè)A，B，C，O'四點(diǎn)的高程分別為HA，HB，HC，HO'，以過(guò)O'點(diǎn)的水平面為投影基準(zhǔn)，將A，B，C三點(diǎn)投影到基準(zhǔn)面上，則L1，L2，L3的投影長(zhǎng)度L'1，L'2，L'3分別為

以O(shè)'點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，AB的投影線(xiàn)為X軸，O'C的投影線(xiàn)為Y軸，Z軸垂直于XO'Y平面構(gòu)成獨(dú)立坐標(biāo)系，則O'，A，B，C四點(diǎn)在獨(dú)立坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)分別為(0，0，0)、(-L'1，0，HA-HO')，(L'2，0，HB-HO')，(0，L'3，HC-HO')。

由解析幾何可知，平面ABC的法向量和直線(xiàn)CO'方向向量分別為

則平面ABC與直線(xiàn)CO'的夾角α的正弦值為

將式(5)代入式(1)，即可計(jì)算出“線(xiàn)面不一致”造成的超高測(cè)量誤差。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

將某段未開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)作為試驗(yàn)場(chǎng)地，在其直線(xiàn)段和曲線(xiàn)段各選取10個(gè)軌枕進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。首先，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的左右股鋼軌進(jìn)行清理，清除附著的鐵銹、灰塵、雜質(zhì)等。然后，采用經(jīng)檢測(cè)合格的軌道測(cè)量?jī)x推行測(cè)量每個(gè)鋼軌扣件處的超高值，并用記號(hào)筆準(zhǔn)確標(biāo)記出其走行輪與鋼軌的3個(gè)接觸點(diǎn)。之后，再利用檢測(cè)合格的0級(jí)道尺測(cè)量每個(gè)鋼軌扣件處的超高值。最后，利用水準(zhǔn)測(cè)量方式，依次測(cè)量出每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)處的高程值。

測(cè)量數(shù)據(jù)及對(duì)比結(jié)果，如表1所示。

表1 軌道測(cè)量?jī)x、道尺和水準(zhǔn)測(cè)量的超高值及相互差值mm

由表1可知:道尺與水準(zhǔn)的超高測(cè)量值符合較好，差值最大為0.20 mm;而軌道測(cè)量?jī)x與道尺的超高測(cè)量值在軌枕10和軌枕11處的差值均＞0.30 mm，但道尺與水準(zhǔn)的超高測(cè)量值卻相符合。

由于軌道測(cè)量?jī)x與鋼軌接觸點(diǎn)的高程已通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量得到，且軌道測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)參數(shù)L1，L2，L3已知，則可構(gòu)成獨(dú)立坐標(biāo)系。軌枕10和軌枕11處各接觸點(diǎn)在各自獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)如表2所示。

表2 軌枕10和軌枕11處各接觸點(diǎn)的坐標(biāo)m

根據(jù)軌道的幾何狀態(tài)，對(duì)軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量值進(jìn)行修正，并與道尺、水準(zhǔn)測(cè)量的超高值進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 軌道測(cè)量?jī)x的修正超高與道尺、水準(zhǔn)測(cè)量的超高差值mm

由表3可知，經(jīng)過(guò)“線(xiàn)面不一致”超高誤差修正后，軌道測(cè)量?jī)x與道尺、水準(zhǔn)測(cè)量在軌枕10和軌枕11處的超高測(cè)量值基本一致，最大僅相差-0.07 mm，相互符合。

5 結(jié)論

軌道測(cè)量?jī)x與其他軌道測(cè)量設(shè)備超高測(cè)量不一致的原因是由于其超高測(cè)量面與軌道超高測(cè)線(xiàn)“線(xiàn)面不一致”，其影響程度甚至超過(guò)超高測(cè)量示值誤差0.3 mm的要求。因此，為了削弱“線(xiàn)面不一致”對(duì)超高測(cè)量的影響，可基于軌道測(cè)量?jī)x的自身結(jié)構(gòu)和超高測(cè)量原理，采用以下幾種方法進(jìn)行控制:

1)軌道測(cè)量?jī)x需選用滿(mǎn)足超高測(cè)量精度要求的傾角傳感器。由于傾角傳感器的靈敏度有方向性，軌道超高測(cè)線(xiàn)應(yīng)與其橫軸平行，因此除考慮其線(xiàn)性精度、溫漂、零漂等常規(guī)性能特征外，還應(yīng)考慮其橫軸誤差。

2)軌道測(cè)量作業(yè)前，需對(duì)所測(cè)鋼軌表面和軌道測(cè)量?jī)x的走行輪表面進(jìn)行清理，清除附著的鐵銹、灰塵、雜質(zhì)等。

3)由于軌道測(cè)量?jī)x的外形呈“T”形結(jié)構(gòu)，其正、反向測(cè)量的超高誤差符號(hào)相反、量值相等，調(diào)頭超高修正后可有效削弱“線(xiàn)面不一致”影響。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10601—2009高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3147—2012鐵路軌道檢查儀［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2012.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技基［2008］86號(hào)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［4］彭春秀.軌道坡度對(duì)測(cè)量靜態(tài)超高的影響［J］.鐵道技術(shù)監(jiān)督，2014，42(3):17-19.

［5］王昆.高鐵型軌道檢查儀誤差控制的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.江西:南昌大學(xué)，2014.

(責(zé)任審編趙其文)

U213.2+32

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.12.33

1003-1995(2015)12-0127-03

2015-06-28;

2015-09-02

鄧川(1986—)，男，工程師，碩士。