李新增

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

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CRTSⅢ型軌道板精調(diào)方法和精度探討

李新增

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

介紹CRTS Ⅲ型軌道板目前通行的精調(diào)方法，對該方法的缺點進行分析，并提出改進的精調(diào)方法。

CRTS Ⅲ型板 精調(diào) 測量

1 CRTSⅢ型板結(jié)構(gòu)介紹

CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，是我國真正意義上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)。CRTSⅢ型板式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、軌道板、自密實混凝土層、隔離層和底座等部分組成。其底座為單元式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋上底座的長度與軌道板同長，路基底座長度為2～3塊軌道板，底座板間伸縮縫為20 mm。

CRTS Ⅲ型軌道板與CRTSII型軌道板相似，均為有擋肩結(jié)構(gòu)，但其在生產(chǎn)過程中不對承軌槽進行打磨，而是通過調(diào)整軌道板模具承軌臺的方式實現(xiàn)其矢距和高低的調(diào)整，從而適應(yīng)平面曲線和豎曲線的線路條件。其板型分為4.925 m(8個軌枕)和5.600 m(9個軌枕)兩種板型，4.925 m板型如圖1所示。

圖1 CRTSⅢ型軌道板

2 CRTSⅢ型軌道板精調(diào)的精度要求

CRTSⅢ型板的精調(diào)，簡單說就是將軌道板鋪設(shè)至設(shè)計理論位置。在施工現(xiàn)場，根據(jù)精調(diào)標架上棱鏡實測坐標與設(shè)計理論坐標進行比較，計算調(diào)整量，根據(jù)調(diào)整量將軌道板調(diào)整到位。

根據(jù)《CRTSⅢ型板式無砟軌道工程施工質(zhì)量驗收指導(dǎo)意見》(工管線路函[2012]159號)要求，CRTSⅢ型軌道板的鋪設(shè)精度如表1。

表1 CRTSⅢ型軌道板精調(diào)精度要求

3 目前CRTSⅢ軌道板精調(diào)方法

3.1 準備設(shè)計數(shù)據(jù)

目前CRTSⅢ型板精調(diào)的理論數(shù)據(jù)同CRTSⅡ型板的精調(diào)理論數(shù)據(jù)一樣，均使用布板軟件通過線形設(shè)計參數(shù)計算而得。理論數(shù)據(jù)由兩部分組成，即該軌道板每個承軌臺的空間理論位置文件和精調(diào)標架配置文件，精調(diào)系統(tǒng)通過上述兩個文件就可將每塊軌道板精調(diào)到理論空間位置。

3.2 精調(diào)基準點

在CRTSⅢ型板精調(diào)系統(tǒng)設(shè)計初期，對全站儀設(shè)站基準存在兩種不同的思路，第一種是采用傳統(tǒng)的軌道基準網(wǎng)(CPⅣ)點進行設(shè)站精調(diào)；第二種是使用CPⅢ直接設(shè)站進行精調(diào)。

因CRTSⅢ型軌道結(jié)構(gòu)中底座為單元結(jié)構(gòu)，并且與梁面連為一體，無論將CPⅣ點設(shè)置在梁面還是設(shè)置在底座上，CPⅣ點的位置都會受到梁體變形影響而產(chǎn)生位移。通過外業(yè)試驗，也證明這種現(xiàn)象的客觀存在，基準點的位移對軌道板精調(diào)精度影響較大。

基于采用CPⅣ點精調(diào)存在上述缺點，償試直接使用CPⅢ直接進行設(shè)站精調(diào)，對此進行了精度估算及現(xiàn)場實驗。

用全站儀進行三維坐標測量，其坐標計算公式為

(1)

式中，s為全站儀至精調(diào)棱鏡的斜距，v為天頂距，β為方位角。

將(1)式全微分，并轉(zhuǎn)化為誤差表達形式[1]，可得

(2)

(3)

(4)

假定平面點位精度為mP，豎向調(diào)整量精度為mH，根據(jù)(2)、(3)、(4)式，可得

(5)

精調(diào)時，距離一般控制在5～30 m，儀器高于軌面的高度控制在1.2 m，豎直角可控制在3.5°～10°，即天頂距可控制在80°～86.5°。在這種情況下，全站儀的水平角、豎直角測量精度相當(dāng)[3]，假定測角精度為

將(2)、(3)、(4)式代入(5)式并簡化，可得

(6)

假定設(shè)站方向與線路的夾角為α，則由(4)式可得

(7)

精調(diào)時，設(shè)站方向大致與線路平行，與線路的夾角可控制在10°以內(nèi)。精調(diào)時只用全站儀的一個盤位，用到的只是測量儀器的分辨率。在30 m范圍內(nèi)，測距分辨率不會大于±0.2 mm，測角分辨率不會大于±2″，由(7)式可得

因此，mL和mH均優(yōu)于±0.2 mm。

通過以上分析，說明用CPⅢ網(wǎng)直接控制軌道精調(diào)其精度可滿足規(guī)范要求，現(xiàn)場實驗也證明該方案可行。

采用CPⅢ點作為精調(diào)基準不僅能夠滿足精調(diào)要求，而且減少了一道CPⅣ點測量的工序，是CRTSⅢ板精調(diào)較其他板型進步的一種體現(xiàn)。

3.3 精調(diào)方法及設(shè)備

CRTSⅢ型軌道板的精調(diào)設(shè)備主要包含硬件及軟件兩大部分。硬件部分主要為精調(diào)標架(6個)，用途為模擬軌道的幾何結(jié)構(gòu)；軟件的主要用途為計算調(diào)整量。精調(diào)標架樣式如圖2。

圖2 CRTSⅢ型板精調(diào)標架

4 目前CRTSⅢ型軌道板精調(diào)的缺點及改進方式

4.1 主要缺點

目前，CRTSⅢ型板精調(diào)在理論數(shù)據(jù)準備及精調(diào)要求上存在以下兩個缺點。

第二：同CRTSⅠ及CRTSⅡ型軌道板相比，CRTSⅢ型軌道板在線路方向上的精度要求很高(曲線地段2 mm，直線地段5 mm；CRTSⅡ型板的縱向要求10 mm)，粗鋪精度達不到要求，必須對軌道板進行線路方向上的調(diào)整。

以上兩項不僅增加了軌道板精調(diào)的工作量，而且因梁縫位置誤差的隨機性，使軌道板在縱向上的調(diào)整失去了意義。

4.2 CRTSⅢ型板精調(diào)的改進方法

采用“隨機定位、偏移算法”的精調(diào)模型，即使用軌道板精調(diào)系統(tǒng)，通過線形設(shè)計參數(shù)，現(xiàn)場反算任意里程處標架棱鏡的理論坐標，其與實測值的差即為調(diào)整量。

此方法省略了梁縫位置的測量，可直接在梁體上根據(jù)梁端位置施工底座，并通過軌道板的粗鋪控制軌道板間的縫隙，避免了軌道板在線路方向上的精調(diào)，提高了精調(diào)效率。

其調(diào)整量的概略算法如下：

①實測點位的計算

根據(jù)國家對實施最嚴格水資源管理制度考核的相關(guān)要求，結(jié)合漢江流域特點，初步擬定漢江流域?qū)嵤┳顕栏袼Y源管理制度技術(shù)評估指標體系及權(quán)重，包括兩個方面15項指標。其中：最小流量（水位）、年下泄水量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮指標等斷面指標是根據(jù)流域管理要求增加的，取水許可制度有效實施率、計劃用水管理率、水資源管理責(zé)任和考核制度落實率、水資源監(jiān)控管理體系覆蓋率等指標在國家考核要求的基礎(chǔ)上定量化?？紤]到流域和區(qū)域管理要求，長江水利委員會負責(zé)對流域內(nèi)省級行政區(qū)的監(jiān)督管理和技術(shù)評估工作，省級行政區(qū)負責(zé)對流域內(nèi)所屬市、縣行政區(qū)域的監(jiān)督管理和評估考核工作。

棱鏡實際位置與理論軌頂支點間存在水平和高程上的偏移值，故在實測棱鏡坐標后通過線路設(shè)計參數(shù)計算出該里程處理論設(shè)計軌頂支點的坐標。

②實測坐標與設(shè)計支點坐標的比較

如圖3中所示，為了計算實測點與設(shè)計支點間的偏差，首先根據(jù)實測點和支點的坐標計算兩點的距離S，再根據(jù)其與里程方向切線的夾角α，則可分別按式(1)計算得橫向和縱向(里程方向)的偏差。

圖3 調(diào)整量示意圖

dq=S×sina

(1)

對于高程差值dh的計算，則直接由式(2)計算

(2)

由式(1)、式(2)，即可計算出軌道板的調(diào)整量。

在某高鐵的試驗段對此精調(diào)方式進行了驗證，對澆筑自密實混凝土的124塊軌道板進行了平順性檢測評估，其中99.05%的板平面偏差小于2 mm，98.48%的板高程絕對偏差小于2 mm，搭接偏差小于0.9 mm的達到了89.14%，說明該精調(diào)方式能夠滿足精調(diào)要求，且可以大大提高精調(diào)效率。

5 結(jié)束語

通過多條客運專線CRTSⅢ型板的精調(diào)實踐，總結(jié)經(jīng)驗如下：

(1)精調(diào)爪安裝之后，其調(diào)高螺桿應(yīng)鉛直并且固定，調(diào)橫螺桿與調(diào)高螺桿垂直并且固定，保證了軌道板精調(diào)的精度和效率。

(2)直線與曲線段均要安裝防側(cè)滑裝置，為了保證側(cè)滑裝置的有效性，應(yīng)盡量加大側(cè)滑裝置與軌道板的接觸面積。

(3)線下精調(diào)實驗時，一定要檢驗下壓裝置的有效性，通過實驗不斷對下壓裝置進行改進，并有效控制直線與曲線段下壓力的大小。

(4)合理安排精調(diào)工序，軌道板精調(diào)的工序應(yīng)為：初調(diào)、固定壓緊裝置、精調(diào)、再固定壓緊裝置、檢測后澆筑自密實混凝土、拆模具后復(fù)測。

(5)拆模后要及時對軌道板的鋪設(shè)精度進行復(fù)測，分析軌道板鋪設(shè)精度，對不合理的器具及工裝進行調(diào)整。

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The Discussion on Accurately Adjustment Method and Precision of CRTS Ⅲ Ballastless Tracks

LI Xinzeng

2016-07-06

李新增(1980—)，男，2005年畢業(yè)于河北理工大學(xué)測繪工程專業(yè)，工程碩士，高級工程師。

1672-7479(2016)05-0001-03

U213.2+42；U215.7；TB22

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