尚培培

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，高級工程師，河北 滄州 062350）

1 前言

目前，朔黃鐵路大機(jī)搗固養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式主要采用相對作業(yè)模式。一方面，在線路養(yǎng)護(hù)時(shí)缺少將絕對控制基準(zhǔn)引入，使養(yǎng)護(hù)后的線路僅能保持短波平順性，而長波平順性得不到養(yǎng)護(hù)，若長波平順性長期得不到養(yǎng)護(hù)，則會引起橋梁偏心、限界超限等諸多問題［1］，影響列車運(yùn)營安全。另一方面，傳統(tǒng)的相對作業(yè)模式中，在大機(jī)搗固作業(yè)前需進(jìn)行線路測量、寫標(biāo)等作業(yè)，準(zhǔn)備工作繁重、自動化程度低、綜合效率不高；在大機(jī)搗固作業(yè)時(shí)，養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)輸入采用人工擰動旋鈕方式，效率低、易出錯(cuò)。在朔黃鐵路運(yùn)量大、運(yùn)輸繁忙、天窗時(shí)間短的情況下，如何大幅提高軌道線形測量和線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)速度及質(zhì)量，需探索出一套完整的、基于絕對控制測量的自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)新模式。

2 養(yǎng)護(hù)作業(yè)新模式探索

2.1 養(yǎng)護(hù)作業(yè)新模式

結(jié)合朔黃鐵路實(shí)際，提出一種基于絕對控制測量的自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)新模式：首先利用朔黃鐵路近期建立的一套基于絕對坐標(biāo)的軌道固定樁控制網(wǎng)系統(tǒng)［2］，采用動態(tài)軌道對車測量系統(tǒng)對既有線路線形進(jìn)行絕對測量，利用設(shè)計(jì)軟件對測量線路現(xiàn)狀進(jìn)行平、縱斷面設(shè)計(jì)優(yōu)化，將線路測量數(shù)據(jù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)后的平、縱斷面數(shù)據(jù)比較分析，分別計(jì)算出大機(jī)養(yǎng)護(hù)所需各項(xiàng)參數(shù)，形成大機(jī)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)文件，通過數(shù)據(jù)的批量傳輸將各項(xiàng)參數(shù)文件傳給大機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)線路全過程自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

2.2 新模式試驗(yàn)

為了驗(yàn)證利用已有固定樁控制網(wǎng)，采用軌道對車測量系統(tǒng)對軌道線形的現(xiàn)狀進(jìn)行絕對測量，再配合大機(jī)進(jìn)行線路搗固維護(hù)作業(yè)模式的應(yīng)用效果，選擇在朔黃鐵路下行正線K89+300～K90+000范圍內(nèi)開展軌道對車測量系統(tǒng)配合大機(jī)養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：

2.2.1 絕對測量 利用已有固定樁控制網(wǎng)，采用軌道對車測量系統(tǒng)對試驗(yàn)段落的軌道線形現(xiàn)狀進(jìn)行絕對測量。

2.2.2 確定目標(biāo)線位 確定養(yǎng)護(hù)目標(biāo)線位是實(shí)現(xiàn)大機(jī)自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)的基礎(chǔ)。由于朔黃鐵路現(xiàn)有線路較原設(shè)計(jì)線形已發(fā)生變化，原設(shè)計(jì)線位資料已無法滿足大機(jī)搗固養(yǎng)護(hù)目標(biāo)線位的要求，通過利用專用平、縱斷面設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合線形絕對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平、縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定當(dāng)前線路的最佳目標(biāo)線位。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析 將養(yǎng)護(hù)目標(biāo)線位與絕對測量數(shù)據(jù)比對分析，得到大機(jī)搗固所需各項(xiàng)參數(shù)，生成大機(jī)所識別的Geo、Ver文件，批量傳輸給大機(jī)，控制大機(jī)進(jìn)行自動化搗固作業(yè)。

2.2.4 作業(yè)效果 對大機(jī)自動化搗固作業(yè)完成后的線路線形，進(jìn)行再次測量，檢測和分析大機(jī)自動化搗固的作業(yè)效果。

3 試驗(yàn)過程

3.1 基于固定樁系統(tǒng)的線形測量

3.1.1 架設(shè)全站儀推車 將對車系統(tǒng)中的全站儀推車架設(shè)在上線路上，將智能型全站儀整平并自由設(shè)站，如圖1所示。

圖1 全站儀推車架設(shè)圖

3.1.2 固定樁控制點(diǎn) 全站儀自由設(shè)站時(shí)，需要至少觀測周邊4 個(gè)固定樁控制點(diǎn)，從而將控制基準(zhǔn)引入到軌道線形測量中［3］，線路兩側(cè)的固定樁控制點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 固定樁控制點(diǎn)

3.1.3 測量作業(yè) 將對車系統(tǒng)中的動態(tài)軌檢車放置在需測量的軌道上，智能全站儀自由設(shè)站完成后，即可開始軌道的線形測量。測量時(shí)，全站儀推車保持不動，人工以步行速度推動動態(tài)軌檢車向全站儀車方向行進(jìn)，采集動態(tài)軌道數(shù)據(jù)，完成軌道線形的測量工作，測量作業(yè)如圖3所示。

圖3 動態(tài)軌檢車測量軌道場景

3.2 養(yǎng)護(hù)目標(biāo)線位的確定

3.2.1 平曲線優(yōu)化設(shè)計(jì) 基于軌道動態(tài)測量得到的軌道中心線實(shí)測坐標(biāo)，采用“既有線平曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件”，參照朔黃鐵路設(shè)備綜合圖及《改建鐵路工程測量規(guī)范》［4］、《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范，對平面曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［5］，平曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 平曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

3.2.2 縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì) 基于軌道動態(tài)測量得到的低軌實(shí)測高程，采用“縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件”，參照朔黃鐵路設(shè)備綜合圖及《改建鐵路工程測量規(guī)范》、《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范，對線路縱斷面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2.3 數(shù)據(jù)處理 以平曲線及縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)后的線路線形為目標(biāo)線形數(shù)據(jù)，將實(shí)測線形數(shù)據(jù)與目標(biāo)線形數(shù)據(jù)比對分析，計(jì)算線路養(yǎng)護(hù)的起、撥道量，由軟件自動生成大機(jī)自動化搗固作業(yè)所需的Geo、Ver文件，數(shù)據(jù)如圖6所示：

圖6 搗固機(jī)能識別的Geo及Ver文件

3.3 大機(jī)自動化搗固作業(yè)

大機(jī)開行至作業(yè)區(qū)后，將Geo、Ver 文件通過U盤導(dǎo)入到搗固車的ALC（線路控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）中，啟動大機(jī)上的控制計(jì)算機(jī)，打開WinALC專業(yè)軟件，根據(jù)作業(yè)方向（從小里程往大里程或從大里程往小里程），確定是否勾選反向作業(yè)，將大機(jī)對準(zhǔn)起始作業(yè)點(diǎn)，輸入相應(yīng)的準(zhǔn)確里程，點(diǎn)擊“OK”即可控制大機(jī)進(jìn)行自動搗固作業(yè)。在自動化搗固作業(yè)過程中，WinALC 系統(tǒng)自動控制每個(gè)作業(yè)位置處的起撥道量，不再需要人工輸入。

3.4 大機(jī)自動化搗固作業(yè)效果分析

大機(jī)按照事先提供的Geo、Ver文件進(jìn)行自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)完畢后，再次使用動態(tài)軌道對車測量系統(tǒng)對養(yǎng)護(hù)后的線路現(xiàn)狀進(jìn)行檢測，得到試驗(yàn)段落在大機(jī)養(yǎng)護(hù)前后線形狀況的數(shù)據(jù)對比，如圖7、圖8所示，平面偏差面向大里程，左偏為負(fù)，右偏為正，高程偏差比設(shè)計(jì)值低為負(fù)，比設(shè)計(jì)值高為正。

圖7 搗固前后平面偏差

圖8 搗固前后高程偏差

根據(jù)分析線路平、縱斷面養(yǎng)護(hù)前后對比圖可以得出使用軌道對車測量系統(tǒng)配合大機(jī)進(jìn)行自動化養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)作業(yè)完成后，線路的平面位置、高程位置以及線路的平順性均有顯著改善。養(yǎng)護(hù)作業(yè)后，朔黃鐵路的例行動態(tài)檢測車檢測結(jié)果也表明，試驗(yàn)段落線路的幾何狀態(tài)均滿足動態(tài)檢測各項(xiàng)指標(biāo)要求，無任何出分點(diǎn)。說明使用軌道對車測量系統(tǒng)配合大機(jī)進(jìn)行自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)能夠滿足朔黃鐵路養(yǎng)護(hù)需求。

4 兩種養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式的對比

4.1 對比分析

將相對養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式與基于絕對控制測量的自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式在線路測量精度、自動化程度、人為誤差干擾、上道次數(shù)、測量效率等方面進(jìn)行分析比較，基于絕對控制測量的自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式具有明顯優(yōu)勢，如表1所示。

表1 兩種養(yǎng)護(hù)模式對比情況表

4.2 自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式優(yōu)點(diǎn)

4.2.1 唯一標(biāo)準(zhǔn) 基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（軌道固定樁控制網(wǎng)系統(tǒng)）進(jìn)行線路的絕對測量，結(jié)合實(shí)際測量數(shù)據(jù)對線路重新進(jìn)行平、縱斷面設(shè)計(jì)，形成標(biāo)準(zhǔn)線形，線路的軌道固定樁控制網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)線形一經(jīng)確定，永久不變，以此作為分析和計(jì)算起、撥道量數(shù)據(jù)的參照標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.2 數(shù)據(jù)精準(zhǔn) 線路絕對測量數(shù)據(jù)全面、準(zhǔn)確，精度高且均勻［6］，提高線路短波平順性養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，對線路長波平順性進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，降低輪軌磨耗，延長輪對及鋼軌的使用壽命。

4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)線形 充分考慮線路安全限界、橋梁偏心等因素，以標(biāo)準(zhǔn)線形作為養(yǎng)護(hù)目標(biāo)值，避免線路養(yǎng)護(hù)對線路安全限界和橋梁偏心的影響。

4.2.4 效率高且誤差少 線路養(yǎng)護(hù)參數(shù)數(shù)據(jù)以Geo、Ver文件輸入大機(jī)WinALC系統(tǒng)，由ALC系統(tǒng)控制大機(jī)進(jìn)行自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)，改變傳統(tǒng)由人工擰動旋鈕的數(shù)據(jù)輸入方式，能夠大幅提高作業(yè)效率、有效避免人為因素產(chǎn)生的誤差。

4.2.5 周期短且精度高 采用動態(tài)軌道對車測量系統(tǒng)基于軌道固定樁控制網(wǎng)進(jìn)行線路測量，實(shí)現(xiàn)軌道測量全程自動化作業(yè)，軌道動態(tài)測量效率可達(dá)1.2km/h，與大機(jī)作業(yè)效率相匹配，一次上道即可獲取所需數(shù)據(jù)，縮短數(shù)據(jù)采集周期，數(shù)據(jù)精度高，人為因素引起的誤差少。

5 結(jié)論

相對養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式已無法滿足朔黃鐵路線路養(yǎng)護(hù)需求，基于絕對控制測量的自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)模式采用“軌道固定樁”和“標(biāo)準(zhǔn)線形”為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用短暫的天窗時(shí)間高效、高精度地完成快速軌道測量，應(yīng)用動態(tài)軌道對車測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于軌道固定樁控制網(wǎng)系統(tǒng)的快速軌道測量、配合大機(jī)進(jìn)行自動化養(yǎng)護(hù)作業(yè)的全部流程，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性、可推廣性。