CRTSⅡ型板式无砟轨道基准网测量技术

高 索

1 国内外现状及简要说明

国内外目前在CRTSⅡ型板式无砟轨道基准网测量未形成系统可靠的技术方案,运用实例也不多,本测量技术是在京津城际的基础上进行优化和改进。本技术方案主要从基准点布设,测量,测段搭接,数据处理与平差等方面详细介绍了CRTSⅡ型板式无砟轨道基准网测量技术,确保基准网极高的相对精度,为CRTSⅡ型板铺设提供可靠的控制基准。

2 轨道基准网布设

轨道基准点和轨道板定位点(铺设定位锥)连线垂直于线路轴线,分别离开轨道轴线0.1 m,然后垂直于轨道上表面连线投影到路基承载层或桥梁底座板的表面上。轨道基准点应设置在较低的一边。有超高的地段,轨道定位点应设置在较高一边;直线段基准点应设置在线路轴线外侧。

3 轨道基准点放样

3.1 轨道基准点编号

轨道基准点编号与轨道板编号相同,左右线分开。

举例:左轨道上基准点L11212记录为:8 11212。

1)数字8为左轨道、9为右轨道。

2)数字串为与该基准点对应的板号(5位)。

3.2 轨道基准点的坐标计算

利用布板软件计算出轨道基准点和轨道板定位点三维坐标(每板缝处一个断面),对应各自断面图。

3.3 基准点及定位点的放样

基准点放样,底座板、支承层施工后各测量班组根据计算坐标对基准点进行放样(精度要求5 mm),并在进行放样时,同时测定这些点的三维坐标,一并记录下来。目的在于检测放样点,并可用作对承载板高程的附加检测。放样点的实测三维坐标文件(记录卡里的电子文件,GSI格式)及时利用布板软件对点位进行检查作为对底座板高程的附加检查。在轨道板铺设前埋设基准点测钉,测钉的埋设要求牢固且不得高于底座板表面,并尽可能的铅垂。定位锥的放样需在该段底座板张拉连接稳定后再进行放样,以确保它的精度。

4 轨道基准点测量与平差

4.1 精度要求

满足对某段高速铁路的外部及内部几何位置的精度要求,建立一个具有极高相对精度的控制网。

基准点之间的相对精度应满足:平面为0.2mm,高程为0.1 mm。

4.2 平面测量

测站应尽量靠近轨道连线(测站距离第一个测量基准点6.5 m外),以利用全站仪在这种特定条件下具有测角极高的精度这一特点,所以对左右线的基准网应该分开测量。对基准点的测量应按组进行,对各组内的测量,全站仪不用倒镜,视线方向与测量运动方向相反,由远及近测量。每组从65 m(10块板)到85 m(13块板)不等,视天气情况而定。一站至少测11个基准点,最多14个基准点,每站重复观测上一测站的CPⅢ控制点不应少于两对,重复观测上一测站观测的基准点不应少于3个。

各组至少要3个测回,用同一个地面三角架和小棱镜测量,后视CPⅢ棱镜与小棱镜最好选择相同的棱镜,棱镜不一样时要注意棱镜常数变换。

测量步骤:1)架站,存储测站点坐标;2)顺次观测前后靠近测站的6个～8个CPⅢ控制点;3)顺次观测11个～14个基准点;4)按顺序继续测CPⅢ点,基准点,CPⅢ点,基准点,CPⅢ点。总共基准点观测3次,CPⅢ控制点观测4次。

4.3 高程测量

电子水准仪测量基准点高程,测量基准点必须用因瓦水准尺适配座,水准路线大约为300 m,借此实现水准路线内部的平顺度。

基准点高程测量在轨道板铺设后进行,分左右线进行往返测量,每测段搭接3个～5个点,采用每测段起点和终点处CPⅢ点作为约束点平差,其余CPⅢ点作为检核。

如同平面测量一样,水准测量时现场也不需要记录CPⅢ点的实际高程,只需按照下述测量步骤进行测量并记录好点号及实测数据。

采用因瓦水准尺适配座及CPⅢ高程杆,注意记录基准点使用适配器,平差计算时考虑适配器固定高度。

测量步骤:在两个CPⅢ点中部安置水准仪,后视一个CPⅢ点(如CPⅢ1),采用中视法测量该区间所有的轨道基准点和第二个CPⅢ2点(可以包括左右两条线路的轨道基准点),转点为搭接处的轨道基准点,然后搬站至CPⅢ2和CPⅢ3之间,重复上一个测站过程一直闭合到最后一个CPⅢ点上。然后进行返测,完成一个测段测量。相邻测段之间应重叠3个～5个轨道基准点。

4.4 基准网的平差原理

4.4.1 基准网平面测量

自由设站测出的CPⅢ点与基准点的相对坐标,并循环测量3次,数据处理时计算3次测量平均值,并计算单次与平均值之差,剔除超限数据。得出本站测量相对坐标,通过软件将坐标转换至大地坐标系,在坐标转换过程剔除CPⅢ超限数据。得到本站基准点测量坐标。

对相邻测站利用余弦函数加权平差,使两测站坐标平顺过渡,如图1所示。

图1赋予组前一站的坐标的权为 z,后一站坐标的权为1-z。z=cos(π/L×I)/2+0.5(L为搭接长度,重复点号前后各延长1个点;I为当前点离重合起始点距离)。

4.4.2 基准网高程测量

根据测量数据计算一站内其两CPⅢ之间高差是否超限,再计算各点往测与返测高程平均值,并计算与平均值之差,剔除超限数据,得到本站基准点高程坐标。

对于相邻测站搭接方法与平面测量原理相同。

4.5 基准网的平差计算

将相关的CPⅢ点坐标文件直接纳入布板软件的数据库,软件读取实测平面坐标的原始记录数据(储存在记忆卡的GSI格式数据)、电子水准仪对基准网的实测高程原始记录数据(储存在记忆卡的徕卡的.NA2格式,天宝格式可转化为徕卡数据格式)。利用软件对各点进行平差计算。计算结果超限将无法通过,需重新测量,直到通过。计算结果将作为SPPS精调系统的设站和定向用的基准点坐标。

4.5.1 平面数据处理精度要求

数据处理应采用布板软件进行处理,并进行复核。测量精度应满足下列要求:

1)相邻点平面相对精度不大于0.2 mm;2)轨道基准点各半测回测量的坐标值与其平均值间的较差不大于0.4 mm;3)重叠区域每个轨道基准点的平面位置允许偏差:横向不大于0.3 mm,纵向不大于0.4 mm。

4.5.2 高程数据处理精度要求

5 推广应用

本方法已在京津城际铁路上应用,并作了一些改进,京沪高速铁路已按此法制定方案,并进行测量试验,精度符合要求,可以在其他高速铁路和客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道基准网测量中使用。

6 结语

文章详细地介绍了高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道基准网测量方法,提供了一整套测量技术方案,满足无砟轨道铺设的高精度和高平顺性要求。

[1] 铁建设[2006]189号,客运专线铁路无碴轨道测量技术暂行规定[S].

[2] GB/T 15314-94,精密工程测量规范[S].

[3] GB 12897-2006,国家一、二等水准测量规范[S].