轨道工程测控新技术在广州地铁中的应用研究

2013-05-14党红玲黄红东张大春

实验流体力学 2013年4期

关键词：铺轨平顺控制点

党红玲黄红东张大春

(1.广州市地下铁道总公司，广东广州 510030； 2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 轨道控制网(CPⅢ)建网

借鉴国内高速铁路无砟轨道控制网(CPⅢ)测量技术，在广州地铁6号线选取了三个试验段，共计五站四区间：(1)沙河至天平架、(2)区庄至黄花岗、(3)长湴至天河至燕塘，在各试验段建立轨道控制网(CPⅢ)。

1.1 控制点的布设

本次试验选取的广州地铁6号线的五站四区间均为地下隧道段，轨道控制点的布设根据限界图中线路设备的设计位置进行综合比选，选择点位长期保存、结构稳定、高度合适、便于控制网测量的位置进行布点，控制点沿线路成对布设在侧墙上，高于轨面0.9～1.2 m左右，点对纵向间距为30～60 m，满足全站仪自由测站每站观测4对轨道基础控制点的通视要求。

本次试验中，轨道控制网(CPⅢ)测量标志采用精密工程控制测量标志，其主要部件的单独加工精度为0.02 mm，棱镜、连接杆安装精度在X、Y、Z三向分别满足小于0.4 mm、0.4 mm、0.2 mm的技术要求。

1.2 轨道控制网(CPⅢ)测量

轨道控制网(CPⅢ)平面测量采用自由测站边角交会的方法进行，每个自由测站观测4对控制点，测站间重复观测3对控制点，具体点位分布及测量方法如图1所示。

图1 轨道控制网(CPⅢ)平面测量

轨道控制网(CPⅢ)高程测量按精密水准测量要求，采用全站仪自由测站三角高程测量方法进行，并附合于高程控制点上。

1.3 数据处理与精度分析

(1)数据处理

轨道控制网(CPⅢ)平面与高程的数据计算和平差处理，采用中铁咨询公司研发的轨道控制网数据处理与平差软件。

平面观测数据采用自由网独立平差，在自由网平差各项指标符合要求后，再根据控制点进行约束网平差。平面约束平差之前，对起算控制点进行兼容性检核和可靠性分析，各区间选取的上级控制点相对精度满足规范要求．

高程观测数据以提供的高程控制点为起算基准进行约束平差计算。

(2)精度分析

通过数据处理与平差计算，本次试验中的四个区间轨道控制网(CPⅢ)平面测量高程测量精度结果见表1、表2、表3。

表1 平面测量自由网精度统计

表2 平面测量约束平差精度统计

表3 轨道控制网(CPⅢ)高程测量精度统计 mm

由表1、表2、表3可以看出，各区间平面测量精度、高程测量精度均符合测量限差要求，测量成果精度满足相关技术规范要求，可以用于后续轨道施工。

2 与既有铺轨基标的对比分析

从测量精度要求、测量方法以及试验检测数据等方面，对轨道控制网(CPⅢ)和既有轨道控制基准进行对比分析。既有轨道控制基准一般在施工控制导线或调线调坡导线的基础上，放样控制基标，再用控制基标放样加密基标。

2.1 检测实验

利用建立的轨道控制网(CPⅢ)坐标成果，测量各待检测铺轨基标的坐标，通过对比铺轨基标的理论坐标与利用轨道控制网(CPⅢ)实测坐标的较差，反映出既有铺轨基标的精度。在本次试验过程中，在沙河至天平架区建立轨道控制网(CPⅢ)时，检测了该试验段内DK19+125-DK19+875里程范围内的控制基标，测量检核情况如表4所示。

由表4可看出，有6个里程处控制基标的轨道控制网实测坐标与设计坐标偏差较大。

2.2 对比分析小结

轨道控制网(CPⅢ))吸取了高铁CPⅢ中的核心理念，从测量方法与各项精度指标来看，均优于既有控制基标，作为轨道测量与控制基准，提高了测量精度。

表4 控制基标检核

布设方法：成对布设于线路两侧，稳固性好，可供建设和运营长期使用；

观测方法：采用自由设站后方交会方式观测，增加多余观测值，成果精度可靠；相邻点间相对精度高，兼容性好，能有效地控制轨道的平顺性。

平差理论：自动进行粗差探测与修复，自动进行轨道控制网平面、高程和三维坐标的搭接平滑处理，提高了搭接处相邻点相对精度。

通过检测实验，发现铺轨基标的精度差，尤其是离散程度大，作为轨道测量控制基准，对轨道平顺性控制不利。而且铺轨基标测设的位置容易被整体道床的施工而被破坏，无法长期保存，不利于运营阶段采用统一基准网。

3 轨道铺设精调研究

本次试验参照了高铁双块式无砟轨道铺设的新技术、新工艺，以建立的轨道控制网(CPⅢ)为基准，采用了轨道几何状态测量仪配合智能型全站仪指导铺轨；同时，对于传统铺轨工艺的段落，在整体道床混凝土浇筑前，采用轨道几何状态测量仪检测基于铺轨基标施工调整完后的轨道状态；在整体道床混凝土浇筑凝固后，采用轨道几何状态测量仪检测了轨道基本建成后轨道铺设精度和平顺性情况。通过上述现场试验工作，进行整体轨道铺设施工精调及适用性评估，综合对比分析传统铺轨测量方法与轨道精密测量技术的各项技术指标及在实际应用过程中的优缺点、可实施性。

3.1 轨排精调试验

轨排精调时，将设计单位提供的铺轨综合图线路曲线要素输入至轨检小车上的工业笔记本中，轨道控制点坐标导入至智能型全站仪中，在轨道几何状态数据采集与分析软件中进行参数设置后，即可对待精调的轨道进行测控。

图2 轨道控制网(CPⅢ)、全站仪、轨检小车进行铺轨工作原理

如图2所示，将轨检小车推动到待检测部位，由专业软件计算当前轨道位置与设计位置的偏差，并将偏差量进行实时显示，人工进行轨排平面、高程、超高的调整，来精确控制轨道的实际位置与理论位置的绝对偏移量，使轨排达到设计要求。

3.2 可行性分析

本次应用研究表明，基于轨道精密测量技术的整体道床轨道铺设与精调施工工艺，首先在轨道铺设施工时进行了高精度控制，其次在长轨焊接打磨及应力放散后进行长轨精调的同时，可以精确指导每个扣件的调整，保证施工阶段的轨道施工质量满足设计与规范要求，从而确保在最终浇筑混凝土形成道床之前能对轨道进行高效的调整，并保证线路的整体高平顺性，形成的整体道床轨道铺设精调工艺合理可行。

4 轨道的平顺性检测

4.1 平顺性检测试验及数据分析

轨道平顺性检测的前提是获得准确可靠的轨道静态检测数据，因此轨道几何状态数据采集居于该阶段的核心地位。衡量轨道平顺性的参数主要包括：轨距、水平(超高)、轨向、高低、扭曲(三角坑)等，这些都是评价轨道设计和施工质量的重要指标。

利用轨道控制网(CPⅢ)对既有轨道施工工艺铺设的轨道进行了两段的检测，其各项平顺性指标的直观检测统计图如图3、图4。

图3 沙河站至天平架站区间DK19+155～DK19+380段检测统计

图4 区庄站至黄花岗站区间右线DK16+215～DK16+917段检测统计

4.2 与既有的轨道检测技术对比分析

(1)既有的轨道检测采用抽检的方式，由人工拉弦线进行轨向和高低的检测，用轨道尺检测轨距和超高。弦线测量法不够严密，容易造成线路偏移，特别是在曲线上，较小的正矢偏差就会造成很大的曲线半径误差，劳动强度大，存在大量的未检测轨道点；轨道平顺性检测内容不够全面，测量精度不能满足高精度铺轨的要求。

(2)轨道几何状态测量仪具有三维连续测量模式，可快速测量记录、实时分析并记录轨道实际值与设计值的偏差，计算轨距变化率、任意波长的轨道平顺性指标，生成包含轨道中线及左右轨平面位置及高程等信息的线型记录表、长中短波不平顺报告等；软件具有分析处理与图形显示功能，并可对检测段落进行截取、追加和平滑搭接等处理，可以全面检查轨道的设计位置和平顺性是否满足要求。