一种适用于双块式无砟轨道轨排粗调的方法

张齐勇(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

一种适用于双块式无砟轨道轨排粗调的方法

张齐勇∗
(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

摘 要:CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨排粗调的质量与效率十分重要,很有必要探索出一种高效率高质量的轨排粗调方法:在底座板外侧或支承层边缘上埋设轨道基准点,用全站仪精确测量其三维坐标,结合轨道几何参数计算轨道基准点相对于参考轨设计位置的几何偏距,粗调中使用道尺结合几何偏距指导轨排粗调。实际施工应用表明,该粗调方法成本低、精度高、受现场条件影响小,能极大地提高后期轨排精调作业效率。

关键词:双块式无砟轨道；轨排粗调；轨排精调；轨道基准点

1　引 言

在CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工中,轨排粗调与精调决定着道床板施工效率与质量[1,2],而轨排粗调的质量与效率直接影响着轨排精调的效率。目前轨排精调皆采用全站仪配合轨道几何状态测量仪实时调整,轨排粗调则主要是采用放样中线点、轨排粗调机或直接采用轨道几何状态测量仪的方式进行,这些方法各有利弊。放样中线点的轨排粗调通过提前测设出的中线点,使用万能道尺、钢板尺和锤球配合粗调轨排平面,轨排高程则配合电子水准仪进行轨顶标高控制[3]。该方法需求仪器较多,且轨顶标高控制还需计算出每一调整点的理论标高,而在实际施工中,底座板/支承层上中线点通常会被土工布、钢筋等覆盖。使用粗调机进行轨排粗调则以全站仪为测量工具,与粗调机水平及轨距测量装置配合,通过专用数据分析与控制软件实现自动或半自动调整,经过粗调后的轨道位置误差将控制在±5 mm范围内,可用于双块式无砟轨道施工[4、5],使用粗调机进行轨排粗调精度较好,但粗调机造价昂贵,体积庞大,所需调整时间较长[6]。采用轨道几何状态测量仪直接进行轨排粗调时[7],要求在阴天或夜晚气温条件稳定的情况下进行、现场无施工干扰,尤其在轨排第一次组装后,中线、高程偏差通常较大,此时使用全站仪配合轨道几何状态测量仪进行轨排粗调必须反复设站,较为浪费时间,若时间过长或者温度超过15℃,则必须重新调整轨排[8],经实际施工统计,在完成100 m的轨排调整的情况下,直接使用轨道几何状态测量仪进行轨排粗调与精调需要8 h左右的时间。据上述,现有的轨排粗调方法从成本与效率因素综合考虑皆有局限性,为保证轨排精调与道床板施工的效率,很有必要探寻出一种高效率、低成本的轨排粗调方法。

2　采用轨道基准点的轨排粗调

在支承层/底座板外埋设轨道基准点,基准点标志顶面有定位孔,外业使用全站仪精确测量该定位孔的平面坐标与高程,内业处理中,根据线路参数与基准点实测坐标反算基准点的里程,计算出基准点相对于参考钢轨设计位置的平面偏距与高程偏距及该对应处的设计超高,使用该数据结合L道尺与道尺指导轨排粗调,其中,L道尺实现参考钢轨平面与高程的定位,另一侧的钢轨通过道尺测量轨距与超高实现定位。使用轨道基准点进行轨排粗调的方法难点主要在于轨道基准点三维坐标的准确测量与数据处理。下面给出使用轨道基准点进行轨排粗调方法的详细实施。

2．1轨道基准点的埋设

路基地段轨道基准点设置在支承层上,距支承层边缘10 cm,沿线路走向每5 m设置一个;桥梁与隧道地段由于道床板与底座板宽度相同,轨道基准点则埋设在底座板外侧距底座边缘10 cm处,每5 m设置一个。由于后期需要精确测量轨道基准点坐标,其埋设间距可由卷尺测定,不需要精确放样。左线轨道基准点设置在左线支承层/底座板的右侧,右线轨道基准点设置在右线支承层/底座板的左侧,轨道基准点与线路关系如图1所示,考虑此埋设位置的原因在于:轨道基准点呈线状布设,后续测量时,为优先利用全站仪的测角高精度性以及减弱测距误差引起的轨道基准点横向偏差,全站仪架设应大致与轨道基准点在同一直线上[9]。若轨道基准点设置在右线右侧,则全站仪也需要架设在右线右侧,如图1所示“不适合全站仪架设的点”虚线所示位置,架设在该点时,全站仪与右侧的CPIII点XXXX302、XXXX304、XXXX306、XXXX308近似形成一条直线,网形结构不合理,因此方法规定左线加密轨道基准点设置在左线支承层/底座板的右侧,右线加密轨道基准点设置在右线支承层/底座板的左侧。

图1　轨道基准点与全站仪设站示意图

轨道基准点埋设完成后,对其进行编号,点号沿当前作业面施工方向顺序编号,左线按照Z001～Z999进行编号,右线按照Y001～Y999进行编号。

2．2轨道基准点的测量

轨道基准点的测量主要是测量其三维坐标。轨道基准点测量使用的全站仪精度不应低于(1″、1 mm+2 ppm),每天测量前应对全站仪进行2C与竖盘指标差检查,若偏差较大需要进行组合校准。轨道基准点上使用特制的带强制对中的不等长三脚架小棱镜或者带水准气泡的单杆,需有固定的棱镜高度并定期进行检校。轨道基准点测量采用全站仪后方交会法设站,设站位置应该按照图1所示的位置进行设站,即全站仪与轨道基准点架设在同一直线上,每次设站采用8个(4对)CPⅢ后视点。为提高测量精度,全站仪的单边最大测量距离不超过建站时观测的最远的CPⅢ,即观测的轨道基准点应在建站时观测的CPⅢ范围以内,否则应进行迁站测量。全站仪观测轨道基准点以5 m～70 m的观测长度为宜[10],观测距离过长则远端的高程偏差过大[11],按照5 m的点间距,每站以测量13个～14个点为宜。全站仪设站与CPⅢ控制点坐标不符合值限差要求如表1、表2所示[10]:

CPⅢ控制点坐标不符值限差要求 表1

自由设站点精度要求 表2

设站精度满足表1、表2的要求后,即可进行轨道基准点测量,主要分为以下三个步骤:

(1)对最远的1个CPⅢ后视点进行测量,并在点号前贯上HS,表示“后视”,如:HS1111301,保存其三维坐标;

(2)轨道基准点测量:将带强制对中的棱镜装置置于轨道基准点的定位小孔上,并使气泡水平,全站仪中输入对应棱镜常数与棱镜高度,依次测量轨道基准点三维坐标。

(3)轨道基准点测量完成后,对第一步测量的后视CPⅢ点再次进行测量并保存,可以在点号前加BH,表示“闭合”。如BH1111301。通过对比同一个点在轨道基准点测量前和测量后的坐标较差,可以判断全站仪在测量过程中是否受到干扰。

每一站测量完成后,对上一站测量的最后一个轨道基准点进行重复测量,比较不同的测站下对同一点测量的坐标较差,坐标较差各分量应小于2 mm。测量坐标换带处的轨道基准点时,应采用相邻投影带两套CPⅢ成果对换带处的轨道基准点分别测量,重叠点以10个点为宜。

2．3数据处理

轨道基准点测量完成并从全站仪导出后,内业处理人员检查外业设站的X、Y、H中误差与定向精度,检查后视与闭合CPⅢ点的坐标差、重复测量点的坐标差是否满足作业要求。检查合格后,对重复点的坐标进行平均处理,计算轨道基准点与参考基准钢轨的几何相对关系,计算步骤主要如下:

(1)根据线路几何参数与实测的轨道基准点坐标反算轨道基准点的里程;

(2)计算该里程位置的设计中线坐标(X、Y、H)、超高[12];

(3)根据轨道几何尺寸参数与该点的设计中线坐标计算基准点相对于参考钢轨的平面偏距(拨道量)与高程偏距(起道量),计算基准点与中线的距离、与道床板边模距离等其他放样参数。

对于坐标换带处重叠的两套轨道基准点坐标,分别在各自的投影带内计算其平面偏距与高程偏距并进行比较,其较差应小于2 mm。以上数据处理流程易于编制相应的轨道基准点自动处理程序,并生成报表。表3为某客运专线某段里程自动生成的轨道基准点放样数据报表。

轨道基准点放样数据报表 表3

表3中所给出的拨道量与起道量含义如图2所示:

图2　拨道量与起道量位置示意图

2．3轨排粗调

轨道基准点数据处理完成后提交给现场施工人员,施工人员根据此报表数据指导工人进行轨排粗调。轨排粗调可使用L道尺与道尺进行。L道尺由相互垂直的横尺与竖尺构成,横尺与竖尺皆有读数装置,且横尺上具有水准气泡,将L道尺竖尺置放在轨道基准点上,横尺则放置在参考钢轨上,横尺上的气泡水平时,横尺与竖尺读数即为实测拨道量与起道量,与设计拨道量、起道量做差计算,该差值即为参考钢轨的平面与高程调整量。使用道尺测量轨道基准点处对应的轨距与水平,与标准轨距1 435 mm和设计超高进行比较,其差值为另一侧钢轨的平面与高程调整量。通过调整,即可将左右钢轨调整至设计位置,其粗调控制指标如表4所示。

粗调完成后,应再次使用L道尺与道尺检查轨排的轨距、超高、起道量与拨道量,若偏差过大,则应重新进行粗调。

粗调控制指标 表4

2．4粗调精度分析与相关说明

在粗调完成后,为验证粗调精度,使用轨道几何状态测量仪对轨排粗调精度进行检核,以某客运专线为例,对粗调后的区段使用轨道几何状态测量仪采集了约80 m的轨道几何状态数据,统计其中线偏差与轨顶高程偏差,其最大中线偏差与高程偏差分别为3．1 mm与3．7 mm,统计表格如表5所示。

粗调后轨道偏差统计表 表5

从表5中可看出,经过粗调后的轨排精度良好,中线偏差与高程偏差绝大多数小于3 mm,说明粗调精度良好,能达到预期要求。

根据实际施工大量统计,正常情况下一天内一个轨道基准点埋设小组与测量小组可完成2 km轨道基准点的埋设与测量,按照每个作业面每天施工120 m的进度要求,该工作组至少可满足8个作业面的轨排粗调数据要求。在粗调精度良好的情况下,使用轨道几何状态测量仪在2 h～3 h即可完成120 m的轨排精调作业,并将轨排中线、高程、轨距、水平调整至0．5 mm之内[13],则一台轨道几何状态测量仪至少可满足两个作业面的需求。据此看出,使用轨道基准点进行轨排粗调能减少轨排精调的工作量,并能使轨道几何状态测量仪得到充分的利用。

由于轨道基准点是采用全站仪直接测量其三维坐标并计算出起、拨道量,粗调后可使轨排中线偏差与高程偏差普遍在3 mm之内,在使用轨道几何状态测量仪进行轨排精调时,若轨道中线或轨面高程存在较大的一致性偏差,说明轨排粗调与轨道状态几何测量仪存在系统偏差,此时需要检核轨道几何状态测量仪与轨道基准点成果是否一致,可避免测量错误。在浇筑混凝土前,需再次使用L道尺与道尺检核轨道基准点的实测起拨道量、轨距和超高与理论数据是否一致,这是由于轨排精调完成后至道床板混凝土浇筑之间存在时间间隔,若精调后轨排固定装置松动可能造成轨排中线或者高程偏差过大。因此,使用轨道基准点进行轨排粗调的方法还可以与轨道几何状态测量仪进行的轨排精调起到交叉检核,避免出现质量事故。

3　结 语

使用轨道基准点进行轨排粗调的方法简单易行,效率较高。该方法能避免粗调机的设备与相关人员昂贵的费用,能克服轨道几何状态测量仪直接进行轨排粗调精调对于环境与设备的要求,同时粗调精度较高,能极大地提高后期轨排精调效率。该方法通过某客运专线多个标段的实际应用,效果良好,满足了CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工质量与效率的要求。

参考文献

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A Method Suitable for Coarse Adjustment of Track Panel in Double-block Ballastless Track

Zhang Qiyong
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd．,Xi’an 710043,China)

Abstract:In the double-block ballastless track construction,the efficiency of coarse adjustment of track panel is very important,so it is necessary to explore a method with high efficiency and quality for coarse adjustment．The method presented in this paper is:bury a reference point at the edge of support layer;measure the exact three-dimensional coordinate of the reference point with total station,then combine the geometrical parameter of track to calculate the geometric offset distance between the reference point and the reference track;finally use the geometrical offset distance to guide the coarse adjustment of track panel by track gauge．In ballastless track construction,this method has been proved that can greatly increase the working efficiency of fine adjustment of track panel,and lower cost,higher precision,not be affected by the worse condition of construction site either．

Key words:double-block ballastless track;fine adjustment of track panel;coarse adjustment of track panel;track reference point

文章编号:1672-8262(2015)05-132-04中图分类号:P258

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—02—05

作者简介:张齐勇(1983—),男,工程师,主要从事轨道测量等方面的工作。