CRTSⅢ型轨道板精调方法和精度探讨

2016-12-06李新增

铁道勘察 2016年5期

关键词：精调铁道底座

李新增

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

CRTSⅢ型轨道板精调方法和精度探讨

李新增

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

介绍CRTS Ⅲ型轨道板目前通行的精调方法，对该方法的缺点进行分析，并提出改进的精调方法。

CRTS Ⅲ型板精调测量

1 CRTSⅢ型板结构介绍

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构，是我国真正意义上具有自主知识产权的新型高速铁路无砟轨道结构。CRTSⅢ型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层和底座等部分组成。其底座为单元式钢筋混凝土结构，桥上底座的长度与轨道板同长，路基底座长度为2～3块轨道板，底座板间伸缩缝为20 mm。

CRTS Ⅲ型轨道板与CRTSII型轨道板相似，均为有挡肩结构，但其在生产过程中不对承轨槽进行打磨，而是通过调整轨道板模具承轨台的方式实现其矢距和高低的调整，从而适应平面曲线和竖曲线的线路条件。其板型分为4.925 m(8个轨枕)和5.600 m(9个轨枕)两种板型，4.925 m板型如图1所示。

图1 CRTSⅢ型轨道板

2 CRTSⅢ型轨道板精调的精度要求

CRTSⅢ型板的精调，简单说就是将轨道板铺设至设计理论位置。在施工现场，根据精调标架上棱镜实测坐标与设计理论坐标进行比较，计算调整量，根据调整量将轨道板调整到位。

根据《CRTSⅢ型板式无砟轨道工程施工质量验收指导意见》(工管线路函[2012]159号)要求，CRTSⅢ型轨道板的铺设精度如表1。

表1 CRTSⅢ型轨道板精调精度要求

3 目前CRTSⅢ轨道板精调方法

3.1 准备设计数据

目前CRTSⅢ型板精调的理论数据同CRTSⅡ型板的精调理论数据一样，均使用布板软件通过线形设计参数计算而得。理论数据由两部分组成，即该轨道板每个承轨台的空间理论位置文件和精调标架配置文件，精调系统通过上述两个文件就可将每块轨道板精调到理论空间位置。

3.2 精调基准点

在CRTSⅢ型板精调系统设计初期，对全站仪设站基准存在两种不同的思路，第一种是采用传统的轨道基准网(CPⅣ)点进行设站精调；第二种是使用CPⅢ直接设站进行精调。

因CRTSⅢ型轨道结构中底座为单元结构，并且与梁面连为一体，无论将CPⅣ点设置在梁面还是设置在底座上，CPⅣ点的位置都会受到梁体变形影响而产生位移。通过外业试验，也证明这种现象的客观存在，基准点的位移对轨道板精调精度影响较大。

基于采用CPⅣ点精调存在上述缺点，偿试直接使用CPⅢ直接进行设站精调，对此进行了精度估算及现场实验。

用全站仪进行三维坐标测量，其坐标计算公式为

(1)

式中，s为全站仪至精调棱镜的斜距，v为天顶距，β为方位角。

将(1)式全微分，并转化为误差表达形式[1]，可得

(2)

(3)

(4)

假定平面点位精度为mP，竖向调整量精度为mH，根据(2)、(3)、(4)式，可得

(5)

精调时，距离一般控制在5～30 m，仪器高于轨面的高度控制在1.2 m，竖直角可控制在3.5°～10°，即天顶距可控制在80°～86.5°。在这种情况下，全站仪的水平角、竖直角测量精度相当[3]，假定测角精度为

将(2)、(3)、(4)式代入(5)式并简化，可得

(6)

假定设站方向与线路的夹角为α，则由(4)式可得

(7)

精调时，设站方向大致与线路平行，与线路的夹角可控制在10°以内。精调时只用全站仪的一个盘位，用到的只是测量仪器的分辨率。在30 m范围内，测距分辨率不会大于±0.2 mm，测角分辨率不会大于±2″，由(7)式可得

因此，mL和mH均优于±0.2 mm。

通过以上分析，说明用CPⅢ网直接控制轨道精调其精度可满足规范要求，现场实验也证明该方案可行。

采用CPⅢ点作为精调基准不仅能够满足精调要求，而且减少了一道CPⅣ点测量的工序，是CRTSⅢ板精调较其他板型进步的一种体现。

3.3 精调方法及设备

CRTSⅢ型轨道板的精调设备主要包含硬件及软件两大部分。硬件部分主要为精调标架(6个)，用途为模拟轨道的几何结构；软件的主要用途为计算调整量。精调标架样式如图2。

图2 CRTSⅢ型板精调标架

4 目前CRTSⅢ型轨道板精调的缺点及改进方式

4.1 主要缺点

目前，CRTSⅢ型板精调在理论数据准备及精调要求上存在以下两个缺点。

第二：同CRTSⅠ及CRTSⅡ型轨道板相比，CRTSⅢ型轨道板在线路方向上的精度要求很高(曲线地段2 mm，直线地段5 mm；CRTSⅡ型板的纵向要求10 mm)，粗铺精度达不到要求，必须对轨道板进行线路方向上的调整。

以上两项不仅增加了轨道板精调的工作量，而且因梁缝位置误差的随机性，使轨道板在纵向上的调整失去了意义。

4.2 CRTSⅢ型板精调的改进方法

采用“随机定位、偏移算法”的精调模型，即使用轨道板精调系统，通过线形设计参数，现场反算任意里程处标架棱镜的理论坐标，其与实测值的差即为调整量。

此方法省略了梁缝位置的测量，可直接在梁体上根据梁端位置施工底座，并通过轨道板的粗铺控制轨道板间的缝隙，避免了轨道板在线路方向上的精调，提高了精调效率。

其调整量的概略算法如下：

①实测点位的计算

根据国家对实施最严格水资源管理制度考核的相关要求，结合汉江流域特点，初步拟定汉江流域实施最严格水资源管理制度技术评估指标体系及权重，包括两个方面15项指标。其中：最小流量（水位）、年下泄水量、高锰酸盐指数和氨氮指标等断面指标是根据流域管理要求增加的，取水许可制度有效实施率、计划用水管理率、水资源管理责任和考核制度落实率、水资源监控管理体系覆盖率等指标在国家考核要求的基础上定量化。考虑到流域和区域管理要求，长江水利委员会负责对流域内省级行政区的监督管理和技术评估工作，省级行政区负责对流域内所属市、县行政区域的监督管理和评估考核工作。

棱镜实际位置与理论轨顶支点间存在水平和高程上的偏移值，故在实测棱镜坐标后通过线路设计参数计算出该里程处理论设计轨顶支点的坐标。

②实测坐标与设计支点坐标的比较

如图3中所示，为了计算实测点与设计支点间的偏差，首先根据实测点和支点的坐标计算两点的距离S，再根据其与里程方向切线的夹角α，则可分别按式(1)计算得横向和纵向(里程方向)的偏差。