铁路线间距不等的并行段Ⅰ型双块式无砟轨道轨排精调的实现.pdf

·轨道工程·收稿日期：２０１６０１０３铁路线间距不等的并行段Ⅰ型双块式无砟轨道轨排精调的实现王　朔（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司　北京　１０１１００）摘　要　通过轨检小车进行无砟轨道轨排静态平顺性调整即轨排精调，需具备两个条件，即　ＣＰⅢ控制点的测量以及线形设计文件的编制。铁路并行段设计上通常只提供基准线的平、纵曲线要素，第二线平面上通过线间距控制；里程及高程则通过投影实现。基于安伯格　ＧＲＰｗｉｎ　程序，通过设计文件的不同组合可实现铁路并行区段且线间距不等情况下的线形投影。关键词　铁路线间距　安伯格程序　并行段　无砟轨道　轨排精调中图分类号　　　　Ｕ２１３．２＋４４文献标识码　　　Ｂ文章编号　１００９４５３９　（２０１６）增　１０４１６０４　　　　　　　·Ⅰ　Ⅲ“”　““Ⅰ ⅠⅠⅢⅠⅢ　ⅢⅢ　ⅢⅠ　　　　　　“Ⅰ　ⅢⅢ　Ⅰ 　　ⅢⅢⅠⅢ·　“Ⅲ　!Ⅰ“　ＷａｎｇＳｈｕｏ（　　ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１６ｔｈ　　　　　　ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，　　Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｔｏｃｏｎｄｕｃｔ　　ｓｔａｔｉｃｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　　　　　ｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｗｉｔｈｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｔｒｏｌｌｅｙ，　ｉ．ｅ．ｆｉｎｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｒａｃｋ，　　　ｔｗｏｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄ，　　　　　　　　　　　ｎａｍｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆＣＰＩＩＩｃｏｎｔｒｏｌｐｏｉｎｔａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｌｉｎｅａｒｄｅｓｉｇｎｄｏｃｕｍｅｎｔｓ．　Ｒａｉｌｗａｙｐａｒａｌｌｅｌ　　　　　　　　　　　　ｓｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｕｓｕａｌｌｙｏｎｌｙｐｒｏｖｉｄｅｓｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｃｕｒｖｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅ，　　ａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄ　　　　　ｌｉｎｅｐｌａｎｅｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇ，　　　　　　　　　　ｗｈｉｌｅｔｈｅｍｉｌｅａｇｅａｎｄｅｌｅｖａｔｉｏｎａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎＡｍｂｅｒｇ距　ＧＲＰｗｉｎｐｒｏｇｒａｍ，　　　　　　　　　　　　　　　ｌｉｎｅａｒｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｏｆｐａｒａｌｌｅｌｒａｉｌｗａｙｓｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｕｎｅｑｕａｌｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇｃａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｂｉ距　　　ｎａｔｉｏｎｓｏｆｄｅｓｉｇｎｄｏｃｕｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　　ｒａｉｌｗａｙｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇ；　Ａｍｂｅｒｇｐｒｏｇｒａｍ；ｐａｒａｌｌｅｌｓｅｃｔｉｏｎ；　ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ；　　　ｆｉｎｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｒａｃｋ　　１引言随着我国市场经济的深入发展，由物流效率决定的时间成本凸显，修建现代化意义上的高速铁路，既可降低经济活动的成本，同时又因我国已具备独立自主的高铁技术知识产权，从而在国际竞争“”上具有比较优势，也具备了走出去发展战略的软、硬件基础，高铁技术出口在外贸中占有的份额日益凸显［１］。高速铁路要有高平顺性的无缝钢轨做支撑，高平顺性需要在各个环节对钢轨进行静态及动态检查，本文主要介绍　Ｉ　型双块式无砟轨道在整体道床施工阶段静态检验过程中设计文件的制定方案。　２问题的提出　　２．１无砟轨道轨排精调工艺的选取Ⅰ型双块式无砟道床施工主要采用工具轨法及轨排框架法，轨排框架法其主要轨排设备集钢轨、支撑系、双块式轨枕为一体，是标准轨道模式，完全体现轨道纵横断面的多项几何参数，且各向约束力强，变形得以有效控制；相较之工具轨法无需投入大量设备、机具及资金，考虑到实际项目施工总延米不长，采用框架法虽边际成本递减，但总体６１４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·上仍规模不经济［２］，故本实例项目（珠三角城际莞惠线　１４　标段）设计采用工具轨法施工。目前主流轨检小车系统分别为瑞士安伯格小车搭载徕卡全站仪，德国　ＧＥＤＯ　小车搭载天宝全站仪［３］，为减小不同轨检小车的系统性偏差，工务段静态验收采用瑞士安伯格轨检小车系统　　ＡＭＢＥＲＧＧＲＰ１０００Ｓ，故轨排精调阶段也采用该系统。　２．２轨检小车设计文件的输入轨检小车的工作原理是通过无线传输获取全站仪的实时测量数据，配套工业级电脑安装相应商用软件，通过单棱镜的空间三维坐标辅以三套传感器系统（里程、轨距、倾斜传感器）传送的数据以及各种计算基准的初始设定（因小车结构相对简单，且基于单棱镜测量，轨检小车应用前需进行各种计算基准的设定，参照不同的基准，计算或量取的几何量值意义不同）组合计算出轨排较设计位置的实际偏差。设计位置通过设计线形要素的输入来定义，常用两种方法：一是线路具有独立的平、纵曲线要素（此法是常规模式，可解决绝大多数正线绕行问题），二是线路同设计线路间线间距固定不变，即该线路通过设计线路偏移而来（站场内多条股道的到发线多采用此法），见图　１。超高由单独的文件控制，可依指定里程定义线性变化的超高区段，通过该项设定可解决直线段超高问题，如衔接本标段无砟交叉渡线的四条连接曲线，均为直线同圆曲线（Ｒ＝８００）直接相连，无缓和段，《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》（铁运［２０１２］８３　号）３．６．４　条“规定岔后到发线连接曲线半径不应小于该道岔导曲线半径，超高不应大于　　１５ｍｍ，顺坡率不应大于２％”［４］，通常曲线外轨超高应在缓和曲线全长范围内顺接，未设置缓和曲线地段，应在曲线两端的直线上顺接，必要时顺坡范围可延伸至曲线内，或酌情降低外轨超高度。根据以上原则，分别定义直圆及圆直点直向外推　　７．５ｍ　范围进行超高设置（见图　２）。图　　　１常规定义线路设计线形文件的两种模式　图　２　岔后连接曲线直线段超高的设置　　２．３线间距不等并行段存在的问题铁路线间距指两条铁路中心线间的距离，通常取值　　　４～５ｍ，该距离同列车允许最大行车速度正向相关；根据线间距变化幅度将铁路路段划分为并行段及绕行段，通常是间隔给出。依据设计规范绕行段上、下行线应分别给出独立的平、纵曲线要素及平、纵断面图；同时《高速铁路设计规范》（　　ＴＢ１００２０－２００９）［５］以下简称《设计规范》５．２．３“规定区间正线宜按线间距不变的并行双线设计，”并宜设计为同心圆。故设计文件定义方式可解决几乎全部设计线路情况；并行段通常定义一条线路平、纵曲线，另一条线路平面通过线间距定义，纵向遵循同一断面投影等高原则，即里程投影，低轨等高［６］，《设计规范》５．３．４　“规定正线两线并行时，两线轨面高程宜按等高（曲线地段为内轨面等”高）设计。但对于走行线并行区段，因其行车速度通常较低（珠三角城际莞惠线走行线设计最大允许时速　　８０ｋｍ），规范中对走行线并行段线间距并无特殊规定，故无法通过直接设置线间距对第二线进行定义，即里程无法直接偏移，只能进行投影计算。　３线路设计文件投影方案的选取　　３．１方案选择并行段因只具备一条基准线路的纵断面要素，故第二线高程的计算必须将相应平面位置对基准线进行里程投影并计算得出。投影里程通常有两种方式，一是仅作变坡点投影并原竖曲线半径拟合出一套独立的曲线要素，然后类同绕行段处理，该方法直观简单，仅需注意投影对象，即谁向谁投影，因为变坡点若位于平面曲线上，则同一断面处二者７１４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·法线不平行，即投影不可逆；二是第二线任意位置均向基准线做投影，即无法拟合曲线要素，因投影后经过拉伸变形曲线线形无法用统一的公式进行表达，故里程及高程均无法通过正算得出，只能进行反向求取［７］。　３．２方案比对以上两种方案第一种较易实现，但走行线往往因时速较慢故设计等级较低，常常出现大坡度小半径的情况，小半径造成内业断链长度增长；基准线坡度大则通过内业断链间接影响拟合出的纵曲线同基准曲线相比前后坡度相差较大，同时因平面上直曲股的不同组合，反应到高程上并非线性变化，继而造成投影断面低轨高程两线不一致，即不满足投影等高原则。以莞惠十四标动车走行线并行区段左线　　　　ＺＸＤＫ１＋５６０～ＺＸＤＫ１＋８５０　段高程数据为例（见表　１），其中右线是基准线，左高程是拟合后的竖曲线经正算得出，右高程为投影里程对应的右线高程。表　　　１仅作变坡点投影拟合要素计算出同断面两线高程较差表左线里程中桩　Ｘ　坐标中桩　Ｙ　坐标左高程对应右线里程右高程左右线高差／ｍｍ备注　１５６０　５５９８３６．１６１　　　５１６３５５．９７０－３．３１９　　　１５５２．１１１－３．３４８－２９圆　１５９０．１８７　　５５９８３５．０５２　　　５１６３２５．８１０－２．６１６　　１５８１．９７３－２．６４６－３０ＹＨ　１６２５　５５９８３６．３２０　　　　５１６２９１．０２６　－１．８０４　１６１６．５２７　－１．８３４－３０缓　１６６０．１８８　５５９８３９．１２４　　　　５１６２５５．９５１－０．９８３　　　１６５１．５９６　－１．０１０－２７Ｈｚ　１７００　５５９８４２．５８６　　５１６２１６．２９０－０．０５５　　　１６９１．３９７－０．０７５－２０直　１８００　　　５５９８５１．２８１　　　５１６１１６．６６９２．０９９　　　１７９１．３９７２．０９３－６直　１８５０　　５５９８５５．６２８　　５１６０６６．８５８２．５９２　　１８４１．３９７２．５９２０直　　第二种投影方式因处处投影，理论上严密，故必然满足投影等高原则，但是通常轨检小车配套商用软件并无预留程序开发接口，应用上无法定制功能，一般的轨检小车无法实现此类投影。瑞士安伯格轨检小车配套　ＧＲＰｗｉｎ　程序，实践上未解决过类似问题，但经研究发现，其设计中线管理中提供了双线定义模式，根据不同的线形组合，可定义里程及高程的投影基准（见图　３）。图　　３安伯格　ＧＲＰｗｉｎ　双线模式定义里程及高程投影基准线　双线模式需要三条设计中线（Ａ、Ｂ　和中心），进行双线测量时，所有的三条设计中线都必须通过几何要素定义，中心设计中线用于轨道　Ａ　和　Ｂ　的里程计算［８］。测量时，ＧＲＰｗｉｎ　会自动检测工作轨道，即根据横向位置偏差大小自动判别并调用　Ａ　或　Ｂ　线作为设计文件，里程的计算以中心中线为基准；高程可以中心中线为基准或每条轨道以设计中线为基准，即在　ＧＲＰｗｉｎ　程序内部，里程的投影及高程的投影可以分别设置，增加了线形组合的灵活性和适用性。如果　Ａ、Ｂ　线分别选用上、下行线，使用高程也使用　Ａ、Ｂ　线，则如同同时设置两条单线，使用时不必切换设计文件，系统自动调取，程序也会各自计算各自的相应里程，同时将投影至双线中心的里程命名为　Ｃ　线里程，但仅作显示，不影响内部计算结果；若选用双线中心作为使用高程基准，则用于偏差计算的高程同　Ｃ　线里程相关联，并参照与　Ｃ　线里程对应双线中心的纵断面设置，超高过渡段有专门的设计文件调用，故以上计算的仅为低轨高程，高轨高程则通过超高值控制［９］。　４精调的具体实施　　４．１工程概况珠三角城际轨道交通莞惠线　１４　标全线均为地下线，其中走行线　　３ｋｍ　连接动车段，均采用　　ＣＲＴＳＩ８１４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·型双块式整体无砟道床［１０］，其中走行区间　ＺＸＤＫ０＋８００　以后设计为并行段，左线里程为相应位置投影右线里程，高程设计右线为基准线，左线相应右线投影等高，两线平面圆曲线并不全为同心设计，如　ＪＤ４，左、右线半径均为　　３００ｍ，两圆咬合，故线间距变化较大，最大值　　６．９７８ｍ，最小　　４ｍ，轨排精调采用安伯格　　ＧＲＰ１０００Ｓ　轨检小车系统。　４．２数据采集因此项设置其他铁路项目从未应用，故现场先进行可行性测试，即外业采集数据并内业计算比较，理论验证可行后应用于实际精调工作，现场轨条仅作粗调处理。２０１５　年　９　月　２０　日项目部组织精调队伍对走行线并行段左线进行数据采集，全站仪严格依照《高速铁路工程测量规范》（　　ＴＢ１０６０１－２００９）９．３．５［１１］条规定，采用不少于　６　个　３Ｄ　点后方交会设站合格后，使用安伯格小车对　　　ＺＸＤＫ２＋７５５－ＺＸ践　ＤＫ２＋７７４　里程段进行数据采集。Ａ、Ｂ　线分别设置后，双线中线调用右线设计数据，并勾选高程使用双线中心选项。轨条姿态实时显示在屏幕界面上，保存后用于内业导出（见图　４）。图　　４安伯格小车现场采集轨排姿态数据　　４．３内业比对（见表　２）表　　２采集数据内业进行投影变换计算横、纵向偏差实测中线　Ｎ实测中线　Ｅ实测中线　ＨＣ　线里程Ｃ　线高程／ｍＢ　线里程左线偏距／ｍｍ高程偏差／ｍｍ　　５５９９０３．９４２５　　　　５１５１３５．８３３７　　５．４６７７　Ｋ２＋７７４．１２８　　５．４７７１　Ｋ２＋７８２．７６３５．８－９．４　　５５９９０２．４０１９　　　５１５１４０．２０５８　　５．４３２０　Ｋ２＋７６９．５８４　　５．４４０２　Ｋ２＋７７８．１２７４．７－８．２　　５５９９００．９８７４　　　５１５１４４．４２４６　　５．４００７　Ｋ２＋７６５．２２１　　５．４０８７　Ｋ２＋７７３．６７７４．２－８．０　　５５９８９９．５３５４　　　５１５１４８．９９４５　　５．３７２５　　Ｋ２＋７６０．５１９　　５．３７８９　Ｋ２＋７６８．８８２５．９－６．４　　５５９８９８．０９４７　　　５１５１５３．７９３３　　５．３４７１　Ｋ２＋７５５．６０４　　５．３５２６　Ｋ２＋７６３．８７１５．８－５．５　　经对实测中线三维坐标值进行投影计算得出，平面偏差值依据定义　Ａ　线的平面位置得出，低轨高程值通过反算　Ｃ　线里程求得对应　Ｃ　线位置高程，检验结果一致，可应用此项设置进行轨排精调及日后工务段进行长轨精调及验收。　５结束语基于安伯格轨检小车［１２］的　ＧＲＰｗｉｎ　程序，通过各种设计文件的灵活组合，精调的线路不必一定具备独立的线形要素，其平面位置、竖向高程、里程都可以参照于某个设计基准，这个设计基准既可以定义为某一条实际的设计线路，也可以另行设计或虚拟出一条例如隧道中线将两条或多条线路中线均统一于这条基准，根据以上设置可灵活解决几乎全部的线形问题。精调中通过　ＣＰⅢ将全站仪设站并连接轨检小车后精密地将轨排归化调整至设计位置，确保轨条的高平顺性，为今后列车的高速运行打下坚实基础。参考文献［１］　张思远．中国高铁发展的利益相关者分析［Ｄ］．北京：交通大学，２０１５．［２］　赵东田．温福铁路八仙仑双线隧道无砟轨道施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２００８（５）：　２１－３０．［３］　杨成宽　．ＧＥＤＯＣＥ　轨道检测系统在无砟轨道施工测量中的应用［Ｊ］．铁道工程学报，２００９（３）：　５７－６１．［４］　铁运［２０１２］８３　号　高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）［Ｓ］．［５］　　　　ＴＢ１００２０－２００９高速铁路设计规范［Ｓ］．［６］　张琦．铁路设计线与其他并行线间距的研究［Ｊ］．中国水运（下半月），２００８（７）：　２６１－２６２．［７］　安春生．铁路线路缓和曲线路段附近导线点的中线投影里程计算［Ｊ］．铁道建筑技术，２００９（６）：　９２－９５．［８］　安伯格技术公司．ＧＲＰｗｉｎ５　用户使用手册［Ｋ］．２００７．［９］　陈修平．高速铁路曲线超高设计的研究［Ｊ］．铁道勘察，２０１０（５）：　８０－８１，８７．［１０］曹土．ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道施工技术研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１３．［１１］　　　ＴＢ１０６０１－２００９高速铁路工程测量规范［Ｓ］．［１２］郝亚东，赵杰，樊廷春．基于　ＧＲＰ１０００　的无砟轨道精调测量研究［Ｊ］．测绘通报，２０１３（４）：　５２－５５．９１４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）