磁浮轨排精调控制技术研究.pdf

磁浮轨排精调控制技术研究王军（中铁十一局集团第三工程有限公司湖北十堰４４２０１２）・轨道工程・摘要结合高铁客运专线ＣＰｌｌｌ测量技术和长沙磁浮轨道Ｆ型钢轨的特点，从创新磁浮轨排精调测量系统的设计思路入手，通过研发精调测量工装和控制软件，形成了一整套磁浮精调测量控制技术，实现了磁浮轨排精确调整和控制。工程实践表明，该控制技术和相应工装快速高效，能有效地满足设计和施工要求。关键词磁浮轨道测量工装精调软件控制系统中图分类号Ｕ２３７文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１６）０８００９９０５ＳｔｕｄｙｏｎＭａｇｌｅｖＴｒａｃｋＲａｉｌＰｒｅｃｉｓｉｎｇＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＷａｎｇＪｕｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１１山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ３一ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．１ａｄ．，ＳｈｉｙａｎＨｕｂｅｉ４４２０１２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｕｌｌｓｅｔｏｆｓｕｒｖｅｙｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎｍａｇｉｅｖａｃｃｕｒａｔｅａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎＷａＳｄｅｒｉｖｅｄｂｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｍｅｔｈｏｄｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｒｏｍｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｃＰｍｓｕｒｖｅｙａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＣｈａｎｇｓｈａｍａ－ｓｌｅｖｔｒａｃｋＦｓｈａｐｅｓｔｅｅｌｒａｉｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｔｔｅｍｐｔｅｄｔｏｃｒｅａｔｅａｎｅｗｄｅｓｉｇｎｎｏｔｉｏｎｏｎｍａｇｌｅｖｔｒａｃｋｄｅｌｉｃａｔｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｕｒｖｅｙｓｙｓｔｅｍｗｉｔ｝Ｉｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｕｒｖｅｙｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｎ，ｍａｇｈｖｔｒａｃｋｒａｉｌａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌＷａＳ印－ｐｒｏａｅｈｅｄ．Ｂｙｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｓｉｔｅ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓｃｏｕｌｄｐｌａｙａｒｏｌｅｉｎｇｏｏｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃａｔｅｒｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍａｇｉｅｖｔｒａｃｋｒａｉｌ；ｓｕｒｖｅｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｒｅｃｉｓｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，工程概况笔爰羹量篙藿燃袈骰线路＇轨排长沙磁浮工程起于长沙南站，止于黄花机场中低速磁浮轨道工程是国内首次自主施工、设站。线路全长约１８．５５ｋｍ，全线设计３８．０７１铺轨计管理的磁浮项目，磁浮轨道ｃＰｍ精调测量是引进公里（３２３８榀轨排）的轨排，每一榀轨排设计对应‘高铁测量技术理念４。５］，首次在Ｆ型磁浮轨道上应线路唯一的位置，且编号唯一。线路平面曲线最小用，需要创新研发精调软件及工装等配套形成的一半径区间正线为１００ｍ；线路纵断面最大坡度区间套精调系统技术。‰正线为４１。设计最高运行速度为１００ｋｍ／ｈ．采用３辆编组的中低速磁浮列车。２精调测量原理磁浮轨道主要以中低速磁浮轨排（包括感应板、根据ｃＰｍ测量网坐标资料，在精调过程中通过Ｆ型钢、Ｈ型钢轨枕及相应连接件和紧固件）为单元全站仪在ｃＰｍ控制网下自由设站测量安置在Ｆ轨整体铺装而成¨。１。轨排标准轨距为１８６０ｎｌｍ，轨排测量定位基准孔上的精调工装圆形棱镜而获取实长度以１０ｍ、１１ｍ、１２．５ｍ不等为单元整体铺设，其时的三维坐标，利用磁浮Ｆ轨精确测量定位软件实中标准轨排长度为１２．５ｍ，全线设计采用Ｈ型钢轨时计算出实测值与理论值的偏差，通过轨排支撑体———、磊百ｉｉｉ忑＝了～系配合调整轨排三维空间位置，从而进行指导轨排基金项目：中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目０３・ｏ吃）调整。铁道建筑技术ＲＡｌＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０８ｌ９９万方数据・轨道工程・３工装及软件的研发４精调测量控制方法世尘竺士Ｉｊ．一足要求时要进行复测㈣。ｂｆ霄视图’………’～～。……………３一。冀璺繁恁！发．．．、．．，一。行设置，标准轨排长度为１２．５ｍ；根据轨排不能跨、．、。篓篓氅篓鎏妻曩毒曼璺奠要曼塑塑舅堡祟纂釜运梁缝妥泵。，痞蕃聂蔷军纵断面妥料：轨道梁的葛耋奠誓警黧篓譬懋翳瓮慧善姜銎鉴薹：茹西蕃高；磊去票荟芰蕃善柔萧不叫叼面、超高、长短链等）、轨排文件（含轨枕里程、轨排编腿、术州。叫汐寸吲示州¨”’队仅＾ｑ伺１｜叫。执行其它操作。通过蓝牙工程即可实现全站仪和工轨排定位点，自由设站点的精度应满足表２要求。判别分析实测—‘——二二ｉ：，ｊｉ：～泛二。：盘皇壁ＬＬ三生生上＿三生竺＿上』旦竺Ｊ生鲁耋琶篡苎竺ｉ：～ｊ乏－一二横１．ｏ荸自由设站测量完成和精度满足要求后，ＣＰＩＩＩ控／Ｈ１２：≤≥’翳黧著篓纛一！ｊ暑：－摹制点嚣粱雾盖主鬟霆蓁芋豢，求后调测量控制轨“商徽诲２：申２：中Ｉ：ｊ裔ｌ｝＝啬Ⅲ’”Ⅲ“扎、Ｈ。２，。１。ＬＥＬ¨“””１。。，Ｊ面如图２所示。１１１２精调系统软件主界面二二垂甄蔓委三二工二三至三二二［二至三三二］二三！ｊｉ二万方数据・轨道工程・Ⅲ若ＣＰ控制点坐标不符值不满足王的要求时，在保证ＣＰＩＩＩ控制点不少于２对的前提下，应剔除超限ＣＰｌｌｌ点重新自由设站，直到满足要求为止。在自由设站点精度和ＣＰｍ不符值均满足要求的前提下，对轨排定位点进行放样，并应满足以下４个要求：（１）轨排定位点的放样距离不应大于８０１１１。Ⅲ（２）轨排定位点放样不应超出ＣＰ点的包裹范围。（３）轨排定位点平面定点精度不应大于３ｍｍ。（４）重复设站后的点位重复测量坐标差值不应大于２ｍｍ。４．１．４轨排粗铺轨排定位点完成后，轨排铺设时应该采用带激光的水平尺或线锤进行粗调和对点。为减小后期轨排精调调整量、减轻测量压力，提高精调调轨速度，保证对点精度在２ｍｍ以内，铺设完成后现场技术人员用弦线检查相邻轨排上下和左右错牙误差应保证在２ｍｍ以内¨ｏ。４．１．５精调测量小型工具在进行轨排精调过程中，需要对轨排支撑架进行调整以达到轨排满足设计要求标准，所需小型工具有小型千斤顶、机轮扳手、普通扳手及起道机等。４．２精调系统控制方法中低速磁浮轨排安装精调系统及方法，具体操作步骤如下旧一０ｌ：调软件，在精调软件上选择对应的轨排编号，通过软件控制全站仪，无需用手工瞄准，直接在软件上点击测量单个或几个或全部目标点的对应按钮，全站仪即可自动执行测量命令，测量所获得的空间三维坐标直接通过软件内部运算，并及时在软件界面上显示对应编号棱镜位置的三维调整量（调整量为现场测量值域设计值的较差），作业人员可按照对应数值通过支撑架进行调节，多次反复测量和调整后，轨排即可调整到设计误差允许范围内，精调软件保存最终测量数据，并可输出方便自己使用和查看的报表文件格式。（６）当任意一榀轨排与相邻轨排搭接时，将相对位置相同的棱镜安置在已调整好轨排的搭接位置上，通过精调软件的控制采集其三维坐标后，再将棱镜安置在待测轨排上，进行如上（５）所述内容，这样便将两榀轨排搭接部位置于同样的测量环境和相同的测量精度内，减少了误差的累积，消除了两次架设全站仪带来的误差，保证了相邻轨排安装精调后无错位出现，从而保证了轨道整体的平顺性。轨道精调测量如图３所示。图３轨排精调测量…。。竺？竺塑的全站仪进行自校准，保证全站仪４．３轨排精调测量及复测数据分析ｉ∽的精曩懋窜咄士。、凸押厶＾¨、，＊湘。出厶。－磊；；磊写三蕊。磊藏；为俐Ｐ＇９，对轨排精删订警竺翟謦芝慧鬯耋翌妻妻调测姜夏薹霖桌薹荔并蔓０州，川咿¨”’１１站仪附近的温度和气压后输入全站仪，进行测距改州冈里从及阳硼／。、也¨川ｗ。。正。可同时在紧邻全站仪和待调轨排工作面前后４・３・１轨排精调测量数据ⅢⅢ的ＣＰ控制点上安装定向棱镜，参与定向的ＣＰ轨排精调测量数据见表４。将所要使用的测量工装进行校准。篇乍产丽叮霄氟ｒ箫专甲胃ｒ群令ｒ葛ｒｔＦ（４）在粗略敷设的轨排对应的测量基准孔上安螂二＂ｊ引¨∽∞。㈠刈，、。。峨．．书。砒州。弘，万方数据・轨道工程・表４轨排精调测量数据施工单位中铁十一局集团有限公司监理单位英泰克工程顾问（上海）有限公司工程名称磁浮高铁站～磁浮榔梨站区间部位或里程号ＺＢＫ００ｌ轨排定位点设计Ｘ坐标Ｙ坐标Ｈ高程实测Ｘ坐标Ｙ坐标Ｈ高程差值／ｍｍＡＳ允△日允点号里程偏距Ｘ／ｍ，ｒ／ｍＨ／ｍＸ／ｍｌ，／ｍＨ／ｍ△石△ｙ△Ｓ△日许偏差许偏差ＺＢＫｌＫＯ＋０一Ｏ．７９３９３８．６７６６５７０２４．２４９８４６．３５９３９３８．６７５８５７０２４．２４９０４６．３５０２一Ｏ．８—０．８１．２０．２３３ＺＢＫｌＫＯ＋０Ｏ．７９３９３８．７６９８５７０２５．６４６７４６．３５９３９３８．７７０３５７０２５．６４６７４６．３５０７０．５０．０Ｏ．５０．７３３ＺＢＫｌＤＫ０＋Ｏ—Ｏ．７９３９４２．２６８６５７０２４．０１０２４６．３５９３９４２．２６９３５７０２４．００９６４６．３５０７０．７—０．６０．９Ｏ．７３３ＺＢＫｌＤＫＯ＋Ｏ０．７９３９４２．３６１８５７０２５．４０７０４６．３５９３９４２．３６１８５７０２５．４０７ｌ４６．３５０７Ｏ．ＯＯ．１０．１Ｏ．７３３ＺＢＫｌＫ０＋７．６一Ｏ．７９３９４５．８６０６５７０２３．７７０５４６．３５９３９４５．８６１０５７０２３．７７１４４６．３５０８Ｏ．４Ｏ．９１．００．８３３ＺＢＫｌＫＯ＋７．６Ｏ．７９３９４５．９５３８５７０２５．１６７４４６．３５９３９４５．９５３ｌ５７０２５．１６６４４６．３５００一Ｏ．７—１．０１．２０．Ｏ３３ＺＢＫｌＫＯ＋１１．２—０．７９３９４９．４５２６５７０２３．５３０８４６．３５９３９４９．４５３３５７０２３．５３ｌ６４６．３５０ｌ０．７Ｏ．８１．ＯＯ．１３３ＺＢＫｌＫＯ＋１１．２Ｏ．７９３９４９．５４５９５７０２４．９２７７４６．３５９３９４９．５４５２５７０２４．９２７ｌ４６．３４９５一Ｏ．７一Ｏ．６Ｏ．９一Ｏ．５３３表５轨排精调复测数据北坐标东坐标高程里程轨排名称左右侧横向偏差高程偏差９３９３８．６８５７０２４．２５４６．３４９６０．４ＺＢＫ００ｌ左侧Ｏ．０００５—０．０００４９３９３８．７７５７０２５．６５４６．３４９５０．３９９ＺＢＫ００ｌ右侧Ｏ．００１９一Ｏ．０００５９３９３９．８７５７０２４．１７４６．３５０６１．６０１ＺＢＫｌ的１左侧一０．０００２０．Ｏｏｏ６９３９３９．９６５７０２５．５７４６．３４９９１．５８８ＺＢｌ（００ｌ右侧０．００２５—０．０００ｌ９３９４１．０６５７０２４．０９４６．３５０２２．７８９ＺＢＫＩ）０１左侧一０．０００６Ｏ．０００２９３９４１．１７５７０２５．４９４６．３４９９２．８ｌＺＢＫ００１右侧０．００２２—０．０００ｌ９３９４２．５２５７０２５．４４６．３４９８４．１５５ⅪＺＢ００１右侧０．００ｌ３—０．０００２９３９４３．５６５７０２５．３３４６．３４９４５．２０５ＺＢＫ００１右侧０．００ｌ０一Ｏ．０００６９３９４４．７５５７０２５．２５４６．３４９３６．３９４ＺＢＫ（）ｏｌ右侧Ｏ．００ｌ０一Ｏ．０００７９３９４５．８６５７０２３．７７４６．３４９８７．５９９ＺＢＫ００１左侧一０．００ｌ２一Ｏ．０００２９３９４５．９５５７０２５．１７４６．３５０２７．５９９ＺＢＫ（）０ｌ右侧Ｏ．００１ｌ０．０００２９３９４７．０５５７０２３．６９４６．３５０４８．７９５ＺＢＫ（】０ｌ左侧一Ｏ．０００９Ｏ．０００４９３９４７．１６５７０２５．０９４６．３５０９８．８０７ＺＢＫ００１右侧０．００２５Ｏ．０００９９３９４８．２５５７０２３．６ｌ４６．３４９７９．９９３ＺＢＫ００ｌ左侧一Ｏ．Ｏｏｏ１一Ｏ．０００３９３９４８．３５５７０２５．０１４６．３５０７９．９９８ＺＢＫ００ｌ右侧０．００２４０．０００７９３９４９．４５５７０２３．５３４６．３４９３１１．１９９ＺＢＫ００ｌ左侧０．０００４—０．ｏｏＯ７９３９４９．５４５７０２４．９３４６．３４９９１１．１９ＺＢＫ００ｌ右侧０．００２Ｏ一０．Ｏｏｏ１通过对编号为ＺＢＫ００１的轨排进行上述数据分析可知，精调测量及复测的数据出现偏差，存在的误差主要由于环境温度影响及人为施工干扰影响，但整体精度均控制在要求范围内，通过精调后轨排在任意１０ｍ范围误差符合设计要求均小于３ｍｍ；通过二次复测的数据并进行二次高程调整保证其轨道形成的波形平顺，满足规范及设计要求即可。（２）Ｆ轨生产及轨排组装精度必须通过严格验收检测且符合设计要求后才能出厂。表６轨排安装精度要求标准项目偏差值备注轨距士１ｍｉｌｌ两轨面中心距离左右轨面±３ｍｉｌｌ左右轨面高低差垂向／横向±３ｒａｍ／１０ｍ１０ｎｌ弦矢高轨道接缝±Ⅻｌ竖向／横向５测量控制标准及注意事项（３）轨排运输及吊运过程中要做好防护措施，（１）为保证磁浮轨排的高精度，轨排安装精调严防碰撞，防止变形受损，影响轨排精调精度。必须达到表６技术要求。（４）线路位置每一榀轨排对应唯一的编号，安１０２铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０８Ｊ万方数据・轨道工程・装时必须准确无误。（５）轨排精调使用的测量基准孔必须满足设计要求，以便于精调顺利实施。（６）轨排精调完成后要利用弦线检测轨道的线形，误差相吻合后安装连接板和轨排连接线，将轨排牢固连接，以免轨道发生错位。（７）轨排精调过程中不得踩踏轨排，以免因人或重物施压导致轨道调整数据发生变化，影响精调效果。６结束语研制的专用精调测量工装、精调软件，结合轨排支撑架三维调整功能，整体形成了一套完整的轨排精调测量体系控制技术，成功解决了Ｆ型轨排精调精度如何快速精准满足设计要求的难题，结论如下：（１）研发的精调工装设计合理，轻巧简单方便，满足精调要求。（２）研发的精调软件界面设计合理，使用方便，反应灵活，简化了计算过程，可快速准确计算出结果，加快了施工进度，达到精调精准目的。（３）形成的精调测量体系控制技术能够快速精准测量，精调测量后数据显示，精度均能控制在０．５ｍｍ范围内。（４）磁浮轨排精调技术的创新，为今后同类磁浮轨道的安装精调提供了技术支持和保证。—・＋－＋一＋一＋一＋一＋＋．－＋－－＋一＋－＋－＋－－４－（上接第７７页）参考文献［１］黄正荣，朱伟，梁精华．修正惯用法管片环弯曲刚度有效率１１和弯矩提高率专的研究［Ｊ］．工业建筑，２００６—（２）：４５４９．［２］彭益成，丁文其，闫治国，等．修正惯用法中弯曲刚度有效率的影响因素分析及计算方法［Ｊ］．岩土工程学—报，２０１３（Ｓ１）：４９５５００．［３］张银屏．地面出入式盾构隧道修正惯用法计算参数研—究［Ｊ］．铁道建设，２０１４（２）：１０１１０６．［４］张鹏．地铁盾构隧道管片接头的理论分析及应用研究［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１１．［５］李宇杰，何平，秦东平．地铁盾构隧道管片受力分析铁道建筠技术只Ａ『ＬＩ，以ｙＣＯＮＳ丁ＲＬＪＣ丁ｆ０～丁￡＿ｃＨ￣Ｏｌ０Ｇｙ参考文献［１］Ｑ／Ｂ４３００００００１－２０１５规定［Ｓ］．［２］Ｑ／Ｂ—４３００００００２２０１５收暂行规定［Ｓ］．长沙磁浮交通工程设计暂行长沙磁浮交通工程施工及验［３］杨其振，刘道通，于春华．中低速磁浮交通轨道工程研—究与设计［Ｊ］．铁道标准设计，２０１０（１０）：３５３９．［４］罗小强，金立军，王与娟．地铁轨道工程铺轨基标及ｃＰⅢ轨道控制网应用讨论［Ｊ］．中小企业管理与科技，—２０１４（８）：１１０１１２．［５］杨春．高铁测量控制网及无砟轨道精调施工［Ｊ］．交通—环保，２０１５（１２）：１４９１５０．［６］郝亚东，周建郑，孙请娟，等．高铁无砟轨道ｃＰｍ控制网测量［Ｊ］．轨道工程学报，２０ｌＯ（１１）：３８－４２．［７］王厚涛．轨排架法施工无砟轨道精调测量技术［Ｊ］．山—西建筑，２０１２（３）：２２０２２２．［８］周文武，吴峻，李中秀，等．低速磁浮轨道几何参数测—量系统［Ｊ］．国防科技大学学报，２０１３（４）：５１５５．［９］长沙市规划勘测设计研究院．长沙市高铁南站至黄花机场中低速磁浮工程基础测量技术设计书［ｚ］．２０１４．［１０］中铁第四勘察设计院．长沙市火车南站至黄花机场中低速磁浮工程精密测量控制网复测及ｃＰｌｌｌ测量技术方案［ｚ］．２０１５．［１１］耿文燕．无砟轨道ＣＰＩＨ控制网精算方法及数据处理研究［Ｄ］．兰州：兰州交通大学，２０１４（４）：７７．［１２］李书亮．高速铁路轨道基准网测量及其数据处理方法—的研究［Ｊ］．交通环保，２０１１（５）：１４９１５０．——————’－＋一・Ｐ一＋＋一＋一＋－＋－・＋－一Ｆ＿一＋－＋－＋－－４－・—［Ｊ］．土木工程学报，２０１１（Ｓ２）：１３１１３４．［６］李鹏程．盾构隧道管片受力与变形研究［Ｊ］．安徽建—筑，２００８（５）：１２２１２４．［７］陈中，喻渝．修正惯用设计法在盾构管片结构计算中—的应用和体会［Ｊ］．四川建筑，２００２（增）：１４９１５４．［８］李新星．输水管道盾构隧道衬砌结构内力计算比较分—析［Ｊ］．地下工程与隧道，２０１０（１）：５９．［９］张贤文．两种计算方法在盾构隧道管片设计中的比较—研究［Ｊ］．湖南交通科技，２０１０（１）：１１７１２０．［１０］赵香萍．狮子洋隧道泥水盾构始发的风险控制［Ｊ］．铁—道建筑技术，２００９（１）：１３７１３９．［１１］宋艳玲．超大直径盾构管片拼装技术［Ｊ］．铁道建筑技—术，２０１ｌ（２）：５１５２．［１２］胡俊楠．盾构隧道管片钢环加固技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（３）：８一ｌＯ．２０１６阳Ｊ１０３万方数据