淺談道岔三維定位及精確測(cè)量

1、淺談道岔三維定位及精確測(cè)量鐵路運(yùn)輸是我國的主要交通運(yùn)輸工具，鐵路運(yùn)輸線則是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，在國家建設(shè)中占據(jù)著主要地位，隨著鐵路的六次大提速，鐵路運(yùn)輸?shù)闹黝}是安全性，安全生產(chǎn)的關(guān)鍵是設(shè)備和人身安全。鐵路線路是鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)，是為了進(jìn)行鐵路運(yùn)輸所修建的固定路線。是鐵路固定基礎(chǔ)設(shè)施的主體。分為正線、站線及特別用途線。正線是連結(jié)并貫穿分界點(diǎn)的線路。站線包括到發(fā)線、調(diào)車線、牽出線、裝卸線、段管線等。特別用途線包括站內(nèi)和區(qū)間的安全線、避難線及到企業(yè)廠礦砂石場(chǎng)等地點(diǎn)的岔線。根據(jù)線路意義及其在整個(gè)鐵路網(wǎng)中的作用，劃分為3個(gè)等級(jí)：級(jí)鐵路：保證全國運(yùn)輸聯(lián)系，具有重要政治、經(jīng)濟(jì)、國防意義和在鐵路網(wǎng)中起骨干作用

2、的鐵路，遠(yuǎn)期國家要求的年輸送能力>800萬噸；級(jí)鐵路：具有一定的政治、經(jīng)濟(jì)、國防意義，在鐵路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)、輔助作用的鐵路，遠(yuǎn)期國家要求的年輸送能力500萬噸；級(jí)鐵路：為某一地區(qū)服務(wù)，具有地方意義的鐵路，遠(yuǎn)期國家要求的年輸送能力<500萬噸。 隨著我國改革開放的深入和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)男枨笠苍谠黾?，鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展著重于高速和重載運(yùn)輸，這樣就會(huì)加重鐵路線路的承載力從而造成鐵路線路的損害，影響鐵路運(yùn)輸。因此對(duì)軌道線路的養(yǎng)護(hù)維修也有一定的要求，我身為鐵路工務(wù)部門的一員，如何搞好工務(wù)線路設(shè)備的維修與養(yǎng)護(hù)工作是我的責(zé)任，鐵路安全運(yùn)輸具有重要的意思。因此，就要加強(qiáng)對(duì)鐵路線路的養(yǎng)護(hù)維修，提

3、高鐵路線路的抵抗能力，因而了解和掌握鐵路線路常見的病害分析及養(yǎng)護(hù)、整治至關(guān)重要。目前道岔養(yǎng)護(hù)維修手段已不能滿足鐵路高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展要求。為此，道岔的養(yǎng)護(hù)維修投入新技術(shù)、新方法勢(shì)在必行，只有這樣才能滿足鐵路高速發(fā)展。工務(wù)部門習(xí)慣于原始的養(yǎng)護(hù)維修手段，用肉眼觀察法來判斷道岔幾何尺寸的位置偏差，長(zhǎng)期以來，起、撥道的累積和疊加，會(huì)導(dǎo)致道岔與既有設(shè)計(jì)空間位置出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。采用三維定位系統(tǒng)可以確定道岔的空間位置，道岔發(fā)生空間位置偏差可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)偏離高差來調(diào)整道岔的空間狀態(tài)。原始的維修方法是用肉眼來確定道岔的水平、方向、高低等幾何尺寸，由于目視誤差對(duì)大水平、大方向不容易控制，借助三維定位系統(tǒng)，可以將道岔與

4、道岔前后的線路調(diào)整到同一水平面和同一條直線上。針對(duì)目前原始的道岔養(yǎng)護(hù)維修方法存在的弊端和誤差，提出利用三維定位方法養(yǎng)護(hù)維修道岔的新思路，并詳細(xì)介紹了使用三維定位系統(tǒng)進(jìn)行道岔養(yǎng)護(hù)誒秀的施工組織設(shè)計(jì)，提出該方法能精確控制道岔位置，減少線路晃車，提高了維修質(zhì)量，值得推廣。鐵路旅客列車運(yùn)行速度提高，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)行條件下，旅客列車的安全性和舒適性，要求軌道必須具有高平順性，和精確的幾何線性參數(shù)包括軌道內(nèi)部集合尺寸與外部幾何尺寸如規(guī)矩、軌向、高低、水平、扭曲、與設(shè)計(jì)高程及中線的偏差等，精度要求控制在1mm到2mm范圍內(nèi)。因此對(duì)鐵路進(jìn)行精密測(cè)量并保持高精度是建設(shè)鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核心是

5、研究確定平面和高程控制網(wǎng)的精度要求，以滿足鐵路施工控制要求進(jìn)而保證鐵路的安全平穩(wěn)運(yùn)行。根據(jù)鐵路軌道平順性精度高的要求，線路必須具備非常準(zhǔn)確的幾何參數(shù)。軌道的幾何參數(shù)測(cè)量包括一定的外部幾何尺寸測(cè)量和內(nèi)部集合尺寸測(cè)量。軌道的外部幾何尺寸是軌道在三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和高程，外圍幾何尺寸的測(cè)量也稱之為軌道的絕對(duì)定位。內(nèi)部幾何尺寸及軌道自身的幾何尺寸包括軌距、水平、以及軌道縱向高低和方向的參數(shù)。內(nèi)部幾何尺寸的測(cè)量也可以稱之為軌道的相對(duì)定位。鐵路軌道必須具有精確的幾何線型，精度要求控制在±1mm到2mm之間，測(cè)量控制網(wǎng)的精度在滿足線下工程施工控制測(cè)量要求的同時(shí)必須滿足軌道鋪設(shè)的精確要求，使軌道的幾

6、何參數(shù)與設(shè)計(jì)的目標(biāo)位置之間的偏差保持最小，而軌道的鋪設(shè)施工和線下工程施工放樣是通過由各級(jí)平面高程控制網(wǎng)組成的測(cè)量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。為了保證軌道與線下工程的空間位置坐標(biāo)、高程相匹配，需根據(jù)鐵路探測(cè)施工運(yùn)營維護(hù)設(shè)立精密測(cè)量控制網(wǎng)。一、三維定位及精確測(cè)量的重要意義。鐵路在當(dāng)今運(yùn)輸事業(yè)中占有不可替代的位置，線路作為鐵路的主要部分，其作用更是不能忽略。鐵路提速、列車對(duì)數(shù)增加及軸重加大，對(duì)工務(wù)設(shè)備質(zhì)量提出了更高要求。軌道線路精細(xì)化修理已經(jīng)成為目前工務(wù)系統(tǒng)工作的首選方法之一。目前道岔養(yǎng)護(hù)維修手段已不能滿足鐵路高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展要求。為此，道岔的養(yǎng)護(hù)維修投入新技術(shù)、新方法勢(shì)在必行，只有這樣才能滿足鐵路高速發(fā)展。工務(wù)部門習(xí)

7、慣于原始的養(yǎng)護(hù)維修手段，用肉眼觀察法來判斷道岔幾何尺寸的位置偏差，長(zhǎng)期以來，起、撥道的累積和疊加，會(huì)導(dǎo)致道岔與既有設(shè)計(jì)空間位置出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。采用三維定位系統(tǒng)可以確定道岔的空間位置，道岔發(fā)生空間位置騙吃可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)偏離高差來調(diào)整道岔的空間狀態(tài)。原始的維修方法是用肉眼來確定道岔的水平、方向、高低等幾何尺寸，由于目視誤差對(duì)大水平、大方向不容易控制，借助三維定位系統(tǒng)，可以將道岔與道岔前后的線路調(diào)整到同一水平面和同一條直線上。隨著鐵路速度的大幅提高,特別是高速鐵路的不斷涌現(xiàn),將要求軌道必須具有高平順性和精確的幾何線性參數(shù),因此對(duì)鐵路進(jìn)行精密測(cè)量將非常重要。本文以精密工程控制測(cè)量為基礎(chǔ),闡述了鐵路

8、線路精密測(cè)量的原理、方法、步驟以及未來發(fā)展方向。二、道岔三維定位系統(tǒng)的建立1、道岔定位樁的設(shè)置。道岔定位樁按岔區(qū)單元統(tǒng)一設(shè)置，每組正線12#、9#道岔設(shè)置5個(gè)定位樁,18#道岔設(shè)置7個(gè)定位樁，設(shè)置位置分別位于：基本軌接頭（岔頭）、尖軌限位器（跟端）、轍叉跟端（岔尾）各設(shè)置一個(gè)定位樁，其余兩個(gè)定位樁加密設(shè)置在尖軌中部和導(dǎo)曲中部，18#道岔在以上部位在加兩個(gè)定位樁。岔區(qū)前后50米各埋設(shè)1對(duì)定位樁，夾直線及岔前岔后200米線路可20-25米設(shè)置一定位樁，如含曲線，直緩點(diǎn)位置必須設(shè)一定位樁，進(jìn)曲線不必在設(shè)置定位樁位。在岔區(qū)設(shè)置永久觀測(cè)樁，岔區(qū)每單元第一組及最后一組道岔前順坡終點(diǎn)前50m各設(shè)置一個(gè)，站線

9、長(zhǎng)的岔區(qū)可在岔區(qū)中心位置在加設(shè)一組。在保證全站儀視線良好的情況下設(shè)置（注意躲開接觸網(wǎng)桿），用以對(duì)定位樁定期進(jìn)行復(fù)測(cè)及恢復(fù)定位。2、定位樁的制作與埋設(shè)。道岔定位樁采用60kg/m廢舊鋼軌制作。道岔定位樁埋設(shè)在直股一側(cè)，直股位于兩線間時(shí)埋設(shè)在兩線中心，復(fù)線地段要盡量埋設(shè)在兩線間以便共用。定位樁在路基上埋深不小于800mm，基礎(chǔ)采用混凝土澆筑，斷面不小于600×600mm，基礎(chǔ)頂面與地面平齊。定位樁頂面不高于線路鋼軌頂面且不低于200mm，定位樁中心距離直股鋼軌外側(cè)面間距不小于1500mm（兩線間除外），且不宜大于2000mm。3、道岔定位樁的編號(hào)及油刷在對(duì)道岔定位樁進(jìn)行編號(hào)前，先將岔區(qū)劃

10、分單元，以大里程往小里程進(jìn)行劃分，重車線大里程岔區(qū)編制為第一單元，小里程岔區(qū)編制為第三單元，空車線大里程岔區(qū)編制為第二單元，小里程岔區(qū)編制為第四單元。在單元岔區(qū)編制的時(shí)候要注意，一個(gè)站場(chǎng)存在中間岔區(qū)時(shí)按照奇數(shù)偶數(shù)進(jìn)行順序編制，便于記憶標(biāo)注。岔區(qū)單元確定后就進(jìn)行定位樁編號(hào)，岔區(qū)定位樁按岔區(qū)單元以里程前進(jìn)方向順序編號(hào)。例如一單元定位樁自第一個(gè)定位樁開始設(shè)置為1-1，1-2，1-n?，F(xiàn)場(chǎng)若存在一單元與二單元共用一個(gè)定位樁的情況時(shí)，對(duì)共用定位樁標(biāo)注為G，多個(gè)共用定位樁時(shí)按序號(hào)進(jìn)行標(biāo)注G1,G2GN。定位樁的油刷，定位樁埋設(shè)完成后，統(tǒng)一油刷為白色，并在定位樁頂面中心位置用紅油漆標(biāo)注出中心點(diǎn)。定位樁油刷的

11、數(shù)據(jù)主要是定位樁與鋼軌的高程及位移，定位樁數(shù)據(jù)標(biāo)注于定位樁對(duì)應(yīng)的鋼軌外側(cè)軌腰部位，采用紅底白字，文字和數(shù)字用40×30mm的字體，高程與位移中間空出一個(gè)字體的距離。例如L=1111 G=111。3、 道岔三維定位的方法1、現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集在對(duì)岔區(qū)單元進(jìn)行三維定位前要對(duì)岔區(qū)單元進(jìn)行布點(diǎn)，方便后期數(shù)據(jù)采集使用。岔區(qū)單元布點(diǎn)從第一個(gè)定位樁開始為第一點(diǎn)，往后沒5米拉一點(diǎn)，在鋼軌上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)，一直布到最后一個(gè)定位樁位置。在對(duì)岔區(qū)單元進(jìn)行布點(diǎn)時(shí)要注意，有的定位樁可能不在剛好的5米點(diǎn)位置，遇到這個(gè)情況要在將定位樁對(duì)應(yīng)的鋼軌軌面與上一點(diǎn)的距離標(biāo)注出來，并對(duì)定位樁進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)注。布點(diǎn)工作完成后，利用全站

12、儀測(cè)量單元岔區(qū)的鋼軌坐標(biāo)，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的采集。全站儀采用自由設(shè)站的方式測(cè)量站場(chǎng)岔區(qū)鋼軌坐標(biāo)，則該段坐標(biāo)是以全站儀所在點(diǎn)為（0，0）點(diǎn)，以最遠(yuǎn)端的第一點(diǎn)和最后一點(diǎn)為（1，0）（L，0）點(diǎn)建立坐標(biāo)系，隨后逐個(gè)測(cè)量各個(gè)點(diǎn)。2、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與建立新的坐標(biāo)系在取得單元岔區(qū)上鋼軌各個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)后，將個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)在CAD中以圖形的方式展現(xiàn)出來，選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)建立新的直角坐標(biāo)系。一般采用起終點(diǎn)為新的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，將1點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)，坐標(biāo)設(shè)為（0，0），另一終點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)定為（L，0），L為1點(diǎn)到N點(diǎn)的直線距離，兩點(diǎn)間直線距離在布點(diǎn)時(shí)就已經(jīng)求出，不需要在另行計(jì)算。3、測(cè)量數(shù)據(jù)的出來與優(yōu)化計(jì)算個(gè)點(diǎn)與新坐標(biāo)系極限間的方位角，首先計(jì)算新坐標(biāo)系原點(diǎn)與終點(diǎn)，即1點(diǎn)到N點(diǎn)形成的直線與老坐標(biāo)系之間的方向角，之后逐點(diǎn)計(jì)算1-2，1-3，1-（N+1）之間與老坐標(biāo)之間的方向角2，3，-N即