淺談道岔三維定位及精確測量

1、淺談道岔三維定位及精確測量鐵路運輸是我國的主要交通運輸工具，鐵路運輸線則是我國國民經(jīng)濟的大動脈，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。鐵路線路是鐵路運輸?shù)幕A(chǔ)，是為了進行鐵路運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)廠礦砂石場等地點的岔線。根據(jù)線路意義及其在整個鐵路網(wǎng)中的作用，劃分為3個等級：級鐵路：保證全國運輸聯(lián)系，具有重要政治、經(jīng)濟、國防意義和在鐵路網(wǎng)中起骨干作用

2、的鐵路，遠期國家要求的年輸送能力>800萬噸；級鐵路：具有一定的政治、經(jīng)濟、國防意義，在鐵路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)、輔助作用的鐵路，遠期國家要求的年輸送能力500萬噸；級鐵路：為某一地區(qū)服務(wù)，具有地方意義的鐵路，遠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)濟的高速發(fā)展，對鐵路運輸?shù)男枨笠苍谠黾?，鐵路運輸?shù)陌l(fā)展著重于高速和重載運輸，這樣就會加重鐵路線路的承載力從而造成鐵路線路的損害，影響鐵路運輸。因此對軌道線路的養(yǎng)護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)護工作是我的責(zé)任，鐵路安全運輸具有重要的意思。因此，就要加強對鐵路線路的養(yǎng)護維修，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、整治至關(guān)重要。目前道岔養(yǎng)護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)護維修投入新技術(shù)、新方法勢在必行，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，長期以來，起、撥道的累積和疊加，會導(dǎo)致道岔與既有設(shè)計空間位置出現(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。針對目前原始的道岔養(yǎng)護維修方法存在的弊端和誤差，提出利用三維定位方法養(yǎng)護維修道岔的新思路，并詳細介紹了使用三維定位系統(tǒng)進行道岔養(yǎng)護誒秀的施工組織設(shè)計，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。鐵路旅客列車運行速度提高，為實現(xiàn)運行條件下，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)。因此對鐵路進行精密測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而保證鐵路的安全平穩(wěn)運行。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)測量包括一定的外部幾何尺寸測量和內(nèi)部集合尺寸測量。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，外圍幾何尺寸的測量也稱之為軌道的絕對定位。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)部幾何尺寸的測量也可以稱之為軌道的相對定位。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，測量控制網(wǎng)的精度在滿足線下工程施工控制測量要求的同時必須滿足軌道鋪設(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平面高程控制網(wǎng)組成的測量系統(tǒng)來實現(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)鐵路探測施工運營維護設(shè)立精密測量控制網(wǎng)。一、三維定位及精確測量的重要意義。鐵路在當(dāng)今運輸事業(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、列車對數(shù)增加及軸重加大，對工務(wù)設(shè)備質(zhì)量提出了更高要求。軌道線路精細化修理已經(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)護維修投入新技術(shù)、新方法勢在必行，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，長期以來，起、撥道的累積和疊加，會導(dǎo)致道岔與既有設(shè)計空間位置出現(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),因此對鐵路進行精密測量將非常重要。本文以精密工程控制測量為基礎(chǔ),闡述了鐵路

8、線路精密測量的原理、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個定位樁,18#道岔設(shè)置7個定位樁，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)置一個定位樁，其余兩個定位樁加密設(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定位樁。岔區(qū)前后50米各埋設(shè)1對定位樁，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，直緩點位置必須設(shè)一定位樁，進曲線不必在設(shè)置定位樁位。在岔區(qū)設(shè)置永久觀測樁，岔區(qū)每單元第一組及最后一組道岔前順坡終點前50m各設(shè)置一個，站線

9、長的岔區(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），用以對定位樁定期進行復(fù)測及恢復(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、道岔定位樁的編號及油刷在對道岔定位樁進行編號前，先將岔區(qū)劃

10、分單元，以大里程往小里程進行劃分，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)編制的時候要注意，一個站場存在中間岔區(qū)時按照奇數(shù)偶數(shù)進行順序編制，便于記憶標(biāo)注。岔區(qū)單元確定后就進行定位樁編號，岔區(qū)定位樁按岔區(qū)單元以里程前進方向順序編號。例如一單元定位樁自第一個定位樁開始設(shè)置為1-1，1-2，1-n?，F(xiàn)場若存在一單元與二單元共用一個定位樁的情況時，對共用定位樁標(biāo)注為G，多個共用定位樁時按序號進行標(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。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)場布點及數(shù)據(jù)采集在對岔區(qū)單元進行三維定位前要對岔區(qū)單元進行布點，方便后期數(shù)據(jù)采集使用。岔區(qū)單元布點從第一個定位樁開始為第一點，往后沒5米拉一點，在鋼軌上進行標(biāo)準(zhǔn)，一直布到最后一個定位樁位置。在對岔區(qū)單元進行布點時要注意，有的定位樁可能不在剛好的5米點位置，遇到這個情況要在將定位樁對應(yīng)的鋼軌軌面與上一點的距離標(biāo)注出來，并對定位樁進行單獨標(biāo)注。布點工作完成后，利用全站

12、儀測量單元岔區(qū)的鋼軌坐標(biāo)，進行原始數(shù)據(jù)的采集。全站儀采用自由設(shè)站的方式測量站場岔區(qū)鋼軌坐標(biāo)，則該段坐標(biāo)是以全站儀所在點為（0，0）點，以最遠端的第一點和最后一點為（1，0）（L，0）點建立坐標(biāo)系，隨后逐個測量各個點。2、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與建立新的坐標(biāo)系在取得單元岔區(qū)上鋼軌各個點坐標(biāo)后，將個點坐標(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。一般采用起終點為新的坐標(biāo)基準(zhǔn)點，將1點設(shè)為原點，坐標(biāo)設(shè)為（0，0），另一終點坐標(biāo)設(shè)定為（L，0），L為1點到N點的直線距離，兩點間直線距離在布點時就已經(jīng)求出，不需要在另行計算。3、測量數(shù)據(jù)的出來與優(yōu)化計算個點與新坐標(biāo)系極限間的方位角，首先計算新坐標(biāo)系原點與終點，即1點到N點形成的直線與老坐標(biāo)系之間的方向角，之后逐點計算1-2，1-3，1-（N+1）之間與老坐標(biāo)之間的方向角2，3，-N即