螺栓孔速調(diào)標(biāo)架測量調(diào)板方式

哈大客運專線CRTSⅠ型板測量調(diào)板方案推薦二零零八年十二月目錄1 板式軌道目前測量調(diào)板方案介紹 -1-1.1 CRTSⅡ型板測量調(diào)板方式 -1-1.2 CRTSⅠ型板傳統(tǒng)測量調(diào)板方式（新干線方式） -1-1.3 哈大高鐵具體情況 -2-2 螺栓孔速調(diào)標(biāo)架測量調(diào)板方式 -2-2.1 概述 -2-2.2 定位基準(zhǔn)確定 -2-2.3 測量基礎(chǔ) -3-2.4 使用軟件和設(shè)備 -3-(1) 軌道板精調(diào)軟件 -3-(2) 工控機 -5-(3) 數(shù)傳電臺 -5-(4) 顯示器 -5-(5) 全站儀 -5-(6) 螺栓孔速調(diào)標(biāo)架 -5-2.5 方案實施 -6-(1) 測量前準(zhǔn)備 -6-(2) 設(shè)站 -6-(3) 觀測 -6-(4) 調(diào)整 -6-2.6 誤差來源分析 -7-2.7 誤差估計和處理方案 -7-2.8 工效對比（與傳統(tǒng)三角規(guī)、基準(zhǔn)器方式） -8-3 螺栓孔速調(diào)標(biāo)架方案創(chuàng)新點 -8-3.1 精簡工藝流程 -8-3.2 采用電腦記錄 -8-3.3 調(diào)板設(shè)備可重復(fù)利用 -9-3.4 數(shù)據(jù)可共享并對軌道調(diào)整提供指導(dǎo) -9-4 建議 -9-板式軌道目前測量調(diào)板方案介紹CRTSⅡ型板測量調(diào)板方式CRTSⅡ型板（博格板）精調(diào)的基礎(chǔ)是：每塊CRTSⅡ型板（博格板）結(jié)構(gòu)上具有10對在工廠經(jīng)過精確打磨過的承軌槽；調(diào)板時控制點為相對精度能夠達到平面0.2mm、高程0.1mm的基準(zhǔn)點。全站儀架設(shè)在基準(zhǔn)點上，通過測量安置在承軌槽上測量標(biāo)架的棱鏡，利用軌道板精調(diào)軟件計算實測值與理論值的偏差，進而進行調(diào)整，直到橫向和高程達到相對板內(nèi)誤差0.3mm；板間誤差0.4mm精度，完成軌道板的精調(diào)。如圖1-1圖1-1：CRTSⅡ型板（博格板）精調(diào)示意圖CRTSⅠ型板傳統(tǒng)測量調(diào)板方式（新干線方式）CRTSⅠ型板沒有精確打磨過的承軌槽，板與板之間存在凸型擋臺，并在其上設(shè)置基準(zhǔn)器。通過導(dǎo)線網(wǎng)測量控制基準(zhǔn)器，在控制基準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上進行加密基準(zhǔn)器進行調(diào)整，使其達到相鄰基準(zhǔn)器橫向1mm、高程1mm的精度。表1-1控制基準(zhǔn)器施測精度要求方向允許誤差高程允許誤差距離允許誤差直線曲線4″±1mm1/200001/10000表1-2加密基準(zhǔn)器施測精度要求偏離控制基樁方向允許誤差相鄰基樁間距允許誤差相鄰基樁高程允許誤差直線曲線±1mm±1mm±2mm±1mm用偏角法測量注：加密基準(zhǔn)器間誤差應(yīng)在兩相鄰控制基準(zhǔn)器內(nèi)調(diào)整。調(diào)板時，將兩個三角規(guī)架設(shè)在軌道板的前后兩個基準(zhǔn)器上，調(diào)整軌道板的橫向及高程，使其達到相對橫向2mm；高程1mm的精度。圖1-2：三角規(guī)調(diào)板示意圖哈大高鐵具體情況哈大高鐵采用的是CRTSⅠ型板，但是根據(jù)國內(nèi)對該型板的施工情況看來，采用傳統(tǒng)三角規(guī)、基準(zhǔn)器方式測量調(diào)板的精度不是很理想，出現(xiàn)錯誤的情況很多，人為因素影響多，現(xiàn)場調(diào)板后沒有數(shù)據(jù)保存提供檢查，調(diào)板的精度差對后續(xù)的鋼軌調(diào)整造成很大的困難。因此，提出了改進調(diào)板方式，以確保CRTSⅠ型板測量精度，甚至提高其調(diào)板精度的要求。鑒于國內(nèi)鐵路采用CPⅢ控制網(wǎng)實際情況，和京津高鐵調(diào)整CRTSⅡ型板、武廣縱連板的實踐經(jīng)驗，我們建議采用螺栓孔標(biāo)架的測量調(diào)板方式，來解決調(diào)板精度的問題。螺栓孔速調(diào)標(biāo)架測量調(diào)板方式概述根據(jù)鐵道部對高速鐵路技術(shù)引進、消化、再創(chuàng)新的精神，鐵路系統(tǒng)的相關(guān)部門研制了一種新板型縱連板，為了尋找一種適合縱連板的測量調(diào)板方式。鐵道部工管中心，中國中鐵委托中鐵二局和南方測繪，進行縱連板測量調(diào)板方式研究與實踐。中鐵二局和南方測繪在總結(jié)了京津城際博格板的測量調(diào)板方案，并結(jié)合日本新干線的測量調(diào)板方案，提出了兩種測量調(diào)板方案：改進的三角規(guī)、基準(zhǔn)器的測量調(diào)板方案；螺栓孔速調(diào)標(biāo)架的測量調(diào)板方案。2008年4月在中鐵六局平谷板廠，搭建了縱連板試驗場，經(jīng)過中鐵二局和南方測繪共同的努力，兩種方案均通過了經(jīng)工管中心與中國中鐵驗收。被推薦在武廣綜合試驗段使用，尤其是螺栓孔速調(diào)標(biāo)架的方案，作為主選方案，對雙線1.6公里的縱連板進行軌道板精調(diào)。2008年7月，在中鐵二局、中鐵八局和南方測繪共同努力下，縱連板測量調(diào)板工作，采用螺栓孔速調(diào)標(biāo)架方案，順利完成了該工作。經(jīng)全站儀、水準(zhǔn)儀的獨立檢測，所有精度指標(biāo)均優(yōu)于橫向1mm、高程1mm的精度要求。定位基準(zhǔn)確定CRTSⅠ型板的鋼軌調(diào)整是用扣件來調(diào)整，扣件是安放在螺栓孔上的，因此扣件螺栓孔的線性是否良好，決定了鋼軌是否能夠順利的調(diào)整。在CRTSⅠ型板的設(shè)計和制作上，對它的螺栓孔有精度的要求：橫向1mm、高程1mm。安置在螺栓孔內(nèi)的扣件可調(diào)范圍是10mm總之以螺栓孔作為基準(zhǔn)，來鋪設(shè)CRTSⅠ型板是可行的。測量基礎(chǔ)此種方案以線路兩側(cè)CPIII控制網(wǎng)作為測量基礎(chǔ)。CPIII網(wǎng)作為我國鐵路建設(shè)的最為重要的施工和維護控制網(wǎng)，經(jīng)過多年的實踐檢驗，證明該控制網(wǎng)有良好的點間精度，相鄰兩個CPIII點可以達到平面1mm、高程是0.5mm全站儀在CPIII控制網(wǎng)內(nèi)做六點的自由設(shè)站，可以得到相對于控制網(wǎng)1mm的精度，即在該網(wǎng)先后設(shè)站，在該控制網(wǎng)內(nèi)兩個測站的相對誤差會在2mm以內(nèi)，與CRTSⅡ型板的測量中兩個控制點相對限差一致。螺栓孔速調(diào)標(biāo)架測量方案采用了CRTSⅡ型板的精調(diào)平滑處理原理，那么這種偏差不會出現(xiàn)錯臺的出現(xiàn)。全站儀在CPIII控制網(wǎng)內(nèi)做自由設(shè)站，計算出測站點的理論三維坐標(biāo)值和所在的里程；當(dāng)全站儀測量放置在CRTSⅠ型板上螺栓孔速調(diào)標(biāo)架上的棱鏡后，可以測量出該棱鏡所處位置的實測三維坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)可以確定它在線路中的里程，經(jīng)過軟件的里程推算，得出該處的理論三維坐標(biāo)，軟件計算實測和理論坐標(biāo)的偏差，將偏差值顯示在顯示器上，根據(jù)偏差對CRTSⅠ型板進行調(diào)整。使用軟件和設(shè)備該方案主要使用以下軟件和設(shè)備：軌道板精調(diào)軟件該軟件是在借鑒了軌檢小車、博格公司SPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，自主研制開發(fā)的。將線路的設(shè)計數(shù)據(jù)輸入后，能計算任何里程的坐標(biāo)、超高數(shù)據(jù)。圖2-1：軌道板精調(diào)軟件主界面根據(jù)橋梁間距不同，在梁上的板型有所不同，或由于設(shè)計原因，線路設(shè)計會有不同的板類型以及排列方式，軟件提供了本類型構(gòu)造、板位置的編輯，通過這兩類數(shù)據(jù)的輸入，當(dāng)軟件在測量相應(yīng)里程時，可以自動識別對應(yīng)不同的板型來測量。圖2-2：設(shè)置軌道板類型工控機圖2-3：工控機、堅固型筆記本電腦采用堅固型的專用工控機或使用堅固型的筆記本電腦，作為外業(yè)控制器。運行軟件和控制全站儀、傳感器等。數(shù)傳電臺主要用于全站儀數(shù)據(jù)與工控機的數(shù)據(jù)交換。顯示器用于將CRTSⅠ型板的調(diào)整量顯示在調(diào)整工具的位置上。全站儀用于測量的關(guān)鍵設(shè)備，全站儀的精度必須滿足測量精度1″，測距精度1mm+2ppm的要求。螺栓孔速調(diào)標(biāo)架螺栓孔速調(diào)標(biāo)架是采用螺栓孔作為定位基準(zhǔn)的一種標(biāo)架，標(biāo)架上安置了兩個測量棱鏡和一個傾角傳感器?？紤]到螺栓孔在制作的過程中和CRTSⅠ型板的平面位置高度可能不一，在設(shè)計螺栓孔插入機構(gòu)的時候，做成環(huán)形接觸，確保高程控制以軌道板的鋼軌扣件底面為基準(zhǔn)。圖2-4：螺栓孔速調(diào)標(biāo)架示意圖及實物圖方案實施測量前準(zhǔn)備連接工控機、電臺、顯示器、電池等設(shè)備。作業(yè)前輸入線路數(shù)據(jù)文件，檢查標(biāo)架、棱鏡、傳感器。圖2-5：設(shè)計數(shù)據(jù)輸入主界面設(shè)站全站儀架設(shè)在線路中線附近，后視前后6個CPIII點，進行自由設(shè)站。在換站過程，保證有4個CPIII網(wǎng)點與上一測站重合，自由設(shè)站精度1mm，保證站與站的平順過渡。觀測在設(shè)站完畢之后，通過數(shù)據(jù)傳輸電臺控制全站儀的操作，可對軌道板上相應(yīng)的棱鏡進行測量，通過實測測量結(jié)果與理論數(shù)據(jù)的比較，計算偏差值。調(diào)整每次設(shè)站可測量6塊板，調(diào)整5塊板，搭接一塊板以消除錯臺誤差。調(diào)板機具上的操作人員，可以通過顯示器，可以看到待調(diào)的軌道板的偏差，進而進行調(diào)整。調(diào)整完成之后，全站儀進行復(fù)測，直到軌道板達到：絕對誤差3mm，板內(nèi)相對誤差高程1mm，橫向1mm，縱向3mm的精度；板間誤差高程1mm，橫向1mm的要求。轉(zhuǎn)入下塊板調(diào)整。圖2-6：螺栓孔速調(diào)標(biāo)架調(diào)板示意圖及現(xiàn)場圖誤差來源分析表2-1：誤差來源表序號誤差來源誤差估計值mm1棱鏡、標(biāo)架的加工誤差0.22自由設(shè)站誤差13Ⅰ型板模具誤差14標(biāo)架放置誤差0.25棱鏡和全站儀測量誤差0.26傾斜傳感器誤差0.2不影響測量誤差誤差估計和處理方案根據(jù)測量學(xué)原理和測量誤差傳播定律，測量點的偏差為=1.5mm理論上相對于CPIII網(wǎng)的誤差為1.5mm?？梢詽M足測量調(diào)板的要求。軟件里提供了標(biāo)架校正的功能，可以消除棱鏡和標(biāo)架的加工誤差，使這項誤差在同一系統(tǒng)內(nèi)，作為一種系統(tǒng)差，不影響相對誤差。即利用同一系統(tǒng)測量出來的結(jié)果在系統(tǒng)內(nèi)的線性可以保證的很好。自由設(shè)站的誤差，軟件中采用了搭接平滑過度的方案，消除設(shè)站誤差。也可以確保測量的線性。標(biāo)架放置誤差，根據(jù)標(biāo)架的結(jié)構(gòu)，理論上不會大于0.1mm，實際上該誤差來源于人為因數(shù)，和螺栓孔口的雜物。因此，在測量時檢查螺栓孔是必要的工作。棱鏡和全站儀的測量誤差可以通過采用高等級的全站儀和棱鏡來解決。傾斜傳感器主要功能是提高調(diào)板的效率，測量值是以全站儀測量為標(biāo)準(zhǔn)，并不影響測量誤差。工效對比（與傳統(tǒng)三角規(guī)、基準(zhǔn)器方式）螺栓孔速調(diào)標(biāo)架調(diào)板測量方案與傳統(tǒng)的基準(zhǔn)器、三角規(guī)調(diào)整方案有工序簡化，參與人員少等優(yōu)點。整個操作過程省略了基準(zhǔn)器精調(diào)這道工序，全站儀直接通過CPIII設(shè)站調(diào)板，在這個過程中只需要一名專業(yè)測量人員配合數(shù)名調(diào)板工人操作即可完成，無需占用過多的人力資源。反觀傳統(tǒng)的基準(zhǔn)器、三角規(guī)調(diào)板工序，基準(zhǔn)器從放樣到安裝精調(diào)，需要至少3名以上專業(yè)測量人員，及4—6個工人配合完成，在三角規(guī)調(diào)板過程中，還需要多名專業(yè)技術(shù)人員及工人配合?；鶞?zhǔn)器、三角規(guī)調(diào)整方案用時：按1km雙線，每塊板5m計算?？刂苹鶞?zhǔn)器需要7工作日，加密基準(zhǔn)器需要6工作日，調(diào)板按7min（武廣試驗段實際數(shù)據(jù)）調(diào)一塊板計算，需要6工作日?？傆嬘脮r19工作日。每個工作日按8h計算。螺栓孔速調(diào)標(biāo)架測量方案用時從調(diào)板時間上分析，此種方法簡化了基準(zhǔn)器放樣、安裝、精調(diào)等工序所占用的時間，全站儀一次設(shè)站可完成5塊軌道板（25m）的調(diào)整，每塊軌道板從采集數(shù)據(jù)到最終調(diào)整結(jié)束可以控制在15min之內(nèi)。每個工作日按8h計算，可完成32塊（單線160m）軌道板精調(diào)。按1km雙線，每塊板5m計算。需要人員及設(shè)備、時間估算對比（1km雙線）：表2-2：方案對比表調(diào)整方案人員設(shè)備物資時間估算基準(zhǔn)器、三角規(guī)調(diào)整方案測量工程師1人、測工3人、工人4—6人全站儀1臺、電子水準(zhǔn)儀1臺、三角規(guī)2個、基準(zhǔn)器若干、電錘、小型發(fā)電機、19工作日螺栓孔速調(diào)標(biāo)架調(diào)整方案測量工程師1人、工人4人。全站儀1臺、精調(diào)標(biāo)架2個12.5工作日螺栓孔速調(diào)標(biāo)架方案創(chuàng)新點精簡工藝流程在流程中減去了測量基準(zhǔn)器的環(huán)節(jié)，基準(zhǔn)器的調(diào)節(jié)是一道細致的測量工作，需要多名測工配合測量工程師進行