雷巨光

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

高速鐵路以其輸送能力大、速度快、安全性好、受氣候變化影響小、正點率高、舒適方便、能源消耗低等優(yōu)勢，受到了廣泛青睞。按照《中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國將形成“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及四個城際快速客運系統(tǒng);建設(shè)客運專線1.2萬km以上，客車速度目標值達到每小時200 km及以上。隨著運行速度的提高，客車運行的高穩(wěn)定性、高平順性和高可靠性顯得尤為重要，因而對鐵路建設(shè)中的軌道鋪設(shè)精度提出了更高的要求。目前，我國時速大于250 km的高速鐵路基本采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。無砟軌道結(jié)構(gòu)形式眾多，CRTSⅡ型板式無砟軌道板(以下簡稱CRTSⅡ型軌道板)是目前國內(nèi)無砟軌道主要結(jié)構(gòu)形式之一。

CRTSⅡ型軌道板鋪設(shè)并灌漿完成后，其位置(平面及高程)會因軌道板精調(diào)誤差、瀝青砂漿澆筑作業(yè)、模板安裝固定不到位等原因而發(fā)生變化，進而影響后續(xù)軌道的鋪設(shè)精度。因此，為及時檢核軌道板的鋪設(shè)質(zhì)量，確保鋪設(shè)精度，需對灌漿后的軌道板進行橫向偏差、縱向偏差、高差，以及相鄰軌道板間相對橫向偏差、相對高差等進行檢測。

文獻［1］結(jié)合博格公司出產(chǎn)的博格精調(diào)標架，對采用博格精調(diào)標架進行CRTSII型軌道板灌注后的檢測方法及數(shù)據(jù)處理過程進行了闡述。由于國內(nèi)高速鐵路項目軌道板施工過程中，不僅僅有博格精調(diào)標架，還有其他品牌和類型的精調(diào)標架，因而其敘述的數(shù)據(jù)處理過程不具有普遍性。為此，本文對某客運專線的CRTSⅡ型軌道板的檢測經(jīng)驗進行總結(jié)，并闡述了相關(guān)數(shù)據(jù)處理的原理，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

2 軌道板檢測采用的儀器設(shè)備

CRTSII型軌道板灌注后的檢測是在CPⅢ控制網(wǎng)的基準下，采用標準標架結(jié)合全站儀的方式進行。軌道板檢測所需的儀器設(shè)備見表1。

表1 軌道板檢測所需儀器清單

3 軌道板檢測的作業(yè)方法

為確保檢測精度和檢測效率，每組檢測作業(yè)至少配備3名成員，各成員分工為:1人操作全站儀，1人擺放標架，1人安放棱鏡。軌道板檢測時，每站可檢測的軌道板數(shù)宜控制在6～8塊，檢測的外界條件以能確保全站儀設(shè)站精度為準。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，宜選擇在陰天和晚上進行。在進行檢測作業(yè)時，應(yīng)遵照以下幾點。

①CRTSⅡ型軌道板是以GRP為基準進行鋪設(shè)和精調(diào)的，灌漿后的檢測采用“高精度全站儀以CPIII控制網(wǎng)為基準自由設(shè)站+精調(diào)作業(yè)標準標架”的方式。自由設(shè)站時，全站儀觀測的CPⅢ點至少為4對。更換測站后，相鄰測站重疊觀測的CPⅢ點不應(yīng)少于2對。自由設(shè)站點的精度應(yīng)滿足表2的規(guī)定［2］。

表2 自由設(shè)站點精度要求

完成自由設(shè)站后，CPⅢ控制點的坐標不符值應(yīng)符合表 3 的規(guī)定［2］。

表3 CPⅢ控制點坐標不符值限差要求

②CRTSⅡ型軌道板承軌臺編號如圖1所示，在檢測時，選擇每塊軌道板的第 1、3、13、15、28、30 號共六個承軌臺支撐點進行檢測。各檢測點的編號可由板號及序號(如編號為L12341的定義為:L—表示左軌，1234—板號，最后一位1—測點序號)組成。檢測時每測站最大測量距離不宜大于70m，不同測站之間重復(fù)觀測一塊軌道板。

圖1 CRTSⅡ型軌道板承軌臺編號示意(單位:m)

③檢測順序自小里程向大里程方向進行。如圖2所示，全站儀架設(shè)在大里程中間位置，標架沿如圖2所示“U”形順序依次擺放并進行觀測，在擺放標架時，要保證將標架固定端緊靠在測量位置處承軌臺外鉗口斜面。測量流程為:全站儀通過周圍3～4對CPⅢ點進行后方交會自由設(shè)站(注意:第二站及以后的各站設(shè)站時，上一站最后一個檢測點應(yīng)參與到設(shè)站，但高程值不參與傳遞)→標架緊靠在線路前進方向的右側(cè)承軌臺，依次測量本站內(nèi)所有板的第1、13、18號承軌臺(即圖 2所示 1、2、3號測點)→沿線路右側(cè)測量到本站最遠一塊板后，標架掉頭→標架緊靠在線路前進方向的左側(cè)軌臺依次測量本站內(nèi)所有板的20、15、3號承軌臺(即圖2所示4、5、6號測點)→本站測量結(jié)束。

圖2 軌道板檢測示意

④一個檢測區(qū)段至少應(yīng)超過300m。每次換站時，要求與上一測站搭接一塊板，且平面與高程搭接精度應(yīng)小于2 mm。

4 軌道板檢測的數(shù)據(jù)處理原理

通過外業(yè)測量，可以得到軌道板上各檢測承軌臺支撐處的三維坐標(以下簡稱實測坐標)。此外，在設(shè)計的過程中，軌道板上各承軌臺支撐處都還有一個確定的三維坐標(以下簡稱設(shè)計坐標)。軌道板檢測后，各檢測處即有兩套坐標:實測坐標和設(shè)計坐標。根據(jù)文獻［3］的相關(guān)規(guī)定，需要得出各軌道板的橫向偏差、縱向偏差、高差，以及各相鄰軌道板之間的相對橫向偏差、相對高差等。由于實測坐標與設(shè)計坐標均采用了CPⅢ坐標基準，因此高程方向的偏差比較容易得到，但平面橫向和縱向的偏差則不能直接得到，故對于平面橫向和縱向的偏差需進一步的分析處理。

通過測量數(shù)據(jù)得到橫向和縱向的偏差，會涉及到兩個不同的坐標系:①CPⅢ控制網(wǎng)所定義的測量坐標系，如圖3所示，假定此處CPⅢ控制網(wǎng)的坐標系為XOY;②軌道板縱向與橫向所定義的分析坐標系，如圖3所示，1和6設(shè)計位置的連線即為軌道板的橫向方向。那么對于6號檢測點來說，可以6號點為原點o，以6與1的連線為y軸，與y軸垂直的方向為x軸建立分析坐標系xoy。因此只要將實測位置與設(shè)計位置的偏差轉(zhuǎn)換到分析坐標系xoy中，即可得到橫向偏差、縱向偏差等。

圖3 坐標示意

進一步分析各個檢測數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，在坐標系XOY與坐標系xoy中，存在兩個公共點1和6，并且1和6在坐標系XOY及坐標系xoy中的坐標均已知。例如:1和6的在坐標系XOY中的坐標為實測坐標;1和6在坐標系xoy中的坐標分別為(0，S16)(S16表示1與6之間的距離，該距離可以根據(jù)FFC文件提供的設(shè)計坐標進行計算得到)及(0，0)，則根據(jù)這兩個公共點，可求出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)(不考慮尺度變化)。根據(jù)此轉(zhuǎn)換參數(shù)，即可將實測出的1或者6在XOY坐標系中的坐標轉(zhuǎn)換成在xoy坐標系中的坐標，進一步則得出橫向偏差與縱向偏差。

5 工程實踐

受某客運專線業(yè)主委托，對某客運專線的軌道板進行了檢測，并結(jié)合該客運專線建設(shè)指揮部對于軌道板鋪設(shè)灌注后測量驗收檢查項目的要求，分別對軌道板中線偏差、高程偏差、相鄰軌道板接縫處承軌臺頂面相對高差和平面位置進行統(tǒng)計，并對同向搭接偏差進行了統(tǒng)計。

(1)軌道板橫向偏差采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對R89688-R89795區(qū)段軌道板的偏差進行統(tǒng)計分析，見表4和表5。

表4 R89688－R89795區(qū)段軌道板偏差統(tǒng)計

表5 R89688－R89795區(qū)段軌道板相鄰偏差統(tǒng)計

對上述抽檢的偏差進行進一步統(tǒng)計分析，可得到左右軌橫向偏差、高程偏差，以及左右軌相鄰軌道板橫向相對偏差、高程相對偏差偏差分布，以左軌橫向偏差和左軌高程偏差為例，如圖4和圖5所示。

圖4 左軌橫向偏差分布

(2)軌道板橫向偏差分析

通過以上統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分布情況，可以看出，橫向誤差有些出現(xiàn)突變，但大部分較為平順。

就目前所檢測的軌道板存在的橫向偏差超限的問題，根據(jù)現(xiàn)場情況進行了分析:

圖5 左軌高程偏差分布

①有些軌道板上有部分水泥沒有清理干凈，給外業(yè)采集帶來一定的誤差。

②有些地段CPⅢ完成復(fù)測時間過長，由于CPⅢ發(fā)生變動，因而對全站儀設(shè)站帶來了影響，輕者對軌道檢測帶來了一些不必要的誤差，重者造成無法進行檢測。

③軌道板灌漿后，可能存在側(cè)滑，對側(cè)滑嚴重的個別板需進行揭板處理。

④軌道板精調(diào)時采用的是GRP，在后期經(jīng)過軌道板的鋪設(shè)、灌漿等施工工藝和一定的負載之后，會對現(xiàn)存的CPⅢ的平面位置產(chǎn)生影響，導(dǎo)致基于CPⅢ測量的軌道板的中線位置發(fā)生偏差。

(3)軌道板高程偏差分析

通過以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高程偏差超過限差2 mm的情況較多，且高程偏差為正的概率較大。結(jié)合現(xiàn)場檢測的實際情況，做出以下分析:

①有些軌道板上有部分水泥沒有清理干凈，故測出來的高程比理論的高程值要高。

②軌道板灌漿后，可能存在上浮，對上浮嚴重的板需采取揭板處理。

③軌道板上的荷載未達到設(shè)計荷載值，也可能是造成目前大部分高程偏差出現(xiàn)為正的原因之一。

6 結(jié)論與建議

(1)軌道板檢測采用的是單盤位一測回的測量方式，缺乏必要的檢核措施，為保證數(shù)據(jù)能客觀反映軌道板的實際狀況，對有疑問的數(shù)據(jù)必須經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核。

(2)數(shù)據(jù)處理采取的是坐標轉(zhuǎn)換的思想，因而所檢測位置及其相鄰橫向位置必須同時具備設(shè)計坐標和實測坐標，否則無法得到該處的相關(guān)偏差。

(3)軌道板檢測屬于較新的技術(shù)，該技術(shù)可有效對軌道板鋪設(shè)質(zhì)量進行把關(guān)，對檢測不合格的軌道板，應(yīng)采取揭板等措施進行及時處理。該項工作能及時發(fā)現(xiàn)軌道板精調(diào)偏差過大的情況，有效指導(dǎo)軌道板的進一步調(diào)整，從而為今后的長軌精調(diào)打下基礎(chǔ)。

［1］李崢輝．CRTS_型板式無砟軌道系統(tǒng)鋪板后的檢測方案［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2010(3)

［2］中華人民共和國鐵道部．TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010

［3］中華人民共和國鐵道部．鐵建設(shè)［2009］218號 高速鐵路CTRSⅡ型板式無砟軌道施工質(zhì)量驗收暫行標準［S］．北京:中國鐵道出版社，2010