高速鐵路道岔板精調方法研究

李新增　郭新德

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津　300251)

1　坐標系

1.1　道岔板坐標系

高速鐵路道岔板一般在板場預制完成。為了滿足道岔板的制板及鋪設精度，在道岔設計、制造及鋪設時會使用不同的坐標系。

道岔板上孔位眾多，一般包括扣件孔位、精調棱鏡孔位、轉折機位及板角點等。為了保證單塊道岔板的制造精度，每個道岔板在設計時都定義了自己的坐標系統(tǒng)，各孔位均有自己的道岔板坐標系坐標。道岔板坐標系的定義方式如圖1所示，一般以道岔板的某一角點做為道岔板坐標系的原點，縱向(延線路方向)為X軸，其垂直方向為Y軸。然后根據(jù)各孔位的坐標進行模板的設計并進行道岔板的生產(chǎn)。

圖1　道岔板坐標系統(tǒng)

1.2　道岔坐標系

為了保證道岔的整體精度，在設計不同型號道岔時，設計單位又設計了一個相應的道岔坐標系，以保證整個道岔的統(tǒng)一性。一般是以岔前的第一塊道岔板的第一個承軌臺中心為原點，原點至岔尾方向構成坐標系縱軸(L軸)，垂直L往右為橫軸(Q軸)。道岔板各孔位在道岔坐標系下又有一套坐標，表1所示是某組道岔的道岔坐標點。

表1　孔位等在道岔坐標系統(tǒng)下的坐標

1.3　道岔施工坐標系

道岔施工坐標系，即線路工程獨立坐標系。

2　道岔坐標系與施工坐標系的轉換

道岔板的精調：首先要做的就是把道岔坐標系轉化為施工坐標系，再利用軌道基準點，將道岔板鋪設到設計位置。

2.1　平面坐標的轉化

在道岔設計時，設計專業(yè)給出道岔坐標系和施工坐標系之間的三個公共點，利用此三個公共點可完成由道岔坐標系向施工坐標系的轉化。根據(jù)現(xiàn)場的大量實驗，采用四參數(shù)坐標轉換的結果相對精度較高，其轉化方式如下

(1)

式(1)中，Δx、Δy為平移參數(shù)，α為旋轉參數(shù)，K為縮放比例。

將cosα、sinα泰勒一階展開，代入式(1)，列出誤差方程

V=BX-L

(2)

若公共點的個數(shù)大于等于2，則可根據(jù)最小二乘原理，組成法方程，求解出Δx、Δy、α、K，即可將道岔坐標系轉化為施工坐標系。

我單位基于上述原理，開發(fā)完成了道岔板坐標與施工坐標轉換程序，得到廣泛認可，并在我國某客運專線推廣使用。

2.2　高程的轉化

道岔板承軌臺的高程可以從設計圖紙上直接讀出，理論數(shù)據(jù)計算時，可讀取岔前和岔尾各一個高程點，并根據(jù)道岔的坡度及軌枕距離(一般為600 mm)，使用內插的方法計算每個棱鏡點的理論高程值。

3　道岔板的精調方法

首先，將轉化完后的道岔板棱鏡孔位的施工坐標、軌道基準點坐標輸入到道岔板精調系統(tǒng)內。精調時利用軌道基準點進行全站儀設站，并對道岔板棱鏡孔位上的棱鏡進行測量，根據(jù)測量值與理論值的差值進行道岔板的調整，直至將道岔板精調到位。

3.1　一組道岔板精調的整體順序

第一：道岔板精調時，應先精調渡線道岔過渡區(qū)域的道岔板(寬板)，再由此向兩邊延伸，單開道岔要從岔尾處調起，依次向岔頭方向調整，不得在調整過程中變換調整方向，這樣會對道岔的整體平順性產(chǎn)生影響。精調順序如圖2所示。

圖2　道岔板精調順序

第二：視距要保證在6～25 m范圍內，即一站調整1～3塊板。

第三：每次設站均須以上一塊板為基準搭接(第一塊除外)。

3.2　單個道岔板的精調順序

第一：單塊道岔板精調時要先調整4個角點的高程。將4個角點的高程精調到位，再檢驗棱鏡孔位是否合格，棱鏡孔位的相對較差應小于1 mm，否則就應將不合格的孔位剔除，以保證道岔板位置的準確。

第二：調整平面位置時，根據(jù)測得的各棱鏡孔位實際坐標計算出道岔板的調整方向和調整量。如發(fā)現(xiàn)道岔板2個板邊的調整方向相反時，應先將道岔板調整順直，使2個板邊的調整方向相同，調整量接近后再進行縱橫向的調整。調整時精調人員一定要保持動作一致，以保證道岔板調整精度。

第三：對重量較小的道岔板盡量使用對角點調整方法。對重量較大的道岔板，不宜使用此方法，因為板的重量會使精調爪受損，應使用四角調整方法。

第四：在四個角點的高程及平面調整好后，再調整板中部(兩側中部精調爪或板內調高螺栓)高程。

第五：在所有的位置都調整完畢后，要進行一次完整測量，與上一塊已精調完畢的道岔板進行搭接，完整測量時道岔板的縱、橫向和高程以及與上一塊板的搭接數(shù)值在±0.3 mm的范圍內，道岔板中部高程在±0.5 mm范圍內。

第六：對精調后的道岔板要加以保護，嚴禁踩踏。

3.3　道岔板與正線板的銜接

道岔板與正線板銜接時，一般采取以澆筑好道岔板為基準平順正線板的方式進行。首先使用軌道基準點進行全站儀的設站，測量出與正線軌道板相鄰道岔板的偏差，再根據(jù)偏差量調整正線軌道板。

4　灌注后道岔板平順性分析方法

4.1　平面平順性分析

使用CPⅢ控制網(wǎng)或軌道基準點對全站儀進行設站，測量出道岔板棱鏡孔位在施工坐標系下(X，Y)的坐標，并且計算出實測坐標與理論坐標的差值(ΔX，

ΔY)。再根據(jù)施工坐標系與道岔坐標系的兩個公共點計算出施工坐標系與道岔坐標系(L，Q坐標系)的夾角，如圖3所示。

圖3　施工坐標系與道岔坐標系旋轉關系示意

設某一點施工坐標系中的偏差為(ΔX，ΔY)，根據(jù)施工坐標系與道岔坐標系的角度關系，將(ΔX，ΔY)在L向和Q向進行分解，即dq=ΔX1+ΔY1，縱向偏差為dl=ΔX2+ΔY2。計算所有測點的dq和dl的平均值，作為基準，則所有dq和dl與基準的差值即為各測點的偏差量，相鄰測點偏差量的差值即為道岔板的平順性。

4.2　高程平順性分析

道岔板高程平順性分析時，計算每個軌枕的高程實測值與理論值的偏差值，將所有偏差值取平均并作為基準，然后所有的偏差值與基準值的差值即為道岔板高程的偏差值，兩個相鄰點的偏差值之差即為道岔板高程的不平順性。

5　結束語

通過京滬高鐵、石武及津秦客專等各條高速鐵路道岔板精調實踐，總結經(jīng)驗如下：

(1)全站儀設站和后視棱鏡安裝使用的三角架的高度應進行校核，發(fā)現(xiàn)高度變化及時在精調中修正，避免對中桿磨損造成三角架高度的變化。

(2)道岔板精調到位以后，需立即安裝下壓裝置，并且在大超高的地段還應加設橫向固定裝置，安裝下壓裝置后需立即進行完測檢查，對超限的棱鏡點需重新進行調整。

(3)道岔板自密實混凝土澆筑前，對道岔板位置進行復測，確保所有測點均滿足限差要求。

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