有砟線路三維定位及精確測量

劉延軍

(大秦股份有限公司太原南工務(wù)段，山西太原 030000)

隨著高速鐵路迅速發(fā)展，無砟軌道和有砟軌道都有著不同的發(fā)展規(guī)模，無砟軌道因其覆蓋精測網(wǎng)和相配套的精密測量儀器，能夠為維修養(yǎng)護提供準確的作業(yè)數(shù)據(jù)，而有砟軌道無論新開通線路還是大提速后的既有線，精測網(wǎng)覆蓋不到位，沒有相配套的精密測量儀器，不能為維修養(yǎng)護提供準確作業(yè)數(shù)據(jù)，因此如何做好有砟軌道的維修養(yǎng)護是我們面臨的問題。

為了做好有砟軌道線路設(shè)備維修管理，提高維修技術(shù)水平，滿足線路高平順性、高穩(wěn)定性、高可靠性的要求，需要對線路進行精確測量并準確定位，因此我們應(yīng)積極采用新技術(shù)和先進的測量、施工作業(yè)方法，優(yōu)化作業(yè)組織，提高線路檢修質(zhì)量，“線路三維定位”系統(tǒng)就是其中一項新方法。

近些年三維定位技術(shù)在鐵路線路中逐步應(yīng)用，通過建立永久性定位樁，固定軌道結(jié)構(gòu)，為日后維修養(yǎng)護制定標尺，但對定位樁如何定位及精確測量，在各個地方都不相同，在此談?wù)勛约旱南敕ā?/p>

1 三維定位概述

1)“線路三維定位”系統(tǒng)是通過在線路上設(shè)立定位樁，對線路橫向、縱向距離，高程進行定期觀測控制管理的系統(tǒng)。

2)“線路三維定位”系統(tǒng)能夠監(jiān)測控制線路形狀的固定位置，指導(dǎo)大中維修及日常線路的施工養(yǎng)護維修，它能夠準確固定保持線路位置，進而保證和提高線路設(shè)備質(zhì)量，對確保線路高平順、高穩(wěn)定性、高可靠性起著重要的作用。

3)“線路三維定位”系統(tǒng)是高速鐵路和提速干線實施線路定位管理的新方法，它對保證有砟線路的質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。同時它對其他線路的線型控制也有很好的作用。

2 “線路三維定位”系統(tǒng)的布置

定位樁的布置包括直線定位、曲線定位、道岔定位。

1)直線定位:每50 m布置1個樁，可布置于兩線間或上下行分別布置(建議上下行分別布置不僅是因為路肩處容易布置:而且可以為日后大機作業(yè)提供方便);

2)曲線定位:每條曲線于曲線要素處布樁分別為直緩點、緩圓點、曲中點、圓緩點、緩直點，進入緩和曲線和圓曲線內(nèi)每10 m布置1個樁;

3)道岔定位:在進入岔區(qū)前50 m開始布樁，每10 m布置1個樁(上下行可共用此樁)，進入道岔后，每組道岔設(shè)置5個定位樁，其中在基本軌軌頭、尖軌中部、導(dǎo)曲線中部、尖軌限位器、轍叉根端各安裝1個樁，夾直線每10 m布置1個樁(上下行可共用此樁)。

直線、曲線、道岔布樁應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況科學(xué)布樁;

直線和曲線定位樁編號按照里程由小到大進行，道岔區(qū)單獨編號按照里程由小到大進行。

3 “線路三維定位”系統(tǒng)的測量方法

首先確定測量目標:

一是定位樁即預(yù)先布置的有十字標志的控制樁;

一是軌面測量點即與定位樁對應(yīng)鋼軌軌面，其中曲線高程需測量曲線下股，偏距需測量曲線上股。

1)CPⅢ精測網(wǎng)測量法。

當(dāng)線路布置有精測網(wǎng)時，利用軌道三維控制網(wǎng)(CPⅢ)，通過使用全站儀對CPⅢ點進行測量，與CPⅢ網(wǎng)建立坐標系，可以采用后方交會法。

a.使用全站儀進行定位樁測量，得到定位樁坐標x，y，z值(x，y為平面坐標，z為高程)。

b.使用全站儀進行軌面測量點測量，得到軌面測量點坐標x'，y'，z'值。

c.通過定位樁坐標 x，y，z值及軌面坐標 x'，y'，z'值，使用里程對應(yīng)公式得到定位樁所對應(yīng)里程位置Y里程，并得到該里程線路中心坐標X，Y，Z值，根據(jù)坐標值計算出定位樁到線路中心的理論高差H理，定位樁到線路中心的理論偏距L理。

e.計算起道量H起和撥道量L撥:

當(dāng)定位樁在所測行別線路中心的左側(cè)時:

L實-L理＞0，撥道方向為左;

L實-L理＜0，撥道方向為右;

當(dāng)定位樁在所測行別線路中心的右側(cè)時:

L實-L理＞0，撥道方向為右;

L實-L理＜0，撥道方向為左。

f.數(shù)據(jù)標記:在鋼軌外側(cè)標記定位樁到軌面測量點的設(shè)計偏距L標=LL±L撥和設(shè)計高差H理=HL+H起，為日后維修養(yǎng)護作業(yè)提供調(diào)整標準。

2)參考點測量法。

當(dāng)線路并未覆蓋精測網(wǎng)時，通過選取一個固定點作為參考點，使用全站儀對參考點進行測量并建立臨時坐標系。

a.使用全站儀進行定位樁測量，得到定位樁坐標x，y值(x，y為平面坐標)。

b.使用全站儀進行軌面測量，得到軌面坐標x'，y'值。

c.對多個軌面測量x'，y'數(shù)據(jù)進行線性擬合，選取最理想線性函數(shù)，得到軌面理論坐標X，Y值。

d.使用L形軌道卡尺測量，得到定位樁到線路軌面測點的實際高差H實，定位樁到線路軌面測點的實際偏距L實。

e.計算撥道量L撥:

當(dāng)定位樁在所測行別線路中心的左側(cè)時:

L撥＞0，撥道方向為左;

L撥＜0，撥道方向為右;

當(dāng)定位樁在所測行別線路中心的右側(cè)時:

L撥＞0，撥道方向為右;

L撥＜0，撥道方向為左。

f.使用高程標尺對定位樁進行高程測量，得到定位樁高程h1。

g.使用高程標尺對軌面測量點進行高程測量，得到定位樁高程h2。

h.對一系列軌面h2數(shù)據(jù)進行拉坡重計算，得到軌面測量點的理論高程H理。

i.計算起道量H起:

j.數(shù)據(jù)標記:在鋼軌外側(cè)標記L標=L實±L撥和H標=H理-h1，標記數(shù)據(jù)為日后維修養(yǎng)護作業(yè)提供調(diào)整標準。

上述最后指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)據(jù)是起道量H起和撥道量L撥，起道量永遠為正值，撥道量以小里程到大里程方向為依據(jù)，分為向左撥道和向右撥道。

4 建立“線路三維定位”系統(tǒng)臺賬

因新線路開通后，隨著運營時間的增加，線路結(jié)構(gòu)逐步變化，與設(shè)計資料比較，線路軌道設(shè)備發(fā)展不均衡，不能保持良好狀態(tài)。

既有線路沒有設(shè)計資料，在進行撥道量和起道量計算時，使用的是優(yōu)化參數(shù)，同時坐標系為臨時坐標系，作業(yè)后的線路沒有設(shè)計資料可以比較，因此必須對“線路三維定位”系統(tǒng)建立臺賬。

1)定位樁臺賬:對每一個定位樁編號并記錄在冊，包括損毀和新建情況;

2)軌面測量點臺賬:對每一處軌面測量點編號并記錄在冊，包括測點所在位置，線路基本情況(線型、坡度、鋼軌型號、作業(yè)次數(shù))等內(nèi)容;

3)數(shù)據(jù)臺賬:分為測量數(shù)據(jù)臺賬，計算數(shù)據(jù)臺賬，作業(yè)數(shù)據(jù)臺賬，復(fù)測數(shù)據(jù)臺賬。

通過系統(tǒng)臺賬的建立，我們可以對“三維定位”系統(tǒng)的了解做到及時性、系統(tǒng)性、準確性。

隨著鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，通過認真學(xué)習(xí)和借鑒國外高速鐵路建設(shè)和運營的成功經(jīng)驗，堅持博采眾長，加強自主創(chuàng)新，系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)集成，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建具有自主創(chuàng)新的技術(shù)體系，才能創(chuàng)造我國自有的鐵路運輸體系。隨著大提速的步伐對線路的要求越來越嚴格，不能只憑借經(jīng)驗和照搬其他國家體系系統(tǒng)，因此通過自己建立數(shù)據(jù)系統(tǒng)來整理適合自身的工作系統(tǒng)，三維定位系統(tǒng)的建立能通過長期對線路觀測，整理和總結(jié)數(shù)據(jù)資料，從而建立適合我國鐵路工務(wù)管理養(yǎng)護的系統(tǒng)模式。

［1］ 王兆祥.鐵道工程測量［M］.北京:中國鐵道出版社，1998:25-27.

［2］ 鐵道部.中華人民共和國高速鐵路有砟軌道線路維修規(guī)則［M］.北京:中國鐵道出版社，2013:3.

［3］ 周玉輝.高速鐵路工程測量有關(guān)技術(shù)問題的探討［J］.鐵道勘察，2005(30):67-69.