淺談使用電子水準儀檢測承軌臺高程

李良斌

中冶（貴州）建設投資發展有限公司 貴州 貴陽 550000

近年來，隨著我國《中長期鐵路網規劃》的逐步落實，高速鐵路的發展進入到一個高質量快速發展期。鑒于國外相關成功經驗，目前我國高速鐵路和客運專線軌道形式主要為無砟軌道。CRTSIII型板式無砟軌道結構作為我國自主研發的具有完全自主知識產權的一種創新型無砟軌道技術成果，得到了業界高度認可及重視。其結構、設計、建造技術均不同于已有的其他軌道[1]。改變傳統限位凸臺和定位錐限位方式，通過擴展板下填充材料形成整體較好的復合結構。施工中的關鍵施工技術為：根據工程類型，選用外形一樣的縱聯板和單元板，承軌臺設有擋肩。為實現軌道板承軌臺位置與平面設計線形和豎面設計線形的空間匹配，可參用承軌臺高程測量完成線路軌道板定位精調，從而保證了軌道空間幾何線形的高平順性、高穩定性、高舒適度。此外，凝土之間使用自密實混凝土來進行灌注固定。在自密實混凝土灌注施工后，雖然精調軟件可以對灌注好的軌道板進行縱向、橫向、及高程偏差進行檢測，但由于受現有軟件設計（目前軌道板檢板軟件只能檢測軌道板兩端的各2個承軌臺）以及全站儀精度所限，無法得到每一個承軌臺的精確高程，但為確保下道工序――長軌精調的施工質量，達到少換扣件、節約成本、降低工程投資、提高經濟效益的目的，我們又急需掌握這一重要數據。

綜上所述，使用電子水準儀檢測承軌臺高程是不可或缺的。本文緊密結合現場工程實例，探索出使用電子水準儀測量承軌臺高程，并結合Excel、CAD軟件將測量數據轉化為CAD圖形的方法。該方法具有：測量精度高、速度快、圖形直觀形象、查找問題迅速準確、方便領導動態掌控等優點，且在鄭徐客專施工過程取得了不錯的效果。

1 工程概況

新建鄭州至徐州鐵路客運專線ZXZQ05標段起于河南省商丘市民權縣史鋪村，終止于商丘市謝集車站西側。起止里程DK144+745.410～DK171+888.285（含該墩），標段正線全長27.143 km。測區中央子午線經度位于115°00′00″-115°30′00″之間，投影面大地高為30-40 m。采用CRTSIII型板式無砟軌道結構，該軌道系統主要由196 mm底座+4 mm隔離層土工布+90 mm自密實混凝土+200 mm軌道板+38 mm承軌臺+34mmWJ-8B扣件+176 mm鋼軌組成。

2 使用電子水準儀檢測承軌臺的必要性

高速鐵路承軌臺高程限差大小直接影響長鋼軌精調的效率，精確地計算出軌道板實際的空間姿態是保證軌道平順度的必要條件。CRTSIII型板式無砟軌道精調就是把軌道板逐一調整到線路設計的理論位置，再通過自密實混凝土來實現軌道板與底座的復合式連接。而施工現場往往存在施工偏差引起的里程偏差，這些施工偏差在路基與隧道段可進行一定程度的調整，但橋梁段由于其結構和施工的特殊性而無法進行調整這些偏差。這使得原本已設計好的布板方案需要根據橋梁段的實際施工情況來進行調整并重新計算軌道板施工定位點的設計坐標，在布板調整完成后才能保證CRTSIII型板式無砟軌道施工定位的順利進行，浪費大量人力物力。此外在現場測量設備方面，在軌道板精調作業流程中，主要采用全站儀和精調測量標架相配合方式檢測承軌臺差值，步驟繁瑣，施工過程中往往無法真正實施。為滿足高速鐵路“高速度、高平順性”的要求和客運專線高速鐵路高精度測量要求，需要使用精度高和自動化程度高的測量儀器設備。

3 具體操作步驟

3.1 電子水準儀測量承軌臺高程

使用電子水準儀測量承軌臺高程可采用普通電子水準測量方式進行，但需注意以下幾點：

（1）電子水準儀預熱

為確保測量精度，觀測前30min將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫一致；并進行不少于20次單次測量，達到儀器預熱的目的[2]。

（2）適配器的使用

在后視觀測時銦瓦尺不加設適配器，測量承軌臺時再在尺底加設適配器，這樣做即可以在后視時使銦瓦尺方便放置在水準球的最高點，又能準確測量到承軌臺的點位高程，計算時只需把測量得數據減去適配器高度即可[3]。

（3）測量數值編號

此項為數據處理過程中關鍵的一個步驟，也是能夠正確進行測量數據處理的先決條件。為使在測量數據導入Excel后方便排序，在測量時將測量數值統一使用7位阿拉伯數字編號,采用“鋼軌號+橋跨號+板號+承軌臺號”。例如編號1161011代表第161跨第1列鋼軌下第1塊板第1個承軌臺（見圖1）。將“鋼軌編號”放到首位，一方面方便在Excel中排序，另外也使得繪制CAD圖形時能夠將同一鋼軌下的承軌臺生成一條線形。在此特別提醒要重視編號格式，否則會給后期Excel數據處理增添不必要的麻煩。

圖1 編號命名

3.2 測量數據在excel中的處理（見表1）

表2 承軌臺測點及測點編號信息

（1）首先把電子水準儀內存卡中的.dat文件導入電腦中，選取承軌臺編號及高程列復制到打開的Excel中，將列分別命名為：承軌臺編號、承軌臺高程[4]。

（2）將以上數據按照承軌臺編號進行排序。

（3）在Excel中新建3列，分別為：承軌臺間距、繪圖二維坐標、繪圖點位、編號。

（4）把承軌臺間距數值（由設計圖紙算出）輸入“承軌臺間距”列，并將其數值除以1000（用合適比例繪圖利于圖形顯示高程變化），用連接符把“高程”和“承軌臺間距”列連接成二維坐標。

（5）用CAD圓環命令“donut”連接“高程”、“ 承軌臺間距”、“承軌臺編號”，以便在CAD中生成承軌臺測點及測點編號。

該命令全部內容為:

IF(OR(A2=FALSE,C2=FALSE,J2=FALSE),"","_donut00.00 02"&ROUND(H2,3)&","&ROUND(Q2,5)& " "&" -text j ML "&R OUND((H2+0.0001),3)&","&ROUND(Q2-0.0002,5)&" 0.0001 0"& A2)，公式意思是：如果a或c或j列為FALSE則返回空格，否則以0為圓環內徑，以0.0002為圓環外徑，以h(取3位小數)為x坐標,以q(取5位小數)為y坐標畫圓環，并且連接單元格j（位置以h+0.0001為x坐標，以q-0.002為y坐標，字體高度為0.0001，旋轉角度為0。

此命令為自動生成CAD圖形關鍵一步。

3.3 測量數據在CAD中的處理(見圖2)

圖2 承軌臺高程變化曲線圖

打開CAD，用多段線命令將“二維坐標”列粘貼入命令欄內生成承軌臺高程變化曲線，將“點名標識”列粘貼入命令欄生成承軌臺點位及點位編號，操作后即可自動生成如下圖形。

至此，我們就得到了想要的承軌臺點連線CAD圖形，由圖我們可以清晰看出承軌臺高程的平順性情況，也可以一眼發現哪個承軌臺高程出現突變，并能輕松量取該點變化量的大小。

將圖2局部放大后我們能夠查看每個承軌臺的具體情況，如圖3所示：我們可以看出161跨第一、第二塊軌道板中間均出現了上拱現象，第一塊板的最高點為第5號承軌臺處，第二塊板的最高點為第5號承軌臺處，兩塊板間搭接基本平順。在CAD圖形中我們還可以量取到其具體數值。

圖3 承軌臺局部放大圖

4 結論

目前鄭徐高鐵施工已進入軌道精度階段，通過軌檢小車測量所得數據，與前期電子水準儀檢測承軌臺高程數據進行對比，二者具有較好的吻合性。我們探索的綜合使用電子水準儀、Excel和CAD軟件生成承軌臺波形圖技術，既彌補了前期軌道板精調軟件檢板功能的不足，又具有后期軌檢小車所不具備的簡便靈活性、超前及時性，利用這一技術實現了軌道板精調施工和承軌臺精準檢測的同步，使得軌道板精調結果能夠得到及時反饋。