螺栓孔速调标架测量调板方式

哈大客运专线CRTS I型板测量调板方案推荐二零零八年十二月目录1 板式轨道目前测量调板方案介绍- 1 -1.1 CRTSn型板测量调板方式 -1 -1.2 CRTSI型板传统测量调板方式(新干线方式) -1 -1.3 哈大高铁具体情况 -2 -2 螺栓孔速调标架测量调板方式- 2 -2.1 概述 -2 -2.2 定位基准确定 -2 -2.3 测量基础 -3 -2.4 使用软件和设备 -3 -(1) 轨道板精调软件- 3 -(2) 工控机 -5-(3) 数传电台 -5-(4) 显示器 -5-(5) 全站仪 -5-(6) 螺栓孔速调标架- 5 -2.5 方案实施 -6 -(1) 测量前准备 -6-(2) 设站 -6-(3) 观测 -7-(4) 调整 -7-2.6 误差来源分析 -7 -2.7 误差估计和处理方案 -82.8 工效对比(与传统三角规、基准器方式) -8 -3 螺栓孔速调标架方案创新点 -9 -3.1 精简工艺流程 -93.2 采用电脑记录 -9 -3.3 调板设备可重复利用 -9 -3.4 数据可共享并对轨道调整提供指导 -94 建议 -10 -1板式轨道目前测量调板方案介绍1.1 CRTS n型板测量调板方式CRTS n型板（博格板）精调的基础是：每块 CRTS n型板（博格板）结构上具有 10对在工厂经过精确打磨过的承轨槽；调板时控制点为相对精度能够达到平面0.2mm、高程 0.1mm的基准点。全站仪架设在基准点上，通过测量安置在承轨槽上测量标架的棱镜，利用轨道板精调软件计算实测值与理论值的偏差，进而进行调整，直到横向和高程达到相对板内误差0.3mm；板间误差0.4mm精度，完成轨道板的精调。如图 1-1图1-1: CRTSn型板（博格板）精调示意图1.2 CRTS I型板传统测量调板方式（新干线方式）CRTS I型板没有精确打磨过的承轨槽，板与板之间存在凸型挡台，并在其上设置基准器。通过导线网测量控制基准器，在控制基准器的基础上进行加密基准器进行调整，使其达到相邻基准器横向1mm、高程1mm的精度。表1-1控制基准器施测精度要求方向允许误差高程允许误差距离允许误差直线曲线 |4士mm1/200001/10000表1-2加密基准器施测精度要求偏离控制基桩方向允许误差相邻基桩间距相邻基桩高程直线曲线允许误差允许误差士mm土mm及mm士mm用偏角法测量注：加密基准器间误差应在两相邻控制基准器内调整。调板时，将两个三角规架设在轨道板的前后两个基准器上，调整轨道板的横向及高程,使其达到相对横向 2mm;高程1mm的精度。如图2凸 型 挡 台凸 型 挡 台图1-2:三角规调板示意图1.3 哈大高铁具体情况哈大高铁采用的是 CRTS I型板，但是根据国内对该型板的施工情况看来，采用传统三 角规、基准器方式测量调板的精度不是很理想，出现错误的情况很多，人为因素影响多，现场调板后没有数据保存提供检查，调板的精度差对后续的钢轨调整造成很大的困难。因此， 提出了改进调板方式，以确保 CRTS I型板测量精度，甚至提高其调板精度的要求。鉴于国内铁路采用 CPin控制网实际情况，和京津高铁调整CRTSn型板、武广纵连板的实践经验，我们建议采用螺栓孔标架的测量调板方式，来解决调板精度的问题。2螺栓孔速调标架测量调板方式2.1 概述根据铁道部对高速铁路技术引进、消化、再创新的精神，铁路系统的相关部门研制了一种新板型纵连板，为了寻找一种适合纵连板的测量调板方式。铁道部工管中心，中国中铁委托中铁二局和南方测绘，进行纵连板测量调板方式研究与实践。中铁二局和南方测绘在总结了京津城际博格板的测量调板方案，并结合日本新干线的测量调板方案，提出了两种测量调板方案：改进的三角规、基准器的测量调板方案；螺栓孔速调标架的测量调板方案。2008年4月在中铁六局平谷板厂，搭建了纵连板试验场，经过中铁二局和南方测绘共 同的努力，两种方案均通过了经工管中心与中国中铁验收。被推荐在武广综合试验段使用， 尤其是螺栓孔速调标架的方案，作为主选方案，对双线1.6公里的纵连板进行轨道板精调。2008年7月，在中铁二局、中铁八局和南方测绘共同努力下，纵连板测量调板工作， 采用螺栓孔速调标架方案，顺利完成了该工作。经全站仪、水准仪的独立检测，所有精度指 标均优于横向1mm、高程1mm的精度要求。2.2 定位基准确定CRTS I型板的钢轨调整是用扣件来调整，扣件是安放在螺栓孔上的，因此扣件螺栓孔 的线性是否良好，决定了钢轨是否能够顺利的调整。在CRTS I型板的设计和制作上，对它的螺栓孔有精度的要求：横向1mm、高程1mm。安置在螺栓孔内的扣件可调范围是10mm。可见将螺栓孔调整到位， 在扣件的调整范围内调整钢轨，就可以达到设计上对钢轨精度的要求。总之以螺栓孔作为基准，来铺设CRTS I型板是可行的。2.3 测量基础此种方案以线路两侧 cpiii控制网作为测量基础。CPIII网作为我国铁路建设的最为重要的施工和维护控制网，经过多年的实践检验， 证明该控制网有良好的点间精度， 相邻两个CPIII点可以达到平面 1mm、高程是0.5mm的误差。在该网下测量线路，能确保线路测量 的连续性，相比传统的导线网有着不可比拟的优势。轨检小车在高速铁路中的测量就是采用了这种控制网。全站仪在CPIII控制网内做六点的自由设站，可以得到相对于控制网1mm的精度，即在该网先后设站，在该控制网内两个测站的相对误差会在2mm以内，与CRTS n型板的测量中两个控制点相对限差一致。 螺栓孔速调标架测量方案采用了 CRTS n型板的精调平滑处 理原理，那么这种偏差不会出现错台的出现。全站仪在CPIII控制网内做自由设站，计算出测站点的理论三维坐标值和所在的里程； 当全站仪测量放置在 CRTS I型板上螺栓孔速调标架上的棱镜后，可以测量出该棱镜所处位置的实测三维坐标， 根据坐标可以确定它在线路中的里程， 经过软件的里程推算， 得出该处 的理论三维坐标，软件计算实测和理论坐标的偏差，将偏差值显示在显示器上，根据偏差对CRTS I型板进行调整。2.4 使用软件和设备该方案主要使用以下软件和设备：轨道板精调软件该软件是在借鉴了轨检小车、博格公司SPS系统的基础上，自主研制开发的。将线路的设计数据输入后，能计算任何里程的坐标、超高数据。图2-1 :轨道板精调软件主界面根据桥梁间距不同， 在梁上的板型有所不同，或由于设计原因，线路设计会有不同的板类型以及排列方式，软件提供了本类型构造、板位置的编辑，通过这两类数据的输入，当软 件在测量相应里程时，可以自动识别对应不同的板型来测量。图2-2 :设置轨道板类型(2)工控机图2-3:工控机、坚固型笔记本电脑作为外业控制器。运行软件和控采用坚固型的专用工控机或使用坚固型的笔记本电脑, 制全站仪、传感器等。数传电台主要用于全站仪数据与工控机的数据交换。(4)显示器用于将CRTS I型板的调整量显示在调整工具的位置上。全站仪用于测量的关键设备，全站仪的精度必须满足测量精度1，测距精度1mm+2Ppm勺要求。(6)螺栓孔速调标架螺栓孔速调标架是采用螺栓孔作为定位基准的一种标架，标架上安置了两个测量棱镜和一个倾角传感器。考虑到螺栓孔在制作的过程中和CRTS I型板的平面位置高度可能不一，在设计螺栓孔插入机构的时候，做成环形接触，确保高程控制以轨道板的钢轨扣件底面为基准。速调标架棱镜插入螺栓孔插入螺栓孔一倾黯传感器图2-4:螺栓孔速调标架示意图及实物图2.5 方案实施测量前准备连接工控机、电台、显示器、电池等设备。作业前输入线路数据文件， 检查标架、棱镜、 传感器。图2-5:设计数据输入主界面(2)设站全站仪架设在线路中线附近，后视前后 6个CPIII点，进行自由设站。在换站过程，保证有4个CPIII网点与上一测站重合，自由设站精度1mm,保证站与站的平顺过渡。观测在设站完毕之后，通过数据传输电台控制全站仪的操作，可对轨道板上相应的棱镜进行测量，通过实测测量结果与理论数据的比较，计算偏差值。(4)调整每次设站可测量6块板，调整5块板，搭接一块板以消除错台误差。调板机具上的操作 人员，可以通过显示器，可以看到待调的轨道板的偏差，进而进行调整。调整完成之后，全站仪进行复测，直到轨道板达到：绝对误差3mm,板内相对误差高程1mm,横向1mm,纵向3mm的精度；板间误差高程 1mm,横向1mm的要求。转入下块板调整。图2-6:螺栓孔速调标架调板示意图及现场图2.6 误差来源分析表2-1 :误差来源表序号误差来源误差估计值 mm1棱镜、标架的加工误差0.22P 自由设站误差13I型板模具误差14标架放置误差0.25:棱镜和全站仪测量误差0.26倾斜传感器误差0.2不影响测量误差2.7 误差估计和处理方案根据测量学原理和测量误差传播定律，测量点的偏差为mx =；二：=1.5mm1上理论上相对于 CPIII网的误差为1.5mm。可以满足测量调板的要求。软件里提供了标架校正的功能，可以消除棱镜和标架的加工误差，使这项误差在同一系统内，作为一种系统差，不影响相对误差。即利用同一系统测量出来的结果在系统内的线性 可以保证的很好。自由设站的误差，软件中采用了搭接平滑过度的方案，消除设站误差。也可以确保测量的线性。标架放置误差，根据标架的结构，理论上不会大于0.1mm,实际上该误差来源于人为因数，和螺栓孔口的杂物。因此，在测量时检查螺栓孔是必要的工作。棱镜和全站仪的测量误差可以通过采用高等级的全站仪和棱镜来解决。倾斜传感器主要功能是提高调板的效率，测量值是以全站仪测量为标准，并不影响测量得主 庆 O2.8 工效对比（与传统三角规、基准器方式）螺栓孔速调标架调板测量方案与传统的基准器、三角规调整方案有工序简化，参与人员少等优点。整个操作过程省略了基准器精调这道工序，全站仪直接通过CPIII设站调板，在这个过程中只需要一名专业测量人员配合数名调板工人操作即可完成，无需占用过多的人力资源。反观传统的基准器、 三角规调板工序，基准器从放样到安装精调，需要至少3名以上专 业测量人员，及46个工人配合完成，在三角规调板过程中，还需要多名专业技术人员及 工人配合。基准器、三角规调整方案用时：按 1km双线，每块板5m计算。控制基准器需要 7工 作日，加密基准器需要 6工作日，调板按 7min （武广试验段实际数据）调一块板计算，需 要6工作日。总计用时19工作日。每个工作日按 8h计算。螺栓孔速调标架测量方案用时从调板时间上分析，此种方法简化了基准器放样、安装、 精调等工序所占用的时间，全站仪一次设站可完成5块轨道板（25 m）的调整，每块轨道板从采集数据到最终调整结束可以控制在15min之内。每个工作日按 8h计算，可完成32块（单线160m）轨道板精调。按1km双线，每块板5m计算。需要12.5工作日。人员及设备、时间估算对比（1km双线）：表2-2：方案对比表调整方案人员设备物资时间估算基准器、三角规 调整方案测量工程师1人、 测工3人、工人46人全站仪1台、电子水准 仪1台、三角规2个、 基准器若干、电锤、小 型发电机、19工作日螺栓孔速调标 架调整方案测量工程师1人、 工人4人。全站仪1台、精调标架2 个12.5工作日3螺栓孔速调标架方案创新点3.1 精简工艺流程在流程中减去了测量基准器的环节，基准器的调节是一道细致的测量工作，需要多名测工配合测量工程师进行施测，人员成本较高。而且基准器还需要安装的过程，所以该工序所需的工作时间是很长，使用的工具很多， 工序的工作量很大。3.2 采用电脑记录采用电脑软件的方案指导轨道板的安置，整个过程减少了人为误差、甚至人为错误的产生。测量的数据自动保存，不仅方便施工资料保管， 而且可以追索现场的测量数据进行分析。3.3 调板设备可重复利用采用螺栓孔速调标架的方法进行调板，采用的设备均可重复使用。 设备中的全站仪为通用设备，在前期cpiii的测设和后期的轨道精调及验收中都是必须设备。采用这样的调节方 案，也是极大的发挥了此类高价值设备的使用率。采用的螺栓孔速调标架均可重复使用， 且一次性投资很小。如果采用基准期和三角规的 测量方案，有大量的基准器设备被填埋于混凝土之下。 粗算一下，每公里要填埋的设备价值 在6万元以上，长线路工程中的损耗更是十分巨大。3.4 数据可共享并对轨道调整提供指导软件在该过程中产生的所有原始数据均被保留了下来。该数据可被钢轨调整等其他施工工作共享方便现场工作。由于采用该方案，I型板的调整精度大幅度提高。以此为基础，可以极大的提高后期钢轨精调的进度，缩减工期。电脑软件保存的数据， 可以用图形的方案显示出来，直观的反应轨道板调整质量，并可对轨道板的调整进行量化评价，具有现势性和可追溯性，对下一步利用轨检小车对轨道调整提供指导作用。4建议鉴于螺栓孔速调标架测量方案拥有测量误差少；工艺流程简单； 软件控制自动记录、可自动保存测量观测记录，数据可追索、分析； 可以指导铁轨精调并大幅度提高工作效率； 人员配备少；设备物资少; 工效好等特点。建议采用螺栓孔速调标架测量这种方案来进行I型板 的调整。