轨道板精调技术总结.docx

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轨道板精调技术总结

京沪高铁CRTSⅡ型轨道板精调

一.引言

随着国内高速铁路的飞速发展，对板式轨道的精调测量系统的需求将与日俱增，无论是何种形式，何种规格的板式无砟轨道，只有具体的测量标架形状，性能的差异，而轨道板的精密测量，调整定位原理却基本相同。

下面就针对我项目部所参加的CRTSⅡ型板精调系统做介绍与总结。

CRTSⅡ板型又称“博格板”，轨道板精调测量系统是针对高速铁路的CRTSⅡ型板式无砟轨道施工时辅设轨道板而专门研制的精调测量定位系统。

利用本系统可精确测量出待调轨道板与设计位置间的横向和高差偏差，并将调整量发送至与调整工位对应的显示器上，指导工人将轨道板调整至设计位置处。

京沪高速铁路主要采用CRTSII型板式无砟轨道，设计最高运行时速380km，初期运营时速300km。

为达到这一要求要求调整到位以后的轨道板实际空间位置的高程和横向偏差须在±0.3mm范围内。

要实现轨道板如此精确的定位，传统的测量设备，测量方法和手段无法满足要求，需要借助轨道板精调系统。

轨道板精调施工质量是整个无砟轨道系统的关键点。

在京沪高速铁路施工前期和施工过程中，进行了多次模拟实验，对布板数据计算，设标网的建立，精调技术，人员操作培训，仪器设备选择等方面做了大量的工作。

二.精调系统简介

轨道板精调测量系统简称SPPS,是针对高速铁路的CRTSII型板式无砟轨道施工时安装轨道板而专门研制的精确测量定位系统。

一般由测量机器人、测量标架，强制对中三角架、控制计算中心、无线信息显示器等共同组成，其中测量机器人由全自动全站仪与数传电台组成。

其主要工作原理为：

通过后方交会获得全站仪坐标和定向；根据单元轨道板精调软件测量２个Ｔ形标架上或螺孔器适配器上的４个棱镜的空间三维坐标，计算单元轨道板的空间实际位置以及单元轨道板的横向和高程的调整量，指导现场进行轨道测量调整作业。

测量仪器架设在GRP已知点上，经过精密定向后再利用测量仪器对滑架上的精密棱镜进行测量，得出测量值，测量值与理论的设计值进行对比得到调整差值，并将这些差值通过蓝牙，无线网卡发送到3个滑架的显示器上，以便调整人员进行调整，直至达到误差范围之内。

三．轨道板粗铺

3.1安装定位锥和测设GRP点（在超高地带，应设于轨道板较低一侧）

定位锥点及基准点的测设是CRTSⅡ型板式无砟轨道施工中非常关键的步骤。

定位锥安装采用电锤钻孔，用鼓风器将孔内粉尘吹干净，利用树脂胶固定精扎螺纹钢，以此固定定位锥。

定位锥锚杆为直径¢15mm的螺纹钢筋，螺距为10mm，长550mm。

测设GRP点时，应对设标网进行段内联测检查，防止误用被破坏或触动变位（防撞墙，遮板等施工造成的）的设标网点支架并形成测量错误。

测设GRP点的操作过程：

1平面测量：

原则：

仪器应在线路轴线之上，利用角度测量，使得横向误差最小。

半测回，多次重复测量，单向，搭接。

·仪器使用之前要适应温度。

·使用普通三角架，仪器尽量架低。

·目标使用矮棱镜支架。

·正确输入（CP3，GRP）棱镜常数，气压，温度。

·采用Trimble仪器，需将测量数据的格式转化格式（GSI）。

第一站

·架站，存储站点坐标。

不需要自由设站，给点号，直接测量。

·先测6～8个CP3（前后靠近测站的）。

·再测10～16个（视视线条件而定）GRP。

一般11个，测点方向应按单一方向，从远及近。

·测GVP、GRP、GVP、GRP、GVP。

·GRP三次、CP3四次。

第二站

测量过程与上相同，但需搭接若干点（5-6）

2高程测量：

原则：

按线路测量方式测量，起始和终止于CP3点。

CP3和GRP点均可作为转点，其它CP3和GRP点作为散点。

参与平差的点仅为起始CP3和中间转点。

视点不参加线路平差。

往返测（分开的两条水准线路）。

采用线路测量可以保证一定长度的线路（约300m）内的GRP点间相对高差比较准确。

如果直接从CP3测定附近的GRP点，则由不同CP3测定的相邻GRP间的相对高差较大（相当于CP3的精度±0.5mm）。

·仪器使用之前要适应温度。

·测量模式采用3次平均。

·尺垫高度必须明确。

测量时不需输入，在PVP内给定。

·线路长度300米左右为宜。

·一站内视线长度要一般30m左右。

在桥上应尽量将水准仪架设在固定支座上.

·左、右线可以一起测。

·测量顺序为：

o后视cp3，

o进入碎部测量：

间视GRP、GRP、GRP、CP3、GRP、GRP……

o退出碎部测量，回到线路测量。

o前视转点（GRP或CP3）

o后视转点

o…………

·在下一条水准线路测量时，要重叠测量至少3个GRP点CP3。

3.2轨道板粗放编号

轨道板粗铺前测量确定各编号轨道板的位置，并在底座板上用墨线标示（不推荐完全依赖定位锥，以确保粗放精度，提高后续精调速度），同时标注轨道板编号。

3.3轨道板吊装

吊装方案根据具体情况确定。

便道条件不好时，可将轨道板运至桥下相对固定位置，吊车配合吊至桥面运板车上，桥上运板车再纵向运输并吊装到位；便道条件较好（沿桥有纵向贯通便道）时，可将轨道板直接运至施工地点（桥下处），采用桥上悬臂龙门吊吊装上桥，必要时，桥下吊车配合（便道不能直接靠近桥梁时）。

轨道板上桥后纵向移动到位。

3.4轨道板粗铺定位

轨道板落放前，应有专人核对轨道板编号与底座板标示号的符合性，确保轨道板“对号入座”，其后根据定位锥确定轨道板平面粗放位置并完成粗放。

其中各类（BL1及BL2）后浇带处轨道板，可先铺在设计位置上，待测量完成且有关施工机械通过后于底座板连接前再用吊架吊出，至于前（后）方轨道板上（叠放）并在精调前回铺。

3.5粗铺板支点设置

每块板粗放板支点应为6个，支点材料为2.8cm厚松木条，板块两侧前，中，后各一根，木条应紧靠精调爪铺放。

轨道板粗放时，板前，后端支点（4个）先设置到位，轨道板中间部分支点木条在粗放板后楔入，且支点应设于预裂缝下，以免造成轨道板开裂。

由于后浇带施工等需要，部分轨道板可双层叠放，但应满足以下条件：

一是底座板平整度满足7mm/4m误差要求；二是底层轨道板支点木块顶面基本在一平面上；三是底层轨道板两侧支点木块应置于一条线上，且设于预裂缝上；四是上层轨道板三点支撑木块设于预裂缝底层板的上方。

四.精调工序准备

完成底座板连接的单元段常规区及完成全部后浇带砼施工的临时端刺区，在粗铺板后均可进行轨道板精调施工。

主要工序及工艺要求如下。

4.1设标网复测

精调施工前设标网测设单位应对精调段设标网进行复测检核。

确认无误后方可开展精调施工。

4.2布板数据计算

由专人利用布板软件对待精调段的布板数据进行计算，精调测量在布板计算的基础上进行。

对于测量绝对精度发生偏差的时候，我们首先要检查的就是我们的软件参数设置是否正确。

实际的精调工作当中，是以用户或设计院提供的轨道板的设计数据（GTP文件）为精调基准的；外业全站仪的建站工作是以轨道线路控制点（GRP文件）为计算基准的。

①轨道板设计数据GTP

轨道板的设计数据GTP为板在打磨车间时所使用的数据，是由专业的计算软件计算平差得到（博格公司提供PVP计算软件）；GTP文件主要包括两个文件：

R32066.FFC，R32066.FFD（R02401为板编号，每块轨道板都对应一套GTP）。

其中FFC文件为板的坐标数据；FFD文件为精调框序号与轨道板承轨台序号相对应文件。

②线路控制点文件GRP

控制点文件主要为全站仪和后视棱镜建站时提供计算坐标基准，KZD-L01.DPU

4.3安装轨道板精调调节装置

精调调节装置使用前应对相关部位进行润滑，调节装置在待精调板（纵向）前，中，后部位两侧安装，计6个。

其中，板前，后部4个精调装置应具平面及高程调节能力，中部2个具高程调节能力。

前，后部精调装置应在安装前将横向轴杆居中，使之能前后伸缩大约有10mm的余量，以避免调节能力不足的问题。

五.精调设备安装

5.1精调测量系统的架设

加工完成的Ⅱ型轨道板上实际上有左右10对承轨槽（共20个），对应安装了钢轨后每个承轨槽的轨顶中心共有10个，因而每块轨道板计数上共有30个轨座支点。

测量标架Ⅰ安置在第1,3承轨槽上（调板按里程减小方向铺设）；或是第28,30承轨槽上（按里程增加方向铺设），即待调板离全站仪最近端的一对承轨槽上。

测量标架Ⅱ安置在第13,15承轨槽上。

测量标架Ⅲ安置在待精调轨道板的第28,30承轨台上（按里程增大方向铺设），或是安置在第1,3承轨台上（按里程减小方向铺设），即待调板安设在离全站仪最远端的一对承轨槽上。

测量标架Ⅳ（两棱镜相距1300mm）安置在已经精调完毕的与待精调的轨道板相邻的轨道办的的最后一对承轨槽上。

该标架是用来为待调板的测量系统定向和控制这两块轨道板位置平顺过度而设置的。

5.2安置强制对中三脚架

将强制对中三角架的对中杆的尖端，对准在起始工作的GRP点上的测钉锥窝内，将其余的两整平调节螺杆的尖端放置在紧邻需要精调的轨道板的相邻轨道板上面向需要精调的轨道板。

为了保持对中三脚架的稳定和平衡，需要把给全站仪供电的数传电台放在两整平螺杆之间的横臂上。

旋转两整平螺杆的螺旋，使两臂上的水准气泡居中，粗略整平对中三脚架。

要特别注意三脚架的对中杆和两整平螺杆要始终保持是禁固，不可晃动的；在安装全站仪之前轻转三脚架，检查仪器下的对中杆的尖端是否在测钉锥窝内；安装全站仪的位置与需要测量的轨道板中间隔着一块轨道板。

安放专用精密对中三脚架的轨道板上禁止人员踩踏。

5.3安装全自动全站仪

逆时针旋转精密对中三脚架上的基座的锁紧钮，基座内的三爪孔将全部空位，取下全站仪下的基座，将全站仪下的三爪小心对准精密对中三脚架上的基座的三爪孔并放置其中，顺时针旋转基座的锁紧钮，直到处于水平位置。

全站仪将紧密无间隙的与对中三脚架连为一体。

用数据线连接数传电台，全站仪。

开启全站仪，进入整平菜单。

旋转对中三脚架上的两整平调节螺杆精确整平全站仪，检查全站仪在水平360度转动时，电子水准气泡基本严格居中；然后对准目标点（定向点）。

无论在调整全站仪时还是在定向测量时，架设全站仪的轨道板都不可踩踏。

整平全站仪后，小心晃动三脚架，以确定对中三脚架上的两整平调节螺杆的尖端和轨道板之间没有相对移动和间隙，即全站仪不会在测量期间发生平面位置的变化。

绝对避免阳光直射全站仪，因而需要制作一个遮挡棚，而又不阻挡全站仪的测量视线。

5.4定向棱镜位置

利用安置在三脚架上基座的园气泡指示整平对中三脚架。

对中整平的方法和要求，注意事项与架设全站仪是一样的。

因此，棱镜的反射面应尽量精确地对向全站仪。

六.轨道板精调操作

当所有准备工作完成后，可以进行精调过程：

要注意，调整设备应该能够在板的中心部位自由活动；这样，板的端部才能自由活动。

对单块轨道板或起始板进行调整时，不包括过渡段的调整，只调整端角部位和板的中心。

1.基于已完成精调板上的标架Ⅳ作为已知点进行定向，并基于架设在GRP点上的棱镜进行复核。

2.板端和过渡段的调整。

对精调板上前，后两标架（1，3，6,8号棱镜）进行测量并读取精调数据，将软件计算的差值传输至调板显示器上，由工人按照显示器上的数据对轨道板进行初步精调，对板前后两端进行平面及高程精调。

精调首先是轨道板过渡处和自由端的调节。

轨道板近端的调整建议采用跟踪测量和精密测量想结合的方式：

首先通过全站仪将1号棱镜对准并进行跟踪测量。

借助1号标架的倾斜传感器同时测8号棱镜的高程。

根据测量数据将轨道活动端在精调爪上调到其应在的位置。

一般先调高度再调平面位置。

为了达到一定的精度，建议通过单个测量测定1号和8号棱镜。

得到改正值后通过在轨道板精调爪的调节来进行修正和复测。

同时，在与以调好的轨道板的过渡处（3号和6号棱镜），借助辅助标尺对轨道板进行初步调整，以便搭接处近于平顺过渡。

余下的偏差再使用全站仪改正。

测完3号和6号棱镜后，再次检测轨道板的四个角点的位置和高度是否准确，根据测量的评估可以修正超出允许范围的的误差并进行单个测量。

有时必须调整一两个棱镜。

在调整轨道板角点之前，轨道板中间的精调爪是悬空的。

因此按给定的误差要求调整好各个角点后，下一步就是消除轨道板中间的弯曲。

3.对轨道板中部标架（2,7号棱镜）进行测量并读取精调数据，板中部主要为高程部分进行补充精调。

过程如下：

首先在跟踪模式下通过全站仪测量2号棱镜并经由倾斜传感器传递其高度给7号棱镜，也就是说，全站仪的测量值不断刷新，使得精调过程得到监控，误差及时得到修正。

接下来单个测量模式下测量2号和7号棱镜，也就是说，通过全站仪先后单独测量两个棱镜。

相对于跟踪模式这种模式的精确度有极大的提高。

尤其应注意轨道板两面尽量同时调节。

如果一面移动比另一面大，则可能产生以下影响：

轨道板被扭曲→浇注时滑落

轨道板尾端移动→需再次调整角点

在超高区，可能导致轨道板从精调爪上滑落

消除轨道板的弯曲后，下一步对其位置和高度进行整体检测。

4.在所有棱镜调整过后，还要通过一次整体测量来确定每个棱镜存在的位差，以完结其调节过程。

当检测单测量被激活时，在整体测量时也同时对检测点进行坐标测量。

对轨道板上全部3个标架进行完全测量并读取数据，进行修正精调。

修正精调完成后对相邻板间（待精调板和已精挑板间）进行平面和高程测量，如平面及高差差值大于0.4mm，则需要进行顺接性精调修正，直至相邻板间平面及高差小于0.4mm。

精调完成后的板应设专人看护，禁止人员踩踏。

在此环节还有一个相对精度的问题，相对精度主要反映在搭接数据上。

主要包括两个方面，一是建站时GRP与上块调整完的板4，5号棱镜的相对偏差。

二是精调完整测量时3号框与4号框的相对偏差。

在整体测量时，所有棱镜要经过全站仪测量在测量结束后还要读取倾斜传感器的信息，此外，还要进行计算性的检查：

2号棱镜和7号棱镜的竖向扰度

触点处的标尺1-3（水平扰度）

比较从倾斜传感器读数的高程修正值和全站仪测量值

对于可能的超差，首先要尝试消除

Ⅱ型板的设计理念是各板平顺性过渡，但如果出现连续几块板调整后的偏差值都是一个方向，就会导致此段板线型偏离设计位置。

也就是说在满足相对位置平顺的情况下，绝对位置的误差会累积。

对于建站时GRP与上块调整完的板4，5号棱镜的相对偏差较大的情况，我们需要通过几块板平顺回来，控制GRP测量值与4,5号棱镜测量值偏差不要过大。

二对于偏差不大的地方，我们也要注意杜绝连续三块板往同一个方向偏的情况，确保板线型与设计位置不发生偏离。

对于3,4号框的数据搭接。

在软件中完整测量的时候会显示3号框与4号框的偏差值，这个就是提供我们平顺搭接的依据，即3号框的数据要跟着4号框的数据走，举个极端点的例子，如果4号框的偏差为-0.5，那我们相应的3号框的数据要调到-0.3或-0.2。

这样才能保证我们板与板之间的平顺搭接，而不是8个棱镜的数据都在0.3范围内就可以的。

同时也要保证3号框与4号框之间的搭接数据（完整测量时黑色背景显示）在0.3范围内。

5.在精调测量完成后，质检工程师，技术员，测量工程师及时检查数据，合格后报监理工程师。

直至相邻板间平面及高差小于0.4mm，各点测量精度0.3mm，数据合格方能储存备份。

精调完成后保存的FFE文件通过PVP软件的处理可以分析出调板过程线型与设计位置的偏差、板与板之间的搭接偏差、左轨与右轨之间的距离偏差。

对于我们放置精调框固定端的一侧（有触点的一侧）数据可以在精调的时候控制，只要我们精调时保证数据不超出限差，保证3、4号框的搭接就可以保证线型的平顺。

而我们最容易出现线型不平顺的为活动段一侧，因为这一侧的数据在精调的时候是不参与定向的，最后的得出的数据为实测棱镜位置与理论位置的偏差值。

而实测棱镜位置与精调框的校正以及框的摆放都有很大关系。

校正框的时候最好选择在早上或傍晚没有阳光直射的情况下，要注意选择一个15米左右的固定的距离，标准框棱镜正对全站仪。

校正时精调框放置触点紧密接触，如果校正时第一项距离数据左右两棱镜差异较大，则说明精调框倾斜，可以调整触点使精调框垂直于承轨槽。

对于完整测量时1、3号精调框数据已经符合限差而2号框的方向偏差超限时，先检查下3个精调框的放置时候有松动，如果还没有解决的话需要重新校正精调框。

需要说明的是图形并不是代表板精调发生问题，只是数据的显示。

七．灌浆后控制测量

7.1控制测量的目的

轨道板复测是为了检查精调成果的质量，及时发现问题，如果有不合格的地方，可以采取揭板，重新进行精调工作。

控制测量的目的是为了检查线路的平顺性，施工过程中的系统误差等。

主要观察板的变形、板之间的搭接等线路平顺性信息。

与用SPS的精调过程相比，控制测量绝对值显示出较大的不精准性。

这是由于控制测量数据包含了建站误差和较远视距带来的测量误差。

用到的仪器有：

全自动全站仪，强制对中三脚架，标准框架，4组CPIII棱镜。

7.2控制测量的技术要求：

精调

基于CP3的控制测量

 控制项目

规范a

规范b

规范c

MB建议

规范a

规范b

规范c

MB-建议

横向余差

0.3

0.5

0.5

0.3

2.0

高程余差

0.3

0.5

0.5

0.3

2.0

板弯曲

0.5

0.5

0.6

横向搭接

0.4

0.3

0.3

0.4

0.6

竖向搭接

0.4

0.3

0.3

0.4

0.6

根据博格公司经验，灌浆后轨道板控制测量的各限差参数如下：

绝对平面位置：

±2.0mm

±2,0mm

绝对高程：

±2.0mm

±2,0mm

轨道板的下凹或起拱：

±0.6mm

±0,6mm

搭接：

±0.6mm

±0,6mm

同时结合“高速铁路设计规范（试行），中华人民共和国铁道部，2009-12-01”的要求：

轨距：

±1.0mm

±1,0mm

水平（超高）：

±2.0mm

±2,0mm

合格标准为：

每项实测实量指标的点数合格率达到80%及以上，且最大偏差值不宜超过允许偏差值1.5倍，且相邻轨道板接缝处承轨台顶面相对高差、平面位置两项指标不宜出现连续3块板以上同向搭接偏差。

7.3施工方法

每天进行一次全站仪及标架的检验，做到仪器及标架精度满足轨道板控制测量精度的要求。

设站时检查后方交会设站精度，确保设站精度小于2mm。

对每块轨道板上的6个承轨台使用全站仪进行测量，这些测点也是用于精调的点。

其中4个测点位于板两端，另外2个测点位于板中间。

还有一块轨道板进行搭接测量。

测量结果将根据以下标准进行检查：

①轨道板内部几何尺寸

②轨距和绝对高程

③轨道板之间的过渡

规定精调和压紧装置必须同步进行，在压紧装置完成后，不搬站的情况下，进行复测。

在施工过程中每个工序必须进行标示，以满足质量控制的时效要求。

及时凿除横向封边，按时拆除精调抓，以防止轨道板的上拱及下沉。

及时进行复测和数据的处理分析，指导铺板工作，及时发现问题，及时解决。

7.4存在问题及整改结果：

搬站的时候必须关了仪器，不然会影响仪器的自动补偿系统。

搬动过程中不关掉仪器，3-4天就要检校一次仪器。

仪器正倒镜时电子水准气泡偏差不要超过30个数，超过了会影响测量结果。

一站测量电子水准气泡跑动不能超过20个数，超过了会影响测量结果。

定向的时候“高程和方位传递”高程残差不要超过2mm，一般情况下都在1mm内。

后方交汇设站的时候高程残差不要超过0.8mm。

1、根据测量图形分析，部分轨道板标高及平面位置偏差异常，同时参考监理项目部测量同块板的数据结果，显示均正常，此类情况为我部测量数据不准确导致，经复测合格；

2、个别原始观测数据中观测点号编辑错误导致通过软件计算出的数据显示异常，经对此类数据错误的编号整理后重新处理后合格；

3、部分平面测量数据成果搭接偏差较大，主要是由于4号检测标架校准精度影响；部分观测数据的绝对标高超限，其主要原因是竖盘指标差过大对单盘位测量的高程成果影响导致。

这种情况应该对仪器及标架进行校正后，对异常部位重新复测后满足要求；

4、通过控制测量发现部分轨道板存在系统性的搭接偏差，这是由于精调系统的错误造成的，应该进一步改进；

5、部分轨道板复测不满足要求的，经认真比较和分析后确定是否进行揭板，并制定相应的补板精调搭接控制措施，确保铺板的平顺性。

7.5成果分析的内容

∙测量数据质量判别

∙轨道板几何尺寸

∙轨向与高程

∙轨距和超高

∙轨道板之间的过渡

7.6评定的结论:

∙是否揭板：

应考虑扣件调整的可能性。

质量控制：

扣件调整量。

参考依据为轨道平顺性要求。

∙偏差统计：

以便评判轨道板铺设质量。

标准轨下垫板厚度为6mm，可变范围为:

2mm+12mm。

故，仅通过更换轨下垫板（常规调高）可以调整轨顶高度范围为：

-4mm~+6mm。

通过更换轨距挡板，可调节轨向±10mm。

7.7轨道几何平顺性验收项目

a）在短波区段用30米弦长的弧来验证高程和方向。

相邻两弦重迭5米。

偏差即为5米间距两相邻检核点间的实际弦高差与理论弦高差之差，以验证是否符合每支点上允许偏差<2mm的要求。

b）在长波区段用300米弦长的弧来验证纵向高和方向，此时相邻两弦重迭150米。

此情况下的偏差是150米间距两相邻检核点间的实际弦高差与理论弦高差之差，以验证是否符合每个支点上允许偏差10mm的要求。

c）依据1.4350m基本尺寸来验证轨距及其是否符合限差<2mm的要求。

d）依据理论超高≤2mm的要求来验证超高。

八．结论

高速铁路轨道板精调技术在高速铁路的应用，实现了对轨道板进行高精度的定位，精确地指导了施工，保证了轨道在高度和水平方向的严格的平顺性，为京沪高铁的安全质量进度提供了坚实的基础和有力的保障。