无砟轨道施工精测技术及其运用分析.docx

无砟轨道施工精测技术及其运用分析.docx

《无砟轨道施工精测技术及其运用分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无砟轨道施工精测技术及其运用分析.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无砟轨道施工精测技术及其运用分析

无砟轨道施工精测技术及其运用分析

摘要：

无砟轨道是一种以整体道床取代碎石道床的新型轨道，其具有坚固耐用、稳定性好、整体性强及轨道变形小等优点，且其在高速铁路中的应用可改善列车运营条件及减少轨道的维修养护工作量，因此无砟轨道被视作高速铁路轨道结构的重要发展方向。

在无砟轨道施工中，为了满足高速行车对轨道线路平顺度的要求，应将线路的几何线形参数控制在规定范围内。

客运专线建设的成败在于无砟轨道施工误差与测量精度，而精测技术在保证无砟轨道线路的平顺度上具有重要的作用。

据此，本文以CRTSⅡ型板式无砟轨道、CRTS一I型板式、CRTS一I型双块式无柞轨道及板式道岔的精调作业程序及过程为例，浅析无砟轨道施工精测技术及其运用。

关键字：

CRTSⅡ板式无砟轨道；CRTS一I型板式；CPⅢ控制网；精调

一、引言

在高速铁路新线兴建及既有线路提速的背景下，急需提高铁路线路的平顺度和稳定性及减少维修的耗时，而为了适应这一发展需要，开发一种维修难度低的轨道结构成了高速铁路的研究重点。

从近年来的发展情况来看，我国铁路表现出路网的统一性、天窗的短时性及运输的高密度等特征，而无砟轨道是一种具有坚固耐用、稳定性好、整体性强及轨道变形小等优点的轨道结构，因此无砟轨道的研发对改善高速行车质量及减少维修工作量具有重要作用。

据此，将无砟轨道结构应用在高速客运专线中是适应我国国情的重大举措。

从20世纪90年代开始，无砟轨道开始受到社会的广泛关注。

虽然我国目前已在无砟轨道的研究上取得了一些成果，但适合用在高速铁路客运专线上的无砟轨道仅在隧道、桥梁等试验工点中得以试铺，另外传统意义上的控制网建网方式也远不能适应无砟轨道的施工要求。

据此，笔者结合工作经验，首先介绍高精度测量控制网的建立，以满足无砟轨道施工对精度的要求，然后再讨论如何利用基桩控制网（CPⅢ）来实现CRTSⅡ型板式无砟轨道的自动化测量精调，以期满足高速行车的需要。

二、绪论

（一）无砟轨道施工精测技术研究的意义

在2012年，京石高铁正式通车之后，我国基础设施的设计速度达到了每小时350公里，使四纵四横的高速客运专线发展形成了初级的规模。

在高速客运的快速发展下，传统的有砟轨道在列车荷载的作用下会出现磨损、粉化、结构变形的情况，在严重的情况下还会减少轨道的使用寿命，在高速运行的时候也会引发道昨飞溅，带来轨道使用的安全隐患。

在这种情况下，无砟轨道出现。

无砟轨道具有稳定性好、寿命长、高平顺性，对轨道的几何变形压力小、方便维护的优势。

为此，积极开发少维修的轨道结构已经成为高速铁路研究发展的趋势。

我国铁路本身具有统一性、运行高密度等特点，无砟轨道的特征利于提高高速运行下的行车品质，减少铁路后期磨损维护工作量，为此有关研究分析之后提出客运专线应用应用无砟道结构。

（2）无砟轨道施工精测技术国内外发展现状

1.国外对于无砟轨道施工精测技术的研究

从上个世纪六十年代开始，德国和日本最早对铁路开展了以整体化道床替代散粒体道砟的无砟道床研究。

德国铁路最早对无砟轨道的研究和应用集中在土质路基和隧道阶段，后来被会逐渐扩展到预应力混凝土桥行。

日本的无砟道床主要是一种轨道板结构。

这种无砟道床组成的铁路轨道被后来的人们称作是一种无砟轨道。

随着时代的进步和社会的发展，很多国家开始对无砟轨道进行研究应用，现阶段德国有五种无砟轨道得到了正式的审批和应用，并在新建的高速上进行推广，轨道铺设总长度达到了660km。

日本板式轨道已经开始在新干线铁路上进行大量的铺设，总体铺设长度达到了2700km。

2.国内对于无砟轨道施工精测技术的研究

我国对无砟轨道施工精测技术的研究最早开始于上个世纪六十年代，基本上和国外的研究是同步的，最终尝试的是支承块式样、短木枕式、整体灌注式等几种形式，在京通线、南疆线、成昆线等铺设长度达到了300km，为我国后来无砟道技术的发展积累了丰富的经验。

在2004年，我国选择遂渝铁路的遂渝引入重庆枢纽工程内的龙风隧道进口至蒋家桥大桥12.63km来作为无砟轨道的综合试验路段，其中包含桥梁两座、隧道四座，其它则是作为辅助性的路基段。

选择的综合试验路段分别应用了板式、双块式、轨枕埋入式无砟轨道三种形式，参照已经在无砟轨道研究获得一定成就的德国、日本作为国内铁路无砟轨道研究技术标准。

3、无砟轨道施工精测控制网的相关理论知识

（1）全球定位系统（GPS）

全球定位系统是新一代的卫星导航定位系统，经过几十年的发展，现已经成为被广泛应用的系统。

在无砟轨道的施工测量中，全球定位系统主要应用在精确度高的大地测量和控制测量，并相应建立了各种类型和等级的测量控制网。

全球定位系统最早是美国建立的卫星导航系统，应用这个系统，用户能够在全球范围内不受限制地进行三维导航定位和速度测试。

同时，应用这个系统，用户还能进行高精确的定位。

全球定位系统由二十四颗工作卫星组成，分布在六个倾斜角是55度的轨道上，并围绕地球运行。

卫星运行的周期是十二恒星的时候，每个工作卫星都会相应地发出导航定位信号，全球定位系统的用户会根据这些信号的信息来开展相应的工作。

（2）全球定位系统的布网方法

根据全球定位系统测量规范，全球定位系统的基线向量网被分成了五个级别，不同级别的全球定位系统网具有不同的精度要求，具体如表一所示。

GPS网的精度指标,通常是以网中相邻点之间的距离中误差来表示的，表示的公式为：

网中相邻点间的距离中误差=

表一：

不同等级GPS网精度要求

（A级是区域或者国家框架网、区域动力学网；B级是国家大地控制网或者地方框架网；C级网是地方控制网与工程控制网；D级是工程控制网；E级是测图网）

全球定位系统基线向量网的同步图形扩展式样布网方式主要分为跟踪站式、会站式、多基准站式、同步图形扩展式样等。

其中，同步图形扩展式样的作业方式效果较高，图形的强度较高，是全球定位测量中常用的一种布网形式。

主要是指多台接收机在不同的测试站上来进行同步观测的活动，在完成同一个时段的同步观测之后，将其迁移到其他的测试站上来进行同步观测。

（三）坐标系、基准和坐标系统

完整的坐标系统由坐标系和基准共同组成。

其中，坐标系主要是指描述空间位置的一种表达形式，基准主要是指为了描述空间位置而进行定义的点线面。

大地测量中的基准一般是指确定点所在的空间位置，采用地球椭球几何参数和物理参数信息方式单位长度的定义。

（4）高斯投影

只有将地面物体沿着垂直的方向投影到椭球表面上的时候才能将地面真实的图形进行显示。

如果测试区域的范围变小，椭圆球表面就可以被看作是一个水平面。

地形图则是将地面上地面的物体在互相平行的垂线投影作用在投影到同一个水平面上。

一旦测试区域的范围变大，就无法将椭圆球表面作为一种水平面对待。

测绘地形图则是需要先把地面点投影到椭球面上，之后应用适当的投影方式展成平面表面上。

测量中常用的他投影则是高斯投影。

高斯投影的方法是假设有一个空心的椭圆柱和地球椭圆体的某一个子午线（中央子午线）进行相切，之后将中央子午线两边一定范围内部的椭圆体表面图形按照等角的要求投影到椭圆柱上面，具体如图二所示。

沿着椭圆柱的表面，经过地球两级的母线剪开，铺平，由此就会得到一个以中央子午线为中线，以两边子午线为主要边界的带状区域平面图象。

图象所在的带状区域就是投影地带。

在这个投影地带中，中央子午线会形成一条直线，直线的长度是不会发生变化的，其他的子午线会侧向中央子午线的两边凸出，长度要比椭球长，这种现象出现则是说明子午线和直线都发生了变形。

为了将长度变形控制在测图精度允许范围内，可以对投影带的宽度进行限制。

图一：

高斯投影示意图

（5）高程系统

测量工作中常用的高程系统主要有大地高程系统、正高系统以及正常高系统。

第一，大地高系统。

大地搞系统主要是参考椭球面和基准面系统形成的高程系统。

具体是通过某大地高点，参考椭球法线和球面交点间的距离。

大地高也被人们称作是椭球高，一般用H代表。

大地高是一种几何量，不具有物理层面的意义，在不同基准的同一个点下具有不同的大地高。

第二，正高系统。

正高系统主要是以大地水准面为基准面的高程系统，伴随海水的潮汐，正高系统会出现不同的高低变化，会出现多个水准面。

大地水准面是指通过平均海水面，包围着大地体。

某一个点的正高则是这个点通过该点的垂直线和大地水准面之间的交点距离，用Hg表示。

（6）全球定位系统的基线解算（平差）

全球定位系统的基线向量代表了各个测试站之间的一种位置关系，也就是测试站和测试站之间的坐标增量。

全球定位系统基线向量和常规性的测量之间基线是存在差别的，一般来讲，常规测量的基线只具有长度属性，全球定位系统的基线则是具有长度、水平位置和垂直位置的属性。

全球定位系统基线向量是全球定位系统同步观测的结果体现，也是全球定位系统网平差、最终点位获得的重要观测值。

全球定位系统基线的解算是利用全球定位系统观测值，在经过一系列数据处理之后得到的测站坐标或者测站间的基线向量。

全球定位系统网络的布置，首先需要对构成全球定位系统的网基线进行观测，在获得观测数据之后对这些数据进行处理，进行基线的解算工作，得到具有同步观测数据的测站基线向量。

为了确定全球定位系统网上各个点在某一种特定坐标上的绝对坐标，就需要提供相应的位置基准、方位基准等。

一条全球定位系统基线向量只含有WGS-84下的水平方位，垂直方位，尺度信息等，而通过多条全球定位系统基线则是提供更全面的基准和尺度基准。

全球定位系统网布设的目的是确定各个点在局部坐标系下的坐标，完成这项工作需要从外部引入一种位置基准。

这种外部基准需要一个以上的起算点来提供。

网平差的时候可以应用起算数据来计算出网络中各个点的坐标信息。

四、无砟轨道三级平面控制网的建立

无砟轨道三级平面控制网包括基础平面控制网（CPⅠ）、线路控制网（CPⅡ）和基桩控制网（CPⅢ）。

（1）基础平面控制网（CPⅠ）

1.基础平面控制网（CPⅠ）概述

基础平面控制网（CPⅠ）主要是为了勘测、是共和运营维护提供必要的坐标基准，实现沿线线路的走向布设，建立的过程需要考虑全球定位静态系统和双频全球定位接收机，根据B级全球定位系统网络精确度来进行实施，成为全县各个级别平面控制测量的基准。

CPⅠ一般沿轨道线路走向布设及采用边联结方式形成由大地四边形或三角形组合而成的带状网，同时在线路勘测设计的起、始点重合布设超过2个CPⅠ控制点，并将其相互关系反映在测量成果中。

但在CPⅠ的施测中，应注意如下事项：

将CPⅠ控制点选在不易受到破坏的铁路用地界内及当CPⅠ控制点与水准点共用一点时，应将其设在稳定、可靠、方便观测及可长时间保存的位置，并按要求埋石；CPⅠ控制点布设的间隔距离取4km左右，并将一对互相通视的点布设在隧道进、出口与斜井处，且每一对点的间距应≥1000m。

2.基础平面控制网（CPⅠ）点位的选择需要满足的要求

第一，基础平面控制网（CPⅠ）点位的确定需要安装全球定位接收机，并要保证点位周围视野的开阔，点位地面高角度15度范围内不能存在成片的障碍物。

这样设置的目的是保证基础平面控制网能够接收所需要的卫星信号。

第二，基础平面控制网（CPⅠ）点位离大功率无线电发射源（包括电视台、微波站）的距离要在400m的范围内，距离高压输电线的距离要在200m范围内。

第三，基础平面控制网（CPⅠ）点位的周围不应该有信号较强的卫星接收物体，比如金属广告牌等，同时还要将其和大面积的水域进行分离。

第四，基础平面控制网（CPⅠ）点位的设定一般要选择在较为稳定、牢固、不会受到破坏的地方，从而保证基础平面控制网能够实现安全作业。

3.基础平面控制网（CPⅠ）的施工测试

基础平面控制网（CPⅠ）施工测试的仪器应该使用双频通道的全球定位接收机。

基础平面控制网（CPⅠ）要和沿线不低于国家二等三角点或者全球定位系统点联测，在每间隔50km的地方要和一个国家三角点进行联测。

全线范围内国家三角点联测的总数要在三个以上。

4.基础平面控制网（CPⅠ）基线计算

基础平面控制网（CPⅠ）基线