1客运专线CRTSⅡ型轨道板精调工法.docx
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1客运专线CRTSⅡ型轨道板精调工法
客运专线CRTSⅡ型轨道板精调工法
中铁十七局集团有限公司
汪梨园杨社庭王青蕊
1.前言
京津城际轨道交通工程是我国首条高速铁路，设计时速350km，为2008年奥运会配套工程，全线引进国际最先进的德国博格板式无碴轨道系统，现称为CRTS-Ⅱ型轨道板。
中铁十七局集团公司率先承担了实验段施工，按照铁道部消化、吸收、再创新、打造中国品牌的战略目标，率先组织大量科技人员研发、创新、形成了大量创新科技成果，申请承担了铁道部“客运专线无碴轨道施工设备研制——板式无碴轨道施工设备研制”（合同编号：
2006G001-A）”课题。
获得了17项专利和1项软件著作权，编制了3项铁道部标准。
共完成了50.012km的铺设任务，铺设质量达到设计要求。
CRTS-Ⅱ型轨道板精调是Ⅱ型板施工核心技术之一，铺设时要求相邻轨道板允许高差为0.5mm，每块版有独立数据文件，铺板和制板数据一一对接，软件控制在国内首次采用。
由于德国技术垄断和壁垒，进口精调软件价格昂贵，且得不到知识产权，故自己研发国产软件意义重大。
中铁十七局集团通过产、学、研合作模式，研发出了拥有自主产权的核心铺板软件“SPPS测量控制系统V1.0”，软件著作权号：
2007SR13330，“轨道板精调测量系统及调整测量方法”申请了国家发时专利，专利号：
200710049257.6。
本工法关键技术通过鉴定，达国内领先水平。
《客运专线CRTS-Ⅱ型轨道板铺设施工技术》荣获2007年度十七局集团公司科技进步一等奖。
通过京津城际轨道交通工程50km精调施工经验形成本工法。
2.工法特点
2.1消化吸收国外技术，创造性地研发出了国产软件和硬件，降低了施工成本。
2.2软件先进，硬件合理，精度高，用工省。
本工法软件先进，减少了误差产生的环节；硬件结构合理，控制了变形，减少了用工。
2.3工艺先进，施工速度快，质量有保证。
计算数据准确性高、速度快，适时显示精调数据，满足轨道板快速精调要求，实现了轨道板调整测量计算程序化、自动化。
2.4人性化设计，界面优。
工控机数据分点显示，使工人可以按照显示数据方便地进行调整操作。
3.适用范围
适用于客运专线铁路CRTSⅡ型板式无碴轨道板铺设精密调整定位。
4.工艺原理
轨道板精调施工就是以轨道基准网为起算网，通过全站仪自动测量放置在轨道板上的标架棱镜，将轨道板实际位置数据采集录入到计算机程序内，经SPPS软件程序运算比较，精确计算出实际位置与设计目标值之间的偏差，显示在工控机和各点显示器上，操作人员用专用精调千斤顶进行横向和竖向调整，将轨道板准确定位。
5.施工工艺流程及操作要点
本工法用“SPPS测量软件”和自制的测量标架对轨道板精确定位，一个循环精调一块板，精调主要硬件有：
1台全站仪，4付1500mm精密测量标架，1付1300mm测量标架，10个精密微型棱镜，2个精密对中三角架、1个后视棱镜等。
标准的CRTSⅡ型轨道板长6.45m、宽2.55m，轨道板上有10对承轨台，每个承轨台对应的钢轨顶点定义为支点。
各支点的理论计算坐标储存在与其板号对应的“FFC文件”中，一块板1个文件。
每两块轨道板之间有5cm宽的板缝，在板缝中心沿轨道板的横向两侧各10cm处分别设置定位锥和轨道基准点（又称为GRP点，在曲线段GRP点一般设置在高程较低的一侧），GRP点作为架设全站仪和定向棱镜点，精调前对GRP点进行测量，并经过严格平差计算得出其三维坐标，编号与相邻大里程方向的轨道板号一致。
架设仪器后，人工对准定向棱镜，工控机指令全站仪进行定向测量，对放置在轨道板相应位置测量标架上的棱镜进行测量，得到各棱镜的实测坐标，并通过SPPS软件将实测坐标与“.FFC”文件中记录的对应支点坐标进行比较。
精调系统平面布置图见图5-1。
5.1精调工艺流程图
Ⅱ型轨道板精调施工工艺流程见图5.1-1。
5.2工艺流程
5.2.1数据准备及参数配置
精调所需数据有：
轨道板的板文件“.FFC”、棱镜配位文件“.FFD”和轨道基准点坐标文件。
将上述文件拷贝到工控机的SPPS软件规定文件夹内，SPPS软件根据指令可以自动调用数据。
在SPPS软件内进行系统参数配置。
主要配置通信协议、各接口参数、棱镜常数，对各设备进行初始化，输入原始数据。
5.2.2仪器设备的安装
1安置全站仪专用的精密对中三脚架
在离待测轨道板１～２块板距离的基准点（GRP点）上架设具有强制对中的三脚架。
为了保持对中三脚架的稳定和平衡，把全站仪供电的电源平放在两整平螺杆之间的横臂上。
旋转两调平螺杆的螺旋，使两臂上的水准气泡居中，整平对中三脚架。
2安装全站仪
反时针旋转精密对中三脚架上的基座锁紧钮，基座内的三爪孔将全部空位，取下全站仪下的基座，将全站仪下的三爪对准精密对中三脚架上的基座三爪孔，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、无间隙地与对中三脚架连为一体。
旋转对中三脚架上的两整平调节螺杆，精确整平全站仪，然后对准定向棱镜，再关闭全站仪。
3设置定向棱镜
安装定向棱镜的对中三脚架如同1所述架设在离待调轨道板１～２块板距离的轨道基准点上。
在三脚架上安装定向棱镜，使其反射面对准全站仪并调平水准泡。
4设备连接及调整显示器
将电源分别与工控机和全站仪连接，标架I的触及端对应在测量车架上的位置开始为显示器1的安装位置，逆时针在测量车架安装显示器2（对应位置标架II触及端），显示器3（对应位置标架III触及端），显示器4（对应位置标架III非触及端），显示器5（对应位置标架II非触及端），显示器6（对应位置标架I非触及端）。
精调测量系统设备连接见图5.2.2-1。
5.2.3.检校标架及倾角传感器
1检校标架
由于温度、长途运输等因素对测量标架的精度和实际几何关系等都会产生一定的影响和变化，所以每个工日第一块板前或不同测量人员交接班时，需用标准标架Ⅴ检校Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号测量标架。
检校标架时先将标准标架放置在离全站仪第二块板的最近的承轨台上（离全站仪约6.8m处），启动SPPS软件的检校功能，全站仪测量记录标准标架左右棱镜的高程及横向坐标。
取走标准标架V，然后依次将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号测量标架放在同一承轨台进行测量，SPPS软件将记录各标架上棱镜的高程及坐标并与标准标架测量值相比较，计算出其差值，SPPS软件将这些值经过计算后将代入到数学模型中，在精调作业中自动对数据进行修正。
2检校倾角传感器
为快速测量计算各点偏差，在标架Ⅰ、Ⅱ上分别安装了倾斜传感器1、2。
需快速测量时，只需测量标架Ⅰ、Ⅱ上各一个棱镜，通过读取倾斜传感器角度，直接计算标架上另一个棱镜位置的坐标，通过传感器计算是实测值并进行对比，判断偏差大小，超过允许值时需要对倾斜传感器进行检校。
定向完成后进行倾角传感器的效验，检校倾角传感器有两种方法：
1）转置法：
选择“测量倾角”读取倾角传感器数值，在轨道板上同一承轨台调动标架反向放置。
选择“测量倾角”读取第二面倾角传感器数值。
然后偏差值即改正值被显示。
2）视距法：
选择“测量”，读取倾角传感器数值，全站仪测量该标架上两端的棱镜，计算差值，然后与倾角传感器数值比较，显示偏差值即改正值。
5.2.4.放置测量标架
标架I安置在待调轨道板的第一对承轨台上（顺里程减小方向铺设时为第1、3承轨台上，顺里程增大方向铺设时是第28、30承轨台上），标架Ⅱ安置在第13、15承轨台上，标架Ⅲ安置在待调轨道板第10对承轨台上（顺里程减小方向铺设时为第28、30承轨台上，顺里程增大方向铺设时是第1、3承轨台上），标架IV（1300毫米）安置在离待调轨道板相邻的已经精调轨道板的承轨台上。
该标架IV是用来为全站仪定向用，利用该标架定向可以对定向方向及高程进行改正，使相邻两块轨道板平顺过渡。
将每付测量标架的触及端密贴地触及到左面（顺里程减小方向铺设时1、13、28承轨台）承轨台的打磨斜面上，确认触及指示灯亮。
每根测量标架上的两端都要分别安装一个微型棱镜。
棱镜基座在出厂前精密地固定在相应有的位置上，一般不调整棱镜基座安装位置。
将微型棱镜的竖轴插入基座的孔内，反射面对准全站仪，旋紧旁边的锁紧螺栓。
5.2.5定向
轨道板精调前必须对全站仪进行定向，定向前先将全站仪对准定向棱镜，启动SPPS软件定向功能，根据提示输入全站仪高、定向棱镜高、测站点（GRP点之一）、定向点号，选择是否参考上一块轨道板（如上一块轨道板已完成调整，选择“是”），程序自动对定向点及定向标架上的棱镜进行测量，计算定向偏差，超限提示重新定向。
5.2.6轨道板测量调整
轨道板精调测量主要功能及步骤如下：
1测量棱镜1、倾斜棱镜8：
选择测量后仪器自动测量标架Ⅰ上的棱镜1坐标，计算实测值与其设计值的横向与竖向偏差，读取标架Ⅰ上的倾斜传感器1的角度，计算出棱镜8位置横向与竖向偏差，偏差值显示在对应位置的对应的调整量显示器上，施工人员根据显示的调整量对轨道板进行调整。
2测量棱镜3和棱镜6：
软件计算得出与理论值的横向与竖向偏差，并将调整量发送到对应的2个显示器上。
施工人员根据显示的调整量对轨道板进行调整。
3测量棱镜2和棱镜7：
通过软件的计算得出实测值与理论值的竖向偏差，并将调整信息发送到各自对应的2个显示器上。
施工人员根据显示的调整量对轨道板进行调整。
测量过程中可选择“跟踪测量”功能，全站仪照准棱镜2不停的连续测量，同时读取倾角二的数值，经过计算，棱镜2、7的横向偏差值会显示在软件上，同时将调整量发送到对应显示器，施工人员根据适时显示的调整量进行调整。
4四角测量：
全站仪对轨道板四角所在棱镜1、3、6、8自动照准测量，完成测量后，经过软件的计算，轨道板对应位置的横向和竖向偏差值就会显示在软件上，并将调整量信息发送到对应的4个显示器上，施工人员根据显示的调整量对轨道板进行调整。
5完全测量：
全站仪对轨道板上的棱镜1、2、3、6、7、8完成测量后，经过软件计算，将调整信息发送到各自对应的6个显示器上，施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调整，直到各棱镜点偏差值在允许范围内，通过。
6数据存储。
轨道板调整完毕，偏差满足限差要求后，需对轨道板完全测量坐标数据进行存储，分别为“TXT”和“FFE”文件，“TXT”文件记录测量过程如定向，测量人，测量温度，坐标偏差等信息，每块板记录一个文件，“FFE”文件记录每块板通过测量时的各点实测坐标，每天记录一个文件。
7数据备份完毕将轨道板精密调整系统内的所有设备顺次移到下一块轨道板上，重复上述步骤。
5.2.7精调注意事项
1支好遮阳伞，确保棱镜、全站仪、避免阳光照射；镜头要用镜头纸随时擦拭，防止粘染灰尘、水汽。
2安置全站仪、对中棱镜时清理干净GRP测点标志坑内的杂物，调好位置后锁死调高螺母，防止全站仪、三角架受风等因素引起微动。
3调整各棱镜，使其反射面与全站仪镜头对中照准时处于最佳角度。
4提前检查轨道板橡塑棉粘贴位置，如果发现粘贴偏外，要提前裁割，要确保精调千斤顶放置时紧贴轨道板底面和侧面。
5开始精调作业时，必须将支承木条取出。
6对放置标架处的承轨台底面及端侧面提前清理，保证面上无浮尘、细小颗粒、泥浆等杂质。
在安放标架支承轮时，清理轮缘附着颗粒。
标架放置好后用弹性橡胶圈与扣件拉紧。
7每个工作日开始时都要对标架进行检校，并检校倾角传感器。
校准标架时，每支标架读取两到三次数值，每读一次数值，要重放置一次标架，防止由于标架放置不准确带来的系统误差。
8架设全站仪的轨道板和所有GRP点都不可踩踏。
每月对三脚架的支脚高度检查一次。
9按一定频次校对气泡，确保精密小棱镜的垂直度。
5.3劳动力组织
劳动力组织见表5.3。
表5.3劳动力组织表
序号
工种
人数
操作内容
1
精调组长
1人
负责收发精调数据和操作工控机，指挥全组人员。
2
测量人员
1人
负责检校、调整测量仪器设备。
3
操作工人
6人
负责轨道板的调节及倒运仪器设备，兼安全防护。
6.材料与设备
6.1材料
本工法所需均为精密仪器及小型工装设备，无工法材料。
6.2设备
精调结果的准确性很大程度上取决于精调设备的精密程度，如全站仪的测量精度、标架的加工精度等。
一套精调系统主要配套设备见表6-1。
表6-1精调系统设备一览表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
全站仪
TCA1800
1
仪器精度：
1″，1mm＋2ppm；
具有自动搜索、瞄准、跟踪目标功能。
2
精密测量标架
1500mm
4
包含1个标准标架（合金硬铝材料）
3
精密测量标架
1300mm
1
定向用（合金硬铝材料
4
精密微型棱镜
25mm
9
安装在各标架上
5
精密对中三脚架
565mm
2
架设全站仪和定向棱镜用
6
工控机
230×180×80，PⅢ
1
高亮、密封、防水、防尘、防震.
7
数传电台
4W/1000m
2
工控机及全站仪之间数据传输
8
调整显示终端
192×64
6
调整工位上显示相应调整量
9
棱镜
GMP101
1
徕卡全站仪原装进口
10
棱镜基座
GRT44
1
徕卡全站仪原装进口
11
倾斜传感器
0.001°
1
12
温度传感器
0.01°
1
13
电源
12v
2
为工控机和全站仪供电
14
精调车架
1
方便精调设备移动和遮阳避雨
7.质量控制
7.1质量控制标准
《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》（铁建设［2007］85号）、《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》（TZ216-2007）及《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）。
精度要求见表7.1-1。
表7.1-1精调过程中的精度要求
序号
检查项目
允许偏差或允许值
备注
1
定向偏差
高程2mm；纵向10mm；横向2mm
2
轨道板的调整偏差
高程0.5mm；纵向10mm；横向0.5mm
3
板的顺接偏差
高程0.4mm；横向0.4mm
4
弯曲偏差
水平0.5mm；竖向0.5mm
7.2质量控制措施
7.2.1对于已调好的轨道板要设置安全拦绳，加强看管，防止人员踩踏。
灌浆过程中每班组配备安全员，检查起吊设备，防止砂浆罐撞到轨道板。
7.2.2按规定频次对仪器进行维护及检校，防止由于硬件设备引起的系统误差。
7.2.3对轨道板的精调结果文件及时检查分析，监督检查各精调组对精调限差的执行情况。
7.2.4每套精调系统首次精调后、在灌浆前，必须对轨道板进行复测，以检查精调系统是否有系统误差。
7.2.5确保橡塑棉粘贴位置要准确，防止由于橡塑棉靠外，用力安装精调千斤顶时支承爪插入橡塑棉中或千斤顶与轨道板侧面有橡塑棉夹层，导致千斤顶与轨道板之间存在弹性垫层，使得在精调过程中轨道板始终处不稳定状态，数据跳跃频繁。
7.2.6按规定频次对灌浆后的轨道板进行复测，及时分析灌浆过程中对轨道板的扰动，若存在较大偏差，及时分析原因，采取措施，消除质量隐患。
7.3质量检验
7.3.1轨道板下部结构为底座板或支承层，轨道板粗铺前需对底座板或支承层进行高程检查，确保轨道板高程偏差在±5mm范围内。
7.3.2精调过程中严格执行精调限差的要求。
对每套精调系统或不同的精调小组的第一段精调轨道板必须进行复测，确认不存在系统误差方可进行灌浆。
7.3.3灌浆后对轨道板进行复测。
8.安全措施
8.1安全管理措施
8.1.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。
根据国家有关规定，条例，结合施工单位实际和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好安全生产。
8.1.2对施工各个环节进行定期和专项安全检查，并做好安全检查记录。
8.1.3进入施工现场人员，全部进行安全培训，持证上岗。
8.1.4进入施工现场的精调设备必须完好，并按照规定的频率进行检校，并由设备管理人员和安全人员在现场交接单上签字后方可使用。
8.2安全技术措施
8.2.1定期对千斤顶扳手进行检查，防止使用过程中扳手滑丝，使工人受伤。
8.2.2及时备份精调的数据文件，防止由于系统瘫痪导致数据丢失。
8.2.3加强对设备的管理，实行精调设备专人负责制，非精调人员严禁触摸操作仪器设备，避免系统设置及数据被非法更改而使精调系统出现非正常系统误差。
专人防护，防止他人接触精调设备。
9.环保措施
9.1开工前编制详细的施工区和生活区的环境保护措施计划，报送监理工程师审批后实施；
9.2成立专门的环保机构，把环境保护列入日常生产、生活，严格遵守国家和地方所有关于控制环境污染的法律法规中所要求的环保指标。
9.3对施工中可能影响到的公共设施，制订可靠的防止损坏的施工措施，并将相关的方案向施工人员进行技术交底，实施时加强监测。
9.4供电电瓶正确使用，防止浓硫酸液体流出污染环境。
9.5整个操作系统无辐射，对人体无害，对环境无污染。
10.效益分析
10.1通过引进、消化和吸收德国博格轨道板精调技术，积极开展自主创新，中铁十七局集团公司开发研制的精调软件SPPS以及硬件设备，单套价格比国外定购价格节省27万元，16套合计节省了432万元，并获得软件著作权。
通过精调软件SPPS以及硬件设备的设备国产化研制，提升了国内产业水平，降低设备采购成本。
10.2通过精调系统开发研制，拥有了该项硬件集成制造技术，掌握了核心的软件开发技术，具备了可再生性和进一步开发改进的能力，为该技术的今后延伸使用提供了必要的技术储备和基础。
10.3在精调软件SPPS在使用过程中，不论是在精度还是在精调速度上都超过了德国原有的软件系统，得到了德国技术人员的一致称赞。
10.4通过该技术的应用，在后期工期压力比较大的情况下，提前10天完成的精调施工，确保后续工程的顺利开展，为奥运会顺利召开提供有利保障，取得了很好的社会效益。
11.应用实例
中铁十七局集团公司在京津城际轨道工程中线下工程施工任务约50Km，占全线的120km的41%，施工任务重，工期紧显得尤为突出，无砟轨道施工时间开始时间2007年7月29日，结束时间2007年11月17日，仅仅不到4个月按要求完成完成了京津城际铁路DK50+140～DK99+855段50.01188km、19617块的无碴轨道的施工，精调过程中严格执行限差规定，最终通过竣工测量验收，铺轨结束后，扣件调整量仅为0.6%左右，取得了良好的效益与效果，为最终达到轨道平顺性指标打下了基础，受到业主及相关单位的好评，为企业赢得了荣誉。
中铁十七局集团公司在京津城际轨道交通工程中首次范围地应用了Ⅱ型板各项铺设技术，按期保质地完成了施工任务，为奥运会前京津线的顺利开通奠定了基础。
通过对精调软件“SPPS测量控制系统V1.0”，的开发和“轨道板精调测量系统及调整测量方法”专利的申请，形成具有自主知识产权的软硬件产品，为技术的推广应用提供信息和法律支持。
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