高速铁路博格式轨道板的精调测量.doc

博格式轨道板的精调测量秦晓东（中铁十七局集团第二工程有限公司）摘要 目前我国以开始大规模修建高速客运专线,现以开工的几条客运专线都采用了板式无碴轨道,轨道板高精度的安装定位是当前铁路施工测量的新课题,本文详细介绍了博格式轨道板的精调测量。关键词 精调测量系统 Bogl式轨道板 1、 工程概述京津城际客运专线是我国首次修建时速超过300km、采用无碴轨道的高速铁路。由于传统的有碴轨道的承载能力和平顺度无法满足时速高达300 km左右列车的安全行驶，于是我国在京津城际客运专线引进了德国Bogl板式无碴轨道技术。用作为板式无碴轨道重要组成部份的Bogl式轨道板，来替代普通铁路的道碴和轨枕，通过扣件系统直接安放钢轨，轨道板铺设的精度将直接影响轨道最终的平顺性，为满足高速列车运行时对轨道几何尺寸的特殊要求，在安装轨道板时必须进行精确测量定位，安装定位的最终精度与所设计的理论值偏差要求在亚毫米级的精度范围内，这么高的精度，普通的工程测量方法显然是不行的，这就需要一套高精度的测量系统来完成。 2、 轨道板精调测量系统的简介 为了达到高速铁路CRTS型板式无碴轨道安装定位的高精度要求，由中铁十七局集团公司和成都普罗米新科技有限责任公司在借鉴德国Bogl精调测量系统的基础上联合开发了国产化的轨道板精调测量系统-SPPS。2.1、SPPS精调测量系统的组成该系统由控制计算中心、SPPS软件、TCA1800型全站仪、通讯系统、调整量显示器、精密微型棱镜、测量标架、对中三脚架、微型棱镜三脚座、配套的测钉等以及安放控制计算中心和调整量显示系统的运输车架共同组成。2.2、SPPS精调测量系统功能介绍 控制计算中心由工控机、和安装在工控机内的SPPS系统软件组成、它是精调测量系统的核心。它的基本功能是发送命令、交换数据、处理计算、输出结果。 图1 控制计算中心与工控机COM口相连的数传电台1、与全站仪COM口相连的数传电台2，组成了无线数据半双工通讯系统，有效无线通讯距离约40米。全站仪是在遥控模式下接收由控制计算中心通过数传电台传来的指令、执行相应的测量，并将测量结果通过数传电台返回到控制计算中心。调整量显示器总有六个，通过485总线与工控机相连，每个显示器对应一个轨道板调位千斤顶，在测量后显示该千斤顶调整量。 图2 调整量显示器测量标架由横梁、门字框、支座（轴承）、触及端等组成，利用测量标架的触及端与轨道板的承轨台打磨斜面的准确触及，构成了测量标架与轨道板固定的几何关系,通过测量标架上的微型棱镜来准确的反映轨道板的空间位置，每套轨道板精密调系统内共有五个测量标架，四套测量标架用于精调日常作业，一套测量标架用于检核校正。安装在触及端上方的接触指示器是检验测量标架触及端与承轨台打磨斜面是否良好触及的检验装置，由高灵敏度的行程开关和显示控制电路组成。 图3 测量标架精密微型棱镜是一种经过精加工的、并由检测部门检测和认证棱镜常数且与对应的棱镜基座配套使用，这种棱镜可绕水平轴俯仰转动，也可在测量时绕垂直轴水平转动，但测量点始终居中，即空间位置始终保持固定。对中三角架是用来架设全站仪及后视棱镜的，它的加工精度能保证将地面已知点坐标准确地沿铅锤线传递到固定的高度，并能在任何方向上做到重复、精准对中定位。3、 SPPS精调测量系统的工作原理及操作方法3.1精调测量系统的工作原理每块加工好的CRTS型轨道板有两排共20个承轨台，在计算时每对承轨台的中心处也算一个坐标，这样在编号时就有30个承轨台，从板头方向数130号。 图4 测量标架在Bogl式轨道板上的位置在轨道板运到现场，通过专用的龙门吊粗放到位后，在轨道板的1和3号承轨台、13和15号承轨台、28和30号承轨台之间分别安放测量标架，装在每根测量标架上的接触指示灯可以提示操作工人标架的触及端是否与承轨台的打磨斜面之间紧密接触，每根测量标架的横梁两端上装有两个距离等于定值的微型棱镜，在上一块已经调整到位的轨道板的1和3号（或28和30）承轨台之间安放测量标架；控制计算中心通过与工控机COM口相连的数传电台1和与全站仪COM口相连的数传电台2建立通讯，指挥安装在对中三脚架上的TCA1800型全站仪对上述四套测量标架上的各个微型棱镜的实际坐标进行测量，并将测量的数据通过数传电台返回到轨道板精密调整系统软件内，处理计算后获得轨道板当前的实际坐标位置；然后与事先输入的轨道板的理论设计坐标值进行比对，将计算后得到的调整值通过485总线发送到与轨道板上前、中、后三对共计六个调整点相对应的6个调整量显示器上。操作工人根据显示器上显示的调整量对轨道板上的前、中、后六个调整点的横向和高低进行调节，调节完毕后再次对测量标架上的棱镜进行测量，比对实测值与理论值之差是否在限差范围之内，若小于限差，则本块轨道板调整完毕。3.2精调测量系统的操作方法3.2.1 架设全站仪将专用对中三脚架的对中杆的尖端，放入每块板缝处的GRP点上的测钉锥窝内，将两整平调节螺杆的尖端放置在轨道板上，注意要将测钉锥窝内的杂物清理干净.取下全站仪下的基座,将全站仪放入对中三脚架的基座上,并旋紧基座的锁紧钮, 把给全站仪供电的电瓶压在两整平螺杆之间的横臂上,以保持对中三脚架的稳定和平衡。用电源线连接电瓶、全站仪、无线电台。开启全站仪，旋转两整平螺杆的螺旋整平全站仪。 图5 全站仪的架设 3.2.2架设后视小棱镜将后视小棱镜插入基座内，放置在另一付对中三脚架上，并锁紧。然后架设在待测板与上一块已经精调好的轨道板之间的GRP点上，用与架设全站仪时一样的方法整平后视小棱镜。3.2.3 安置测量标架测量标架I放到第1、3承轨台上（顺里程增大方向铺设时）；或是第28、30承轨台上（顺里程减小方向铺设时）。测量标架II安置在第13、15承轨台上。测量标架III安置在待精调轨道板的第28、30承轨台上，（顺里程增大方向铺设时）或是安置在第1、3承轨台上。（顺里程减小方向铺设时）测量标架IV安置在已经精调完毕的与待精调的轨道板相邻的轨道板的最后一对承轨台上。该标架是用来为待调板定向和控制这两块轨道板位置平顺过渡而设置的。检查每付测量标架的两个触及端是否与承轨台的打磨斜面准确触及，确认触及指示灯点亮。每根测量标架上的两端都分别安装有一个微型棱镜。它的位置相对与标架上的基座是固定的，安装时注意棱镜与基座上的对 应编号。 图6 微型棱镜与对应基座3.2.4 调整量显示器的连接从工控机485接口出来的电缆依次串行连接到显示器1、6、5、4、3、2。显示器安装的安置方式为：从标架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）。3.2.5 调整量显示器的设置显示器正面靠右位置有一个按钮，用于设置地址和开/关背景光的。持续按下显示器上的按钮8秒，将出现地址设置模式，这时，显示器左下角地址编号会反色显示，单击按钮，地址将从1到6依次循环，待出现需要设置的地址时，2秒无动作，显示器自动保存该地址信息并退出至正常接受状态。显示器背景光亮度可调，单击按钮，背光由关、弱、中、强依次循环。显示器显示为4行，第1行：标题，第2、3行：水平、垂直显示的调节量，显示单位为毫米。第4行显示本显示器地址、软件版本号等信息。当显示器初始化或者没有数据的时候，显示的显示值为“*”，超过规定的数据，显示为“99.9”。每个显示器都均内置有温度传感器,用来读取外界的环境温度并在工控机里显示并保存。但只有设为6号的显示器均内置的温度传感器才能被激活。3.2.6 工控机与测量车架的安放测量车架停放在待调的轨道板上,调好一块板后推到下一块待调的轨道板上。工控机安放在测量车架的操作台上图7 测量车架在待调的轨道板上4、 精调测量系统的软件使用及操作步骤4.1 轨道板精调测量系统软件的系统参数配置主要是配置通信协议、各接口参数、棱镜常数，对各设备进行初始化，输入原始数据等工作。 4.1.1 通讯参数的设置 软件默认全站仪的通讯端口为“COM1”，温度、显示器等仪器的通讯端口为“COM2”。此设置一般无须更改。 通信协议：全站仪和工控机的波特率都设为9600、数据为8、结束位1、奇偶性设为无。4.1.2 棱镜常数的设置在棱镜常数配置菜单中根据棱镜的出厂参数输入对应数据,棱镜高输入的是轨顶到棱镜中心的距离。4.1.3 作业参数的设置主要是进行加权，选择参考点，确定板号的增加量，里程方向等设置。在选择顺大里程方向铺设是选“+”,反之选“-” 。这里还需要输入所调板的板号、测量操作人员的姓名、日期、时间以及当时的天气.4.1.4 坐标数据的输入 坐标数据有两方面,一是“板文件”既每块轨道板的设计坐标,要放到指定的文件夹中,文件名“SLABS” ，二是控制点坐标既架设全站仪和后视棱镜的GRP点的三维坐标,它要放到文件名为dpu的文件夹里。 4.2 全站仪定向 在精调开始前要定向,首先需要人工手动瞄准后视点棱镜,然后输入测站点的棱镜常数、仪高(TCA1800+标准对中三角架的仪高为0.565m,这里须注意：对中三脚架的竖轴尖容易磨损,要每周检查一次)、测站点号、然后选择是否参照上块板定向，这里要注意：除了新开的工作面外，也就是说除非上块板是未调好的板，参照上块板是必须的。4.3 检校测量标架4.3.1 检校测量标架的目的 由于温度、长途运输等因素对金属结构的测量标架的几何尺寸会产生一定的影响，故在工作前需要对测量标架进行检校。先把已经与板几何位置经过校准的标准标架放在轨道板的一对承轨台上，利用全站仪对安装在上面的两组棱镜进行坐标值测量，然后取走标架，将其它四根标架分别放上去进行棱镜的坐标值测量，测出的其它四根标架上安装的棱镜的坐标值与标架5的棱镜坐标值之间产生差值，在以后的精调作业中软件会对测量数据自动改正。4.3.2 检校测量标架的方法首先要把标准标架放到轨道板上，人工瞄准左棱镜测量，然后再瞄准右棱镜测量,软件自动保存两个坐标数据,再分别放上其它四根标架测量，仪器会自动搜索与测量，并计算检校值。选择保存, 则检校测量标架完成。4.4 Bogl板精调测量的操作要领及注意事项4.4.1 精调测量的操作步骤及要领通过多次的实验以及在实际操作过程中的摸索总结,得出的经验是: 精调好一块轨道板需要15分钟左右的时间。当然这需要一组熟练的调板工人配合。第一步:开机进入DOS操作系统,打开参数配置菜单第6项检测标架。完毕后按ESC退回软件主菜单。第二步:进入菜单选项2,进行精调基本作业参数设置: (1)选择左右轨道，L或R,用回车键确认。 (2)输入待调板号 (3)输入操作人员姓名 (4)日期、时间、温度、天气如无特殊，一般采纳仪器自动生成值。无需输入，直接按回车键确认即可。第三部：进入精调作业选项界面：(1)定向:输入仪高、设站点号，选择是否参照上块板、输入其他参考点(后视)。（2)四角测,全站仪会自动依次对棱镜1、3、6、8四个轨道板的端角点进行测量,并同时在工控机与调整量显示器上,显示该处的调整量,此时精调测量员就可以指挥调板工人,开始调整相应位置处的调位千斤顶。完毕后，1为保存，0为继续测量，ESC启动子菜单: 单棱镜测量 重复四点测量 取消测点(3)单测棱镜2、7,这主要是为了消除轨道板中间的挠度。同样调整量会在对应的显示器上显示, 指挥调板工人调整该处的调位千斤顶。(4)2、7调到位后就可以完整测量了,在“完整测量”模式下,全站仪会对所有的棱镜测量一遍，包括参照上块板定向的号标架上的4、5号棱镜。由于在调板中部的2、7时,已调好的四角可能会有一点微动,再者两次测量之间可能会有点系统误差,所以在完测后可能个别点会仍有超限值出现。这种情况下,就不需要重复完测了,只需对个别超限点单测就可以了,完成后选择保存。就可以搬站,测下一块板了。注意完测数据要不大于0.3mm的限差4.4.2精调作业中的注意事项每次测量前要检查标架的触及端是否与承轨台的打磨面接触良好。无论在任何情况下坚决禁止踩踏，在调的和架设全站仪及后视棱镜的轨道板,精调好未灌浆的板也禁止踩踏。架设全站仪和后视棱镜前要检查测钉（GRP点）内有无沙子等杂物, 在全站仪和棱镜支架整平之前，轻转三脚架，检查支脚是否在测点标志钉内。每个工作日要检校一次全站仪和测量标架，在定向误差大时也要检校标架。雨天与大雾天最好不要作业，因为在这种环境下系统的电路部分极易损坏。外接电源分清正负极，避免短路现象出现。电瓶不允许倒置。每个工作日对全站仪的电子气泡进行一次调整。以确保架设精密小棱镜的垂直性。4.5 调板后的数据处理 在“完整测量”并保存后,在工控机的 “Log”文件夹中会生成四种记录文件既:txt、ffe、ffd、ffc 。Txt是文本文挡格式,它详细记录了调板的时间、天气、日期、气温以及观测者姓名等信息,还有定向误差及各测点与设计值的差值等数据。Ffe 记录的是各测点的实测坐标以及观测者姓名、时间、日期和天气。Ffd 是配位文件,它规定了标架及棱镜对应的承轨台编号。Ffc 记录的是调板所用的设计坐标值。每个小组下班后要把“Log”文件夹中的四种记录文件拷贝出来,并把“Log”文件夹清空,防止数据覆盖。5、人力资源配置 每个测量小组配两名测量员,组长负责工控机的操作及数据的输入及拷出。组员负责全站仪和后视棱镜的对中、整平等辅助工作。此外还要配六名熟练的调板工人,负责千斤顶的安放和轨道板的调节。6、 结束语从2006年起我国将大力投资修建铁路新线