CRTSII型板式无砟轨道布板软件技术培训资料

1、CRTSII型板式无砟轨道布板软件,铁道第三勘察设计院集团有限公司,技术培训资料,布板软件组成,软件开发概述及主要内容,CRTSII型板式无砟轨道布板软件成果汇报,解决的关键技术问题,软件主要创新点,布板软件主要功能,软件验证,软件开发概述及主要内容,2005年铁道部引进博格板式无砟轨道,并成功应用于京津城际线路,实现了330km/h的运营速度. CRTS型板式无砟轨道结构主要由承载层、水泥乳化沥青砂浆充填层、轨道板、钢轨及扣件系统组成.其中承载层采用了纵向连续板带结构,使得轨道板可以连续铺设并且大幅减少了异型板的数量；轨道板承轨台在工厂内精确打磨使得轨道板在线路中具有唯一里程位置,同时打磨后

2、的承轨台部分地、预先地形成了线路几何,减少了后续钢轨调整量. 由于上述特点,CRTS型板式无砟轨道从设计到施工采用了以布板软件为核心测量管理体系.布板软件系统包括设计布板软件和施工布板软件两部分,二者数据交流相互关联,功能上又相对独立.,软件开发概述及主要内容,利用布板软件可以进行轨道板布置、轨道板打磨数据计算、路基HGT层面及桥梁底座放样、轨道基准点及定位圆锥体放样、计算各种变形下轨道板精调放样数据,从而实现高精度、高平顺及较好的舒适性. 本软件能够应用于国内CRTS板式无砟轨道设计、施工,形成了具有自主知识产权和数据标准的国内CRTS型板式无砟轨道国产化软件. 2009年9月29日,铁道部

3、科技司在北京主持召开了“CRTS型板式无砟轨道设计施工布板软件自主研发”阶段技术审查会并同意课题组研发的布板软件在CRTS型板式无砟轨道工程中试用.,软件开发概述及主要内容,系统总体架构,系统结构图,CRTS型板式无砟轨道国产化系列软件主要结构组成如图示.,软件开发概述及主要内容,软件组成及数据流程.,软件开发概述及主要内容,CRTS II型无砟轨道施工测量主要有5个过程： 1.支承层中桩及底座板边模板立模放样. 2 .轨道基准点和定位锥点放样. 3 .实测基准点平面和高程数据,进行基准点实测数据平差,生成基准点坐标数据文件DPU.（我院平差软件完成） 4 .轨道板精调数据(FFC、FFD)计

4、算. 5 .轨道板精调成果复测及评估. 上述每一个施工测量过程中都需要使用施工布板软件计算断面点坐标数据并进行现场放样,同时通过测量获得现场测量数据结果,再用施工布板软件进行CPIV点坐标和高程的平差计算和对轨道板精调成果进行评估.,软件开发概述及主要内容,设计布板软件,（1）根据线路平面几何数据和纵断面几何数据,建立空间几何计算模型. （2）建立了某一补偿长度相对应的补偿板几何数据. （3）能够计算曲线超高在线路几何计算模型单元上分布. （4）能够沿线路轴线进行轨道板布置. （5）绘制轨道板排布一览图. （6）统计标准板、补偿板及特殊板的数量. （7）计算轨道板打磨数据.,软件开发概述及主要

5、内容,施工布板软件,(1)定义路基横断面形式. (2)路基上轨道板放样计算,包括轨道板接缝处放样坐标及任意里程处断面放样. (3)计算轨道基准点的精确三维坐标,根据与CP点和轨道基准点实际联测的原始数据,平差计算获得实际放样的精确三维坐标,为轨道板精调提供起算坐标. (4)对精调结果及轨道板复测数据进行检查计算评估,监控精调作业队施工情况,同时可对复测结果进行平顺性分析,对超限位置模拟扣件调整. (5)桥梁结构物上轨道板放样计算,包括定义和编辑梁跨类型、录入梁跨荷载变形、定义梁跨区段. (6)在考虑各种工况桥梁荷载的变形情况下进行轨道板和底座板放样计算. (7)在考虑各种工况桥梁荷载的变形情况

6、下进行梁跨断面及平面坐标计算. (8)考虑各种工况桥梁荷载的变形情况和打磨误差因素,准确计算出每块轨道板上的支点(承轨台上左右钢轨顶点及对应的轨中点）在实际里程的空间位置,进行桥梁上板精调数据计算.,布板软件组成,布板软件设计模块组成,施工布板软件在整个CRTS型板测量管理体系中处于核心位置,上游既与设计院在轨道几何和轨道板布置紧密相关,同时需要设计理论数据、板场打磨数据、梁场变形监测数据做为施工计算的原始数据,下游又与作业队形成往来数据交换,控制现场测量、精调和结果评估,实现现场管理功能.因此施工布板软件在型板无砟轨道施工中起着不可替代的中间作用.,布板软件组成,布板软件由布板设计和布板施工

7、两个子系统组成.（简称设计布板软件和施工布板软件）；设计布板软件用于轨道板布置及轨道板打磨接口数据计算 ,由五大部分组成：数据录入管理、轨道板布置、打磨接口数据计算、图形输出、报表整理 .,布板软件设计模块组成,布板软件组成,布板软件施工模块组成,施工布板软件用于CRTS型板式无砟轨道的施工设计,由四大部分组成：施工放样测设数据计算、桥梁布置及荷载定义模块、轨道板精调数据计算、轨道板精调成果数据评估.,布板软件组成,布板软件数据组成,布板软件组成,设计布板软件数据流程,布板软件组成,施工布板软件数据流程,布板软件主要功能,建立线路空间几何计算模型 建立轨道板类型及标准补偿板数据库 布置并编辑轨

8、道板分布 打磨数据计算 绘制轨道板布置图 生成轨道板布置表 施工放样测设数据计算 轨道板精调数据计算 桥梁孔跨布置及变形处理 数据检查,布板软件主要功能,建立线路空间几何模型 线路平、纵及超高几何数据 平纵面模型 空间几何模型,线路空间几何计算模型是线路平面模型和线路纵断面模型的空间叠加,是基于线路平面及纵断面几何数据,进行线路上任意空间点几何位置计算的数学模型,该数学模型能够计算空间任意点的三维坐标及由超高产生的空间旋转及空间方向 .,布板软件主要功能,结果显示,布板软件主要功能,空间模型三维效果图,布板软件主要功能,建立轨道板类型及标准补偿板数据库 轨道板类型包括标准板、道岔板及特殊板.标

9、准轨道板两 板端接缝的长度为6.5m.,标准轨道板外形图,布板软件主要功能,布置并编辑轨道板分布,为保证轨道板在线路上具有唯一性,需要根据定义好的标准板、补偿板及强制点数据,按照强制点范围内定义的轨道板类型、轨道板倾斜角度及轨道板所采纳的扣件类型,对相应强制点范围内的线路自动布置标准板和补偿板,计算轨道板在对应空间位置的几何属性,同时根据开窗设备及板端类型修改轨道板类型过渡处轨道板的属性,供轨道板打磨时由磨床设备自动识别.,布板软件主要功能,轨道板布置完后数据信息显示图,布板软件主要功能,轨道板三维效果图,布板软件主要功能,打磨数据计算 打磨技术是CRTS型轨道板最为独特的一项技术,它利用专用

10、数控磨床对轨道板承轨台进行打磨,使打磨后的轨道板承轨槽位于线路理论空间曲线,以保证线路几何高精度及轨道高平顺性.打磨数据计算就是对轨道板各承轨槽的理论坐标进行计算,然后提供给打磨系统的AV软件进行转换和处理.,轨道板承轨台打磨计算点示意图,布板软件主要功能,打磨数据计算,布板软件主要功能,打磨数据计算,布板软件主要功能,承轨台编号示意图,轨道板通过在工厂预制和对承轨台进行打磨,可获得高精度的轨道几何,钢轨铺设和调整工作量降低,轨道板在线路位置上具有唯一性.,布板软件主要功能,研磨机数据接口文件,布板软件主要功能,绘制轨道板布置图 根据左右线轨道板布置信息,绘制轨道板布置图,并可和线路平面图叠加

11、形成附有线路平面信息的轨道板布置图.轨道板布置图可根据轨道板中心线和线路的相对关系,轨道板起终点里程和线路平面桩号的关系来检查轨道板的布置结果是否有错,能否满足精度要求.,轨道板布置图,布板软件主要功能,生成轨道板布置表 由于打磨后的轨道板在线路上是一一对应的,具有唯一性.京津城际在施工精调过程中,施工单位按照博格提供的表格,组织和管理全线轨道板的铺设和精调,来确保其铺设精度.本次软件开发过程中成功实现了 之前“在布板软件中无法实现”的生成轨道板布置表的功能.,博格提供轨道板布置表,布板软件主要功能,布板软件新增轨道板布置表,结果显示：,布板软件主要功能,施工放样测设数据计算 CRTS型板式无

12、砟轨道施工放样是根据布板软件生成的板分布数据,计算轨道板的横断面上述各个控制支点的放样坐标数据,用于施工放样测设. 主要包括：主要是计算底座立模放样坐标、轨道基准点(CPIV)和定位锥点放样坐标,路基上HGT面放样计算、桥梁上底座放样计算.对于特大桥梁,考虑桥梁二期恒载和收缩徐变的变形预拱量.,布板软件主要功能,1、定位圆锥体和轨道基准点放样数据计算 布板软件可对定位圆锥体及轨道基准点空间坐标计算,因此能够保证二者放样位置准确,可使安装精度达10mm. 在软件中定义图示断面后,即可计算任意里程或任意轨道半缝处定位圆锥体、轨道基准点及立模点的三维坐标.,圆锥体及轨道基准点计算点位示意图,布板软件

13、主要功能,2、路基上HGT面放样计算,CRTS型板式无砟轨道道床在路基上由混凝土支承层、CA砂浆垫层和轨道板三层组成.路基HGT面高程精度为5mm,横向精度为10mm,以确保精调,灌浆及密封要求.,路基上无砟轨道道床横断面,布板软件主要功能,为保证混凝土支承层面几何位置准确,需要对HGT相关控制点位进行放样,需要根据布板软件生成的板分布数据,计算轨道板的横断面上各个控制点的放样坐标数据,用于施工放样测设,软件定义计算断面如图所示.,软件定义计算断面,布板软件主要功能,3、桥梁上底座放样计算 CRTS型板式无砟轨道在桥上由两布一膜滑动层、钢筋混凝土底座板,CA砂浆垫层和轨道板四层组成,底座板结构

14、是桥梁上型板道床结构中的一部分,设计为一整桥连续的钢筋混凝土板带结构,是型板轨道结构的重点特点之一.,桥上无砟轨道道床横断面,布板软件主要功能,3、桥梁上底座放样计算,布板软件主要功能,布板软件在桥梁上的放样坐标计算断面定义及计算界面同路基. 两者的主要区别是梁体在温度、收缩、徐变、桥面二期恒载及活载等因素影响下将发生变形,需要将这些即将发生的变形量预先考虑到理论坐标计算中,使结构在完成后最终处于一种较理想的状态. 而路基上的各种理论数据计算则不需考虑变形.,布板软件主要功能,轨道板精调数据计算 加工打磨完成的轨道板上实际有左右10对承轨台（共20个）,每个承轨台对应的钢轨顶点定义为支点,左右

15、对应于中线处也定义为一个支点,因而每块轨道板计数上共有30个支点. 布板软件根据线路平曲线和竖曲线参数、铺板数据、轨道板研磨检测数据、桥梁分布及荷载徐变参数,能够计算得到轨道板130支点的精调坐标数据,如图示.在计算过程中,自动加入板打磨偏差数据以及桥梁变形修正数据,最终满足板精调施工的要求.,轨道板精调计算支点编号图,布板软件主要功能,轨道板精调数据计算,轨道板精调计算支点编号图,布板软件主要功能,桥梁孔跨布置及变形处理 由于在进行桥梁上底座板放样及精调数据计算时,需要考虑桥梁在温差,收缩徐变、二期恒载及活载等作用下引起的变形,因此在进行桥梁上底座板放样及精调数据计算前,需要处理桥梁类型、孔

16、跨布置及荷载、变形.,布板软件主要功能,1、桥梁类型定义 桥梁类型定义用来定义工程项目中将会采用的各种类型桥梁的参数,输入的信息包括名称、梁长、梁宽、两端梁缝大小,跨梁轨道低点高差,因超高引起的沉放系数及已经编辑好的平面、横断面、荷载变形定义文件.,桥梁类型定义界面,布板软件主要功能,2、桥梁孔跨布置 桥梁孔跨分布是指线路上各种类型桥梁的分布情况,由于桥梁孔跨分布已由桥梁专业依据桥梁设计要求进行了布置,因此布板软件不再对桥梁孔跨分布进行处理,只是根据桥梁专业提供的桥墩里程及相邻两桥墩间的桥梁类型进行数据导入.,布板软件主要功能,3、桥梁变形定义 由于桥梁在温度、二期恒载、活载作用下会产生变形,

17、同时考虑收缩徐变的影响,桥梁的变形将直接影响轨道板在空间线路上的位置,因此需要对桥梁在各种工况下引起的变形进行计算.,布板软件主要功能,桥梁的不同工况变形,布板软件主要功能,布板软件进行变形计算时根据施工经验,对每种变形考虑不同的百分比进行计算.考虑各种变形后的计算情况如图所示.,考虑各种工况后的桥梁变形,布板软件主要功能,数据检查 在轨道板精调后,需要对现场轨道板精调系统调整结果数据进行检查.在轨道板灌浆后,也需对轨道板位置进行复测检查.数据检查的主要功能是对底座板高程复测数据,轨道板铺板记录文件和精调成果复测数据的检查和评估,包括底座板高程复测、精调铺板记录、精调（竣工）成果复测等工作的检

18、查和评估.解决了轨道板精调和灌浆后的轨道板数据检查、评估和调整的问题 数据检测内容包括：精调成果复测、精调铺板记录和底座版高程复测数据.,布板软件主要功能,底座板高程复测数据,轨道板铺板记录文件和精调成果复测数据的检查和评估的操作界面及结果显示基本一样,如下图示.,检查和评估操作界面,布板软件主要功能,横向和高程偏差分布图,软件验证,为确保软件的正确性,以京津线路K0+900.00DK84+005.000为例对软件计算结果进行了大量验证工作；同时委托相关施工单位对软件也进行了进一步验证. 预先对两个软件设置相同的参数,导入相同的项目文件,编辑好需要的梁跨类型及计算断面.然后进行相关计算,计算流

19、程见右图.,软件验证,验证内容： （1）打磨接口FFB数据文件对比分析； （2）打磨接口FFB-SM数据文件对比分析； （3）DPU数据文件对比分析； （4）考虑梁变形,轨道基准点（GRP）及定位锥数据文件对比分析； （5）不考虑变形,轨道基准点（GRP）及定位锥数据文件对比分析； （6）考虑梁变形,任意里程指定断面数据文件对比分析； （7）不考虑梁变形,任意里程指定断面数据文件对比分析. （8）轨道板精调数据（FFC） （9）轨道板精调数据（FFD）,软件验证,3.验证结果： DPU数据： 施工放样DPU数据（板顶面为基准面,不考虑梁变形）,创新软件与博格软件计算结果对比结果,施工放样DPU

20、数据（单位：mm）,软件验证,施工放样DPU数据右线X坐标差值,软件验证,FFB数据文件：,FFB数据对比（单位：mm）,FFB数据中平面半径差值较大,但由下图中数据可知,平面半径差值较大点出现在直线和缓和曲线衔接处,此处缓和曲线从无穷大过渡到某一半径,且在缓和曲线起点附近变化最快；因此,在缓和曲线起点附近,里程的微小变化或计算方法精度上的微小变化,都有可能导致平面曲线半径差异较大,两者差异对几何计算是允许的,也不会影响到轨道板的坐标计算.,软件验证,FFB数据平面半径差异,软件验证,FFBSM数据文件：,FFBSM数据对比（单位：mm）,FFB-SM数据文件中X、Y坐标值差别较小,两软件计算

21、结果基本相同,轨道板的布置类型一样,扣件代码存在差异.扣件代码的差异 出现在道岔板范围内,我们分析博格软件在处理道岔板扣件类型代码上欠合理.,软件验证,FFBSM数据板代码差异,软件验证,轨道基准点(GRP点)及定位锥放样数据文件（不考虑梁变形） ：,GRP点及定位锥数据对比（单位：mm）,GRP及定位锥数据文件中X、Y坐标值差别较小,两软件计算结果基本相同,最大值不超过0.05mm；板型及板代码均无差异.高程差值由国内外在断链处理上的差别引起.,软件验证,GRP及定位锥数据右线X坐标差异,软件验证,轨道基准点(GRP点)及定位锥放样数据文件（考虑梁变形） ：,GRP点及定位锥数据对比（单位：

22、mm）,GRP及定位锥（考虑变形）数据文件中X、Y坐标值差别较小,两软件计算结果基本相同,最大值不超过0.05mm；板型及板代码均无差异.,软件验证,GRP及定位锥数据右线X、Y坐标差异,软件验证,任意里程指定断面放样计算（不考虑梁变形） ：,断面06数据对比（单位：mm）,任意里程断面06（不考虑变形）数据文件中高程、X和Y坐标值差别均较小,计算结果基本相同,最大值仅为0.028mm；板型及板代码均相同.,软件验证,断面06右线X、Y坐标差异,软件验证,任意里程指定断面放样计算（考虑梁变形） ：,断面06数据对比（单位：mm）,任意里程断面06（考虑变形）数据文件中右线高程差值相对稍大、X和

23、Y坐标值差最大值分别为右线0.028mm和0.02mm,板代码均相同.,软件验证,断面06（有荷载）右线X、Y坐标差异,软件验证,轨道板精调数据对比（FFC）：,轨道板精调数据（FFC）对比（单位：mm）,轨道板精调数据（FFC）文件中个数据基本相同,只有easting和Northing差值稍大,分别为0.023mm和0.024mm,其余各项均无差别.,软件验证,左线轨道板精调数据（FFC）对比,软件验证,轨道板精调数据对比（FFD）：,轨道板精调数据（FFD）对比（单位：mm）,轨道板精调数据（FFD）文件中各项数据均相同.,软件验证,左线轨道板精调数据（FFD）对比,软件验证,4.结论：

24、经过对DPU数据、路基HGT面及桥梁底座施工放样数据、打磨接口FFB及FFB-SM数据、轨道基准点(GRP点)及定位锥放样等各项数据的测试及结果对比分析可知： 除个别无须打磨的道岔板数据由于扣件布置方式不一样稍存差异外,两软件对标准板和补偿板的计算基本一致. 说明创新布板软件的计算结果是准确的,满足设计施工精度要求,且创新布板软件比博格布板软件更能适合我国铁路设计实际情况.,软件创新点,线路平面断链处理 轨道板精调数据计算 轨道板编号调整 线路平面及纵断面数据输入 轨道板布置表,软件创新点及解决的问题：,软件创新点,线路平面断链处理,由于德国在铁路选线设计上与我国存在较大差异,博格布板软件在断

25、链处理上的问题主要有：直线上存在两处断链的工况、一般长链工况、大长链工况和断链在边坡点上的工况. 博格公司通过京津城际项目优化完善了布板软件,但在长链处理及断链落在纵断面竖曲线范围内等情况考虑仍不完善. 国产化软件在数据处理时增加了断链数据,在进行空间曲线模型构造时,线路空间曲线坐标及方向计算统一按线路连续里程进行计算,消除了断链对轨道板布置的影响.,软件创新点,轨道板精调数据计算,由于梁体在温度、收缩和二期荷载等的作用下产生变形,且该变形通过底座、砂浆直接作用在轨道板各承轨槽；轨道板各承轨槽的变形,理论上应是各承轨槽所在桥梁里程位置处即将发生的变形.,软件创新点,1. 轨道板轨座支点数据文件

26、FFC为精调系统提供每块轨道板(GTP)的30个轨座支点位置的理论坐标、对应承轨槽打磨轨距偏差等数据. 2. 轨道板轨座支点理论坐标值依据轨道几何参数、铺板分布等数据进行计算. 3. 轨道板轨座支点理论坐标值计算时,必须依据有关的桥梁设计荷载的徐变数据、二次恒载数据等,进行轨座理论坐标值的荷载形变计算,对处于沉降期 内的桥梁由于设计荷载的徐变和二次恒载的引起的高程变形量进行补偿. 4. FFC 中还须计入每个轨座位置的承轨槽打磨偏差得到的实际轨距数据.记录板打磨偏差的实测轨距数据的文件为FFS. 5. 最后作为结果输出到每块GTP板的单个文件中. 6. 30个轨座支点位置及编号如下图所示.,软

27、件创新点,右图为国产化软件计算的承轨槽变形精调数据与博格精调数据的对比差值.由结果可知,博格布板软件精调数据中,轨道板各承轨槽的变形跟轨道板的整体变形不一致,可能降低轨道板精调作业效率.,承轨槽变形计算对比,软件创新点,轨道板精调成果检测及评估 1 此处所描述的对轨道板的检测作业是在打磨好的承轨台上不安装钢轨的情况下进行的,也就是说,不考虑钢轨扣件要素的情况下进行的. 2 轨道板精调成果检测的主要任务是发现尤其在板接缝处平面和高程上的误差超限情况以及板中央的高程偏差. 3 轨道板精调成果检测基准是采用线路两侧的CPIII 控制网.用线路两侧的34对CPIII控制点进行后方交会,设定全站仪的测站

28、坐标和方位. 4 轨道板精调成果检测方法为：采用高精度全站仪+测量标架,测量左右轨座支点的坐标.测量标架可采用轨道板精调系统所使用的测量标架. 5 每块轨道板共检查6个轨座位置,编号分别为：16.,软件创新点,线路平面及纵断面数据输入,线路平面及纵断面几何数据是构建线路平面模型和线路纵断面模型的基础. 博格布板软件对于线路平面数据和纵断面数据均采用元素法录入,不适合我国铁路传统设计方式.线路设计数据需要通过复杂计算才能形成博格软件所需要的数据格式,降低了计算精度,增加了工作接口及数据出错机率. 国产化软件线路平面数据采用交点法录入,线路纵断面数据采用坡度法录入,适合我国铁路设计方式.,软件创新点,轨道板布置表,打磨后的轨道板在线路上具有唯一性,轨道板铺设及精调时,为了确保轨道铺设位置正确,施工单位需要一个简明的轨道板布置表,以对线路全线的轨道板布置信息全面了解,并按照轨道板布置表组织和管理全线轨道板的铺设和精调. 博格布板软件目前不能直接生成轨道板布置表,需要对数据进行大量处理才能形成,京津城际轨道板布置表由博格公司提供. 国产化软件中增加生成轨道板布置表功能.