高原高寒地區(qū)無(wú)砟軌道施工測(cè)量技術(shù)

姚坤鋒

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

高原高寒地區(qū)無(wú)砟軌道施工測(cè)量技術(shù)

姚坤鋒

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

蘭新鐵路第二雙線某標(biāo)段地處西北強(qiáng)風(fēng)區(qū)，使得施工測(cè)量處于低氣溫、低氣壓的施工環(huán)境中。工程實(shí)施中，雙塊式無(wú)砟軌道施工測(cè)量的精密網(wǎng)加密、CPⅢ網(wǎng)測(cè)量、軌排粗精調(diào)等均需采取特殊的施工措施;精密測(cè)量?jī)x器需架設(shè)在穩(wěn)定性好的地點(diǎn)，避免各種極端環(huán)境因素所帶來(lái)的不利影響;軌排精調(diào)后宜盡早澆筑混凝土，如果軌排因氣候因素受到外部擾動(dòng)，或環(huán)境溫度變化超過(guò)15℃時(shí)，必須重新檢查確認(rèn)合格后方能澆筑混凝土。

高原鐵路 無(wú)砟軌道 施工測(cè)量 CPⅢ控制網(wǎng) 粗調(diào) 精調(diào)

蘭新鐵路第二雙線某標(biāo)段地處青海省東北部，北負(fù)祁連山脈，南依達(dá)坂山，地形復(fù)雜，全線海拔在2 800～3 600 m之間，屬高原亞寒帶氣候，1月平均氣溫－13.4℃，7月平均氣溫 11.9℃，極端最低氣溫－30.6℃，最高氣溫24.5℃。在這種極端環(huán)境下開(kāi)展雙塊式無(wú)砟軌道施工測(cè)量，是一項(xiàng)從未實(shí)踐過(guò)的新的技術(shù)領(lǐng)域。本文研究解決了無(wú)砟軌道控制網(wǎng)CPⅢ建網(wǎng)測(cè)量，以及雙塊式無(wú)砟道床組合式軌道排架精調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)，有較強(qiáng)的探索性。

1 工程概況

本項(xiàng)目地處西北強(qiáng)風(fēng)區(qū)，早晚溫差極大，紫外線強(qiáng)。根據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)資料，≥8級(jí)大風(fēng)天數(shù)為105 d，每次持續(xù)時(shí)間為4～7 h，并且高寒缺氧，日照時(shí)間長(zhǎng)。這給雙塊式無(wú)砟軌道施工測(cè)量帶來(lái)諸多不便，如提高CPⅢ測(cè)量效率問(wèn)題和降低軌排精調(diào)時(shí)間問(wèn)題等。同時(shí)，該標(biāo)段無(wú)砟軌道施工測(cè)量具有如下技術(shù)特點(diǎn)。

1)軌道控制網(wǎng)CPⅢ建網(wǎng)測(cè)量特點(diǎn)

①二等水準(zhǔn)測(cè)量須進(jìn)行曲率不平行改正;

②測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)投影帶較多，其中52 km投影帶數(shù)量達(dá)6個(gè)。

2)CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道軌排精調(diào)特點(diǎn)

①極端天氣給CPⅢ網(wǎng)測(cè)量和無(wú)砟道床軌枕的精調(diào)提出了新的課題;

②需按中鐵二院提供的指導(dǎo)方法推導(dǎo)右線設(shè)計(jì)線路參數(shù)。

2 精測(cè)網(wǎng)加密

2.1 GPS、導(dǎo)線加密CPⅡ網(wǎng)

1)CPⅡ加密采用GPS測(cè)量時(shí)按三等GPS觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)實(shí)施，加密CPⅡ點(diǎn)之間應(yīng)有直接觀測(cè)基線，并對(duì)相應(yīng)里程范圍內(nèi)的CPⅠ，CPⅡ點(diǎn)全部進(jìn)行聯(lián)測(cè)。加密CPⅡ段落兩端應(yīng)聯(lián)測(cè)已知CPⅠ或CPⅡ點(diǎn)，且加密點(diǎn)必須位于所聯(lián)測(cè)CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)形中部，存在段落搭接時(shí)，段落間應(yīng)至少重疊一條邊并將相鄰段已加密CPⅡ點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行約束。使用GPS方法加密 CPⅡ 網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)邊長(zhǎng)應(yīng)≥400 m，且應(yīng)嚴(yán)格按程序觀測(cè)。

2)本段CPⅡ加密采用導(dǎo)線測(cè)量時(shí)多數(shù)是在隧道里，觀測(cè)等級(jí)視隧道長(zhǎng)度而定，＞2 km的隧道都必須采用點(diǎn)對(duì)布點(diǎn)，用導(dǎo)線網(wǎng)方式布網(wǎng)，導(dǎo)線邊數(shù)以 4～6條為宜［1-2］。

2.2 橋梁上下高程傳遞

1)結(jié)合線路水準(zhǔn)控制網(wǎng)的特點(diǎn)，一般2 km左右有一個(gè)水準(zhǔn)網(wǎng)基點(diǎn)，故一般要求CPⅢ水準(zhǔn)線路2 km左右附合一次。橋梁地段因橋面與地面間高差較大，線路水準(zhǔn)基點(diǎn)高程直接傳遞到橋面CPⅢ控制點(diǎn)上有困難，要求在橋梁地段每2 km左右做一處三角高程測(cè)量，梁上三角高程點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在梁的雙側(cè)固定支座端正上方的防撞墻上。

2)使用的全站儀應(yīng)具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能，其標(biāo)稱精度滿足方向測(cè)量中誤差≤1″，測(cè)距中誤差≤1 mm+2×10－6×D(D為測(cè)距邊長(zhǎng)，km)。溫度讀數(shù)精確至0.5℃，氣壓讀數(shù)精確至100 Pa。

3)要求進(jìn)行兩組獨(dú)立的觀測(cè)，第一組觀測(cè)完成后，將測(cè)站挪動(dòng)位置進(jìn)行第二組觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)，儀器與棱鏡的距離一般≤100 m，最大不得＞150 m，前后視距差不應(yīng)＞5 m。輔助點(diǎn)布設(shè)于橋下橋墩位置，埋設(shè)位置及方法與橋梁段加密水準(zhǔn)基點(diǎn)基本一致。

2.3 橋上水準(zhǔn)路線貫通

1)為檢驗(yàn)梁上三角高程點(diǎn)間的匹配性，在 CPⅢ水準(zhǔn)測(cè)量之前，對(duì)梁上三角高程點(diǎn)進(jìn)行二等水準(zhǔn)貫通測(cè)量，以保證三角高程上橋測(cè)量后，大約每2 km間距的相鄰兩個(gè)三角高程點(diǎn)間的高差滿足二等水準(zhǔn)的要求。

2)三角高程上橋測(cè)量后，相鄰的梁上三角高程點(diǎn)間，由高程值反算的高差值與其所測(cè)量高差值之間較差應(yīng) ＜4(L為路線長(zhǎng)度)，如因線路水準(zhǔn)點(diǎn)沉降原因造成超限，需對(duì)線路水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)并調(diào)整。

3)在橋上水準(zhǔn)路線貫通后，將橋下傳遞水準(zhǔn)路線、三角高程代替幾何水準(zhǔn)，以及橋上輔助三角高程點(diǎn)間二等水準(zhǔn)貫通三部分?jǐn)?shù)據(jù)組成的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，將平差后計(jì)算出的橋上輔助三角高程點(diǎn)的高程作為CPⅢ高程網(wǎng)平差計(jì)算的起算點(diǎn)。

3 CPⅢ網(wǎng)測(cè)量

3.1 布網(wǎng)埋標(biāo)

1)路基段CPⅢ點(diǎn)的標(biāo)志埋設(shè)

路基段CPⅢ一般布設(shè)于接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)大里程端側(cè)線路方向，控制點(diǎn)縱向間距約50～70 m左右布設(shè)一對(duì)，其基礎(chǔ)須與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)形成整體。埋設(shè)應(yīng)特別注意不能與接觸網(wǎng)補(bǔ)償下錨墜砣及電力開(kāi)關(guān)操作箱沖突。當(dāng)沖突時(shí)，其基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在線路小里程端。路基段CPⅢ點(diǎn)位高度以高于軌頂300 mm為宜，不可過(guò)高，否則將導(dǎo)致電子水準(zhǔn)儀視線高度很難滿足要求。

2)橋梁段CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)

CPⅢ點(diǎn)宜布設(shè)在簡(jiǎn)支梁固定端距梁端0.5 m的位置。

對(duì)于24或32 m簡(jiǎn)支梁每2孔布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)，相鄰兩對(duì) CPⅢ點(diǎn)相距約為64，56 m或48 m。對(duì)于24 m連續(xù)梁，根據(jù)實(shí)際情況也可以每三孔布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)。

結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式、跨度、材料的不同，布點(diǎn)前應(yīng)進(jìn)行整體規(guī)劃，并進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)，CPⅢ點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先布設(shè)于固定端上方，按CPⅢ點(diǎn)對(duì)布設(shè)要求和間距進(jìn)行布點(diǎn)，可適當(dāng)增大相鄰點(diǎn)對(duì)間距，但最長(zhǎng)≤80 m。整個(gè)段落要在較短的同一段時(shí)間、同一溫度、環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量CPⅢ點(diǎn)的時(shí)間和鋪板的時(shí)間相隔盡量要短，且荷載沒(méi)有大的變化。如果相隔時(shí)間較長(zhǎng)或溫度、環(huán)境、荷載有較大的變化，要進(jìn)行重新復(fù)測(cè)后使用。

3)隧道段CPⅢ點(diǎn)的布設(shè)

隧道里一般布置在設(shè)計(jì)軌道頂面以上30～50 cm的邊墻內(nèi)襯上，相鄰CPⅢ點(diǎn)對(duì)相距60 m左右。

3.2 CPⅢ構(gòu)網(wǎng)形式

1)平面構(gòu)網(wǎng)形式

CPⅢ點(diǎn)沿線路走向成對(duì)布設(shè)，前后相鄰兩對(duì)點(diǎn)之間距離約為 60 m，一般情況下布設(shè)間距應(yīng)保持在50～70 m范圍內(nèi)，在橋梁和隧道地段每對(duì)點(diǎn)之間里程差要求＜1 m。CPⅢ點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)固、可靠、不易破壞和便于測(cè)量的地方，并應(yīng)防沉降和抗移動(dòng)。

2)高程構(gòu)網(wǎng)形式

CPⅢ控制點(diǎn)高程的水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，左邊第1個(gè)閉合環(huán)的4個(gè)高差應(yīng)該由2個(gè)測(cè)站完成，其他閉合環(huán)的4個(gè)高差可由1個(gè)測(cè)站按照后—前—前—后、前—后—后—前的順序進(jìn)行單程觀測(cè)。

3.3 CPⅢ區(qū)段銜接

1)CPⅢ平面網(wǎng)可根據(jù)施工需要分段測(cè)量，分段測(cè)量的區(qū)段長(zhǎng)度不宜＜4 km。區(qū)段接頭不應(yīng)位于車站、連續(xù)梁范圍內(nèi)。

2)標(biāo)段之間CPⅢ控制網(wǎng)的銜接需要測(cè)量相鄰標(biāo)段3～4對(duì)CPⅢ點(diǎn)，并且考慮平差影響 。

3)CPⅢ平面網(wǎng)在相鄰?fù)队皫с暯犹幈仨毞侄芜M(jìn)行測(cè)量和平差計(jì)算。相鄰?fù)队皫с暯犹?CPⅢ平面網(wǎng)計(jì)算時(shí)，分別采用換帶處的 CPⅠ或CPⅡ控制點(diǎn)的2個(gè)投影帶的坐標(biāo)進(jìn)行約束平差;平差完成后，分別提交相鄰?fù)队皫?套 CPⅢ平面網(wǎng)的坐標(biāo)成果，2套坐標(biāo)成果都應(yīng)滿足軌道控制網(wǎng)的技術(shù)要求［3］。

4 CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道軌排精調(diào)

4.1 建立測(cè)段數(shù)據(jù)庫(kù)

1)右線曲線參數(shù)的推導(dǎo)

①區(qū)間正線按線間距不變的并行雙線設(shè)計(jì)，曲線地段以左線為基準(zhǔn)，右線設(shè)計(jì)為左線同心圓，曲線地段線間距不加寬。右線采用單獨(dú)的貫通里程，中間不設(shè)斷鏈。

②右線縱坡邊坡點(diǎn)由左線邊坡點(diǎn)投影至右線，且保持左右線邊坡點(diǎn)高程一致。故當(dāng)某一邊坡點(diǎn)位于曲線時(shí)，相應(yīng)坡段長(zhǎng)度和坡率左、右線將有差異［4］。

①建立曲線軸線數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入各JD曲線上 HZ點(diǎn)、HY點(diǎn)、YH點(diǎn)、ZH點(diǎn)里程以及各曲線長(zhǎng)度。計(jì)算出第一曲線HZ點(diǎn)方位角及坐標(biāo)。

②建立線路坡度數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入各變坡點(diǎn)的里程及高程。

③建立線路超高數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入曲線上的HZ點(diǎn)、ZH點(diǎn)、HY點(diǎn)、YH點(diǎn)的里程并輸入各超高帶的超高值［5］。

4.2 軌排粗調(diào)、精調(diào)關(guān)鍵技術(shù)

高原高寒地區(qū)晝夜溫差懸殊，在軌排調(diào)節(jié)過(guò)程中，需認(rèn)真分析極端天氣條件下對(duì)精調(diào)作業(yè)產(chǎn)生的影響，消除軌道測(cè)量和軌排自身因?yàn)榄h(huán)境變化帶來(lái)的不利因素。軌排粗調(diào)及精調(diào)作業(yè)關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)如下所述。

1)道床放樣

依據(jù)CPⅢ控制點(diǎn)，每隔6.5 m在支承層上測(cè)放出軌道中線控制點(diǎn)和左右軌頭的高程點(diǎn)。以軌道中線控制點(diǎn)為基準(zhǔn)放樣出軌枕控制邊線和道床板的縱、橫向模板的邊線位置。

2)軌排粗調(diào)

在底層鋼筋布設(shè)、軌排就位以后，開(kāi)始對(duì)軌排進(jìn)行粗調(diào)作業(yè)。粗調(diào)的目的是將組裝好的軌排抬起至設(shè)計(jì)高程，并對(duì)軌道中心進(jìn)行調(diào)整。粗調(diào)采用人工進(jìn)行，粗調(diào)前對(duì)軌排進(jìn)行檢查，主要檢查枕距、軌距及軌道落槽是否符合要求。

數(shù)學(xué)作為一門極具抽象性的學(xué)科，對(duì)于抽象思維不發(fā)達(dá)的初中生而言，其中所包含的知識(shí)是枯燥乏味，且難以理解的。倘若在導(dǎo)入活動(dòng)開(kāi)展中，教師無(wú)法有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的數(shù)學(xué)探究興趣，也無(wú)法將新知內(nèi)容自然而然地展現(xiàn)在學(xué)生面前，將會(huì)對(duì)有效課堂的建構(gòu)產(chǎn)生消極的影響。在新課改背景下，情境教學(xué)的應(yīng)用有利于抽象知識(shí)的直觀化展現(xiàn)，也有利于激發(fā)學(xué)生的課堂參與積極性，使其在情境體驗(yàn)中加深對(duì)所學(xué)的理解。對(duì)此，我在初中數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展中，嘗試將情境教學(xué)與導(dǎo)入活動(dòng)融合到一起，以此來(lái)導(dǎo)入情境的作用下提升教學(xué)質(zhì)量。

利用起道機(jī)抬升軌排，每榀軌排框架4個(gè)抬升點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量交底，將軌排框架提升至設(shè)計(jì)高程，提升時(shí)需兩側(cè)同步進(jìn)行。軌排框架上在出場(chǎng)前已設(shè)置中心位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)，利用垂球?qū)χ熊壍乐行狞c(diǎn)，對(duì)軌道中心進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示。起軌時(shí)可通過(guò)調(diào)整起道機(jī)的位置、角度及松緊順序來(lái)使軌道對(duì)中。

圖1 軌排中線粗調(diào)

利用起道機(jī)、豎向螺桿完成軌排的粗調(diào)工作，如圖2所示，調(diào)整原則以“先中線、后高程”的順序進(jìn)行。粗調(diào)后中心線偏差應(yīng)在5 mm內(nèi)，軌頂高程偏差為0～－5 mm。

3)軌排精調(diào)(圖3)

①確定全站儀坐標(biāo)。每工作面配備1臺(tái)具有自動(dòng)搜索、跟蹤、計(jì)算、傳輸數(shù)據(jù)功能的全站儀。全站儀采用自由設(shè)站法定位，通過(guò)觀測(cè)附近8個(gè)(4對(duì))CPⅢ控制點(diǎn)棱鏡，自動(dòng)平差、計(jì)算確定位置(圖4)。

②測(cè)量軌道數(shù)據(jù)。全站儀測(cè)量軌道精測(cè)小車頂端棱鏡，小車自動(dòng)測(cè)量軌距、超高、中線。

圖2 軌排高程粗調(diào)

圖3 軌檢小車精調(diào)

圖4 全站儀測(cè)量

③反饋信息。接收觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)配套軟件，計(jì)算軌道平面位置、水平、超高、軌距等數(shù)據(jù)，誤差值將迅速反饋到精測(cè)小車的顯示屏幕上，指導(dǎo)軌道調(diào)整。

④軌向中心線調(diào)節(jié)。采用扭矩扳手，根據(jù)軌檢小車上的指示，調(diào)整軌向調(diào)節(jié)器。如要向左側(cè)調(diào)整，要將右側(cè)的鎖定螺栓擰松，然后擰緊左側(cè)的鎖定器螺栓，軌排即可向左移動(dòng)。

⑤高程調(diào)節(jié)。用普通六角螺帽扳手，旋轉(zhuǎn)豎向螺桿，調(diào)整軌道水平、超高。

4.3 無(wú)砟道床數(shù)據(jù)采集

由于該標(biāo)段地處高原高寒地區(qū)，在澆筑混凝土后框架拆除前，需在短暫的無(wú)太陽(yáng)直射和溫度變化不大的環(huán)境條件下，盡快按扭矩緊好軌枕扣件，然后精調(diào)小車采集每一個(gè)軌枕處的數(shù)據(jù)。不論結(jié)果是否超標(biāo)都必須采集每一個(gè)軌枕處的數(shù)據(jù)，對(duì)不合格點(diǎn)及時(shí)做好標(biāo)記，為以后更換扣件提供可靠數(shù)據(jù)。采集完數(shù)據(jù)后及時(shí)松開(kāi)扣件、適時(shí)拆除軌排框架。

5 結(jié)語(yǔ)

高原高寒地區(qū)無(wú)砟軌道施工測(cè)量處于低氣溫、低氣壓的施工環(huán)境中，精密網(wǎng)加密、CPⅢ網(wǎng)測(cè)量、軌排粗精調(diào)等均需采取特殊的施工措施，從而保證消減軌道測(cè)量和軌排自身因?yàn)榄h(huán)境的變化帶來(lái)的不利因素，這為開(kāi)展高原高寒地區(qū)無(wú)砟軌道施工測(cè)量的技術(shù)研究提供了一定的借鑒意義。經(jīng)過(guò)7個(gè)月無(wú)砟軌道施工測(cè)量，得出以下經(jīng)驗(yàn):

1)架站位置要提供足夠的視野，能夠通視本站點(diǎn)規(guī)定的線路兩側(cè)的3～4對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)，以及本站要進(jìn)行軌道精調(diào)的全部中線觀測(cè)位置。

2)儀器應(yīng)架設(shè)在穩(wěn)定性高的地點(diǎn)，避免各種振動(dòng)帶來(lái)不利影響。為了保證觀測(cè)精度，全站儀與軌道放樣尺的觀測(cè)距離應(yīng)保持在5～60 m。

3)軌排精調(diào)后應(yīng)盡早澆筑混凝土，尤其在極端環(huán)境下，如果軌排受到外部擾動(dòng)，或放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或環(huán)境溫度變化超過(guò)15℃時(shí)，必須重新檢查確認(rèn)仍合格后，方能澆筑混凝土。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10754—2010 J1150—2011 高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2011．

［2］楊銀輝．高速鐵路客運(yùn)專線無(wú)砟軌道測(cè)量技術(shù)［J］．國(guó)防交通工程與技術(shù)，2011(3):82-85．

［3］張玉龍．無(wú)砟軌道施工測(cè)量控制中的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］．中國(guó)科技信息，2013，23(4):55-56．

［4］王志堅(jiān)，劉彬．武廣鐵路客運(yùn)專線無(wú)砟軌道精調(diào)關(guān)鍵技術(shù)［J］．鐵道建筑，2010(1):1-6．

［5］彭儀普，應(yīng)力軍，曾群峰．客運(yùn)專線無(wú)砟軌道德國(guó)幾何尺寸驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量誤差分析［J］．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，5(6):49-51．

Construction survey technology for ballastless track in plateau frigid region

YAO Kunfeng

(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Beijing 102600，China)

One section of Lan Xin railway second double line is located in the northwest strong wind region，which makes the construction survey in the construction environment of low temperature and low pressure．Throughout the execution of the project，precision network encryption，CPⅢ network measurement and track coarse-fine adjustment of double-block ballastless track construction survey should be taken with special construction methods，precision measuring instruments need to be erected on the stable place to avoid the negative influence brought by all kinds of extreme environmental factors，the tracks should be poured with concrete early after fine adjustment，and be checked and confirmed for being poured again if the rail tracks are affected by external disturbances due to climate factors or the change of environmental temperature is more than 15℃．

Plateau railway;Ballastless track;Construction survey;CPⅢcontrol network;Coarse adjustment;Fine adjustment

U213．2+44;U212．24

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．10．25

1003-1995(2014)10-0099-04

2014-06-06;

2014-08-20

姚坤鋒(1985— )，男，山東濟(jì)寧人，工程師，碩士。

(責(zé)任審編 孟慶伶)