高速鐵路CRTSⅡ型軌道板幾何尺寸檢測技術(shù)及方法

陳 興 范嘆奇

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司, 天津 300251)

隨著京津城際鐵路的成功投入運營,我國無砟軌道鐵路客運專線越來越多的開始使用CRTSⅡ型軌道板。CRTSⅡ型軌道板幾何精度要求高,可以說沒有質(zhì)量合格、高精度的軌道板就沒有高速度的城際鐵路。通過檢測軌道板的幾何外形可以反映軌道板生產(chǎn)時各個工序的狀況,并且可以根據(jù)檢測結(jié)果,加強生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，保證軌道板質(zhì)量,最終保證打磨生產(chǎn)按照工期有序進(jìn)行。

1 基本概念

CRTSⅡ型軌道板：CRTSⅡ型軌道板適用于CRTSⅡ型板式無砟軌道,并在工廠預(yù)制,其標(biāo)準(zhǔn)尺寸為6 450 mm×2 550 mm×200 mm，為部分預(yù)應(yīng)力混凝土板[1-2]。

平整度：加工或者生產(chǎn)CRTSⅡ型軌道板時,表面并不會絕對平整,軌道板上幾個點實測水平數(shù)據(jù)與絕對水平之間所差數(shù)值,就是平整度(軌道板的幾何尺寸值中平整度數(shù)值越小越好)。

直線度：直線度是加工或生產(chǎn)CRTSⅡ型軌道板時,本應(yīng)該在一條直線上的點偏離理論直線的程度，用某點偏離理論直線的距離表示。

鉗口距離(小鉗口尺寸)：鉗口距離是指一個承軌臺橫斷面內(nèi)承軌面向上平移28 mm后與兩個鉗口面交點之間的距離[1]。

外鉗口距離(大鉗口尺寸)：外鉗口距離是指軌道板同一橫斷面內(nèi),左右兩個承軌臺的承軌面向上平移28 mm后,與左右兩個承軌臺外側(cè)鉗口面交點之間的距離。

2 軌道板檢測時的工作內(nèi)容

在進(jìn)行軌道板的質(zhì)量檢測中,軌道板的幾何尺寸是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié),因為每塊軌道板上有10對承軌槽,而這10對承軌槽通過標(biāo)準(zhǔn)化的扣件直接承載著鋼軌。承軌槽之間的平整度關(guān)系和直線度關(guān)系將直接影響鋼軌的平整程度與線性關(guān)系,也就是說影響著后續(xù)的列車運行平穩(wěn)性、舒適性及安全性。

每塊軌道板上的10對承軌槽,都有相應(yīng)的精度指標(biāo),這些精度指標(biāo)在《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件》(科技基[2008]173號)(以下簡稱173號文)都有明確的規(guī)定。如CRTSⅡ軌道板成品板的單個鉗口距離的指標(biāo)應(yīng)滿足±0.5 mm的要求[1]。

對軌道板的幾何尺寸是否滿足要求主要通過以下幾項進(jìn)行評定：直線度、平整度、傾斜度、小鉗口距離、大鉗口距離這5項指標(biāo)。

3 儀器設(shè)備及工裝

CRTSⅡ型軌道板檢測時應(yīng)具備如下儀器設(shè)備及工裝。

3.1 測量平臺[2]

測量平臺由6個油壓感應(yīng)器組成,每個感應(yīng)器連接一個數(shù)字化的電子顯示儀器,以顯示每臺油壓感應(yīng)器的受力大小。測量平臺的實測照片如圖1所示。

圖1 測量平臺

3.2 觀測墩

觀測墩應(yīng)建立在堅實的基面上,墩體固定、牢固。觀測墩應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離工廠生產(chǎn)的繁忙區(qū)域，遠(yuǎn)離噪聲源,平時注意不要碰動,螺栓位置定期噴油養(yǎng)護(hù)。觀測墩的形狀見圖2。

圖2 觀測墩

3.3 全站儀

要求全站儀具有自動照準(zhǔn)功能,測角精度不低于1″；測距精度不低于±(1+2×10-6D)mm；測量儀器應(yīng)定期校驗、保養(yǎng)[1，3]；使用時應(yīng)具備檢校合格證書。

3.4 平板棱鏡

圖3 測量平板以及棱鏡(組合在一起為平板棱鏡)

平板棱鏡是軌道板檢測過程中的重要工具。平板棱鏡有兩部分組成：測量平板以及棱鏡。外形如圖3所示。

在選擇平板棱鏡時要注意：①測量平板兩端伸出舌頭的傾斜度要合乎規(guī)范要求,以使平板棱鏡可以和承軌槽內(nèi)壁貼緊；②棱鏡要使用精密棱鏡,棱鏡常數(shù)要進(jìn)行記錄,使用時輸入全站儀內(nèi)。

4 外業(yè)操作流程及方法

外業(yè)操作流程有如下三個主要步驟。

步驟一：前期準(zhǔn)備工作。包括把需要測量的軌道板吊裝至測量平臺上,并做好關(guān)于軌道板板號、軌道板由幾號模具生產(chǎn)、軌道板生產(chǎn)日期方面的記錄,方便后續(xù)的分析和計算。在測量前,要把測量儀器拿到車間里面,儀器取出后,適應(yīng)環(huán)境0.5 h,以減少由于外界溫差引起的測量誤差,保證測量時的高精度。在測量前,還應(yīng)該檢查測量所使用的平板棱鏡的尺寸是否正確,如不正確需要及時進(jìn)行調(diào)整,還要檢查棱鏡和軌道板表面是否清潔。

步驟二：調(diào)整。調(diào)整測量平臺使被測軌道板處于不受力狀態(tài)。兩側(cè)的兩對油壓感應(yīng)器支撐力要調(diào)整到每個受力值應(yīng)占軌道板總重量的14％,中間的一對感應(yīng)器每個受力占軌道板總重量的22％。這樣的受力設(shè)置可以保證軌道板由于支撐所引起的自重變形最小。

步驟三：測量。測量需要兩個人進(jìn)行,一人操作儀器,一人擺放平板棱鏡,使用儀器的自動記錄功能,不需要手工記錄數(shù)據(jù)。測量時不需要設(shè)站,以任意設(shè)站方式直接采集軌道板上的點的三維坐標(biāo),每個軌道板需采集40個點,即每個承軌槽上采集兩個點。擺放平板棱鏡時一定要注意,要使平板棱鏡與承軌槽各個表面密實接觸,不留縫隙。

每塊軌道板的測量數(shù)據(jù)存放在一個數(shù)據(jù)文件中,做好整理和記錄,方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作的進(jìn)行。

5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)CRTSⅡ型軌道板測量的特點,筆者設(shè)計出一套解決分析外業(yè)采集數(shù)據(jù)的方法(如圖4所示)。

圖4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

在數(shù)據(jù)處理時共分A、B、C、D四個步驟進(jìn)行。其重點和難點在于A部分和C部分。由于是在一塊6 450 mm×2 550 mm尺寸上的軌道板上進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,傳統(tǒng)測量學(xué)中的各種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換均不適合,筆者參考了相關(guān)數(shù)學(xué)書籍,設(shè)計出利用幾個固定點來建立坐標(biāo)系從而進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法。并且利用VB語言進(jìn)行了程序的實現(xiàn)。

筆者計算出的結(jié)果和華東數(shù)控的打磨機機床自動化測量出的結(jié)果進(jìn)行比較,取得了一致的成果,從而驗證了方法和程序的正確性；并且已經(jīng)在新建京滬高速鐵路客運專線工程中進(jìn)行了應(yīng)用,取得了令人滿意的效果。

6 結(jié)論

對CRTSⅡ型板幾何尺寸的檢測必要而且重要,希望通過本文的敘述,可以使讀者對軌道板的外業(yè)檢測有更深入的了解,以便于更好的為高速客運專線的建設(shè)服務(wù)。也希望提供的內(nèi)業(yè)解算步驟和方法可以使讀者有所啟發(fā)。

[1]科技基[2008]173號 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件[S]

[2]工管工[2009]104號 客運專線鐵路無砟軌道施工手冊[S]

[3]鐵建設(shè)[2007]85號 客運專線無砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S]

[4]TZ216—2007 客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術(shù)指南[S]

[5]孔祥元，郭際明.控制測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2006

[6]同濟大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007

[7]鐵建設(shè)[2006]189號 客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定[S]

[8]朱穎，等.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2008

[9]GB/T15314—94 精密工程測量規(guī)范[S]

[10]鐵建設(shè)函[2009]674號 高速鐵路無砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南[S]