160 km/h有砟鐵路軌道控制網(wǎng)建立新方法研究

顏廷祥

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

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160 km/h有砟鐵路軌道控制網(wǎng)建立新方法研究

顏廷祥

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

160 km/h Ballasted Railway Track Control Network Establish Research New Methodologies

YAN Tingxiang

摘要在160 km/h標(biāo)準(zhǔn)鐵路建設(shè)中，規(guī)范要求將軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)布設(shè)在路肩，并采用導(dǎo)線方式建網(wǎng)，這種做法存在點(diǎn)位容易破壞、設(shè)站精度較低、使用不方便等弊端。提出基于抱箍方式進(jìn)行“之”字形CPⅢ建網(wǎng)的方法。通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證，該方法具有操作簡(jiǎn)便、設(shè)站精度高、使用方便、易于推廣等特點(diǎn)，可以在160 km/h新建或既有運(yùn)營(yíng)鐵路的建網(wǎng)工作中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞抱箍軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)平面精度高程精度

1概述

在鐵路建設(shè)階段，軌道線形的平順性是依據(jù)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，通過(guò)軌道精調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)；在運(yùn)營(yíng)期間，軌道線形的平順性也是依據(jù)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，通過(guò)相應(yīng)軌道精調(diào)來(lái)維持。因此，軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)建立與維護(hù)是保證軌道平順性重要因素。

2160 km/h軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)鐵路建設(shè)按設(shè)計(jì)時(shí)速標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分為三個(gè)層次：250km/h～350 km/h高速鐵路、200 km/h客貨共線有砟鐵路以及160 km/h及以下鐵路。對(duì)于200 km/h及以上鐵路，其軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)的建設(shè)已有明確的規(guī)范規(guī)定，整體已經(jīng)比較成熟；而160 km/h及以下鐵路，規(guī)范要求軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)采用導(dǎo)線方式布設(shè)，導(dǎo)線點(diǎn)間距為150～200 m。采用導(dǎo)線法有以下弊端：①測(cè)量作業(yè)時(shí)需進(jìn)行對(duì)中，相比自由設(shè)站，對(duì)中會(huì)占用較多的時(shí)間，且會(huì)引起對(duì)中誤差。在運(yùn)營(yíng)期，各種測(cè)量作業(yè)都需在天窗時(shí)間內(nèi)完成，且每次天窗時(shí)間又較短，若因?qū)χ卸黾用空镜臏y(cè)量時(shí)間，會(huì)造成時(shí)間上不必要的浪費(fèi)并影響作業(yè)效率。②導(dǎo)線點(diǎn)直接埋設(shè)在路肩，點(diǎn)位極易被破壞和遮擋，任何點(diǎn)的破壞都會(huì)造成該點(diǎn)處無(wú)法進(jìn)行全站儀設(shè)站，從而影響軌道測(cè)量作業(yè)。

現(xiàn)階段，我國(guó)鐵路工務(wù)部門也正因?yàn)椤疤齑拜^短，效率較低”而無(wú)法快速進(jìn)行鐵路養(yǎng)護(hù)，亟需盡快通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、裝備創(chuàng)新提升線路養(yǎng)護(hù)的效率和質(zhì)量。不久的將來(lái)，我國(guó)鐵路工務(wù)系統(tǒng)也會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)“邊測(cè)量邊搗固”的模式，而導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)在路肩，無(wú)法為這種模式提供有效的控制基準(zhǔn)。160 km/h的軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)若按照點(diǎn)對(duì)建立，則會(huì)造成在接觸網(wǎng)桿上設(shè)置CPⅢ點(diǎn)多、測(cè)量精度要求高、費(fèi)用也較高等問(wèn)題。

鑒于以上諸多弊端，引入自由設(shè)站的理念，并為后期自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)作業(yè)奠定基礎(chǔ)，從精度、效率、經(jīng)濟(jì)性及使用便利性等角度綜合考慮，提出160 km/h鐵路采用基于抱箍方式的“之”字形軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)建網(wǎng)方式。

3“之”字形軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)點(diǎn)位的埋設(shè)

在橋梁及隧道地段，采用常規(guī)的鉆孔預(yù)埋件方式；在路基地段，為兼顧點(diǎn)位穩(wěn)定性及埋設(shè)便利性、經(jīng)濟(jì)性，提出采用抱箍電氣化桿預(yù)埋件的方式；點(diǎn)位構(gòu)成“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)，相比點(diǎn)對(duì)形式的CPⅢ控制網(wǎng)，埋點(diǎn)數(shù)量減少一半。

3.1“之”字形CPⅢ點(diǎn)位的布設(shè)要求

CPⅢ布網(wǎng)的技術(shù)要求如表1。

表1　CPⅢ控制網(wǎng)基本要求

3.2基于抱箍方式的點(diǎn)位埋設(shè)

根據(jù)電氣化桿的類型，選用不同的抱箍埋設(shè)方式。抱箍件設(shè)計(jì)尺寸、埋設(shè)情況及所用的棱鏡如圖1、圖2及圖3所示。

圖1　方形及圓形電氣化桿抱箍設(shè)計(jì)尺寸(單位：mm)

圖2　方形及圓形電氣化桿抱箍現(xiàn)場(chǎng)

圖3　抱箍件配套使用的棱鏡

3.3編號(hào)與標(biāo)示

CPⅢ點(diǎn)號(hào)按照公里數(shù)遞增進(jìn)行編號(hào)，其點(diǎn)號(hào)反映里程數(shù)，處于線路里程增大方向軌道左側(cè)的CPⅢ編號(hào)為奇數(shù)，處于線路里程增大方向軌道右側(cè)的CPⅢ編號(hào)為偶數(shù)，具體如表2所示。特殊地段的CPⅢ埋設(shè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做必要的說(shuō)明。

表2　CPⅢ編號(hào)

4“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

4.1“之”字形CPⅢ平面測(cè)量

(1)“之”字形CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量采用自由測(cè)站邊角交會(huì)的方法，每個(gè)自由測(cè)站至少觀測(cè)6個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)。其間距約為110 m，最遠(yuǎn)距離不大于180 m。每個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)至少保證有2個(gè)自由測(cè)站的方向和距離觀測(cè)量(見(jiàn)圖4)。

圖4　CPⅢ平面測(cè)量

(2)采用全圓方向觀測(cè)法進(jìn)行觀測(cè)，距離觀測(cè)采用多測(cè)回距離觀測(cè)法。在每站觀測(cè)時(shí)，需進(jìn)行溫度和氣壓改正。

(3)CPⅢ平面控制網(wǎng)每隔1 km左右聯(lián)測(cè)一個(gè)CPⅠ點(diǎn)、CPⅡ點(diǎn)或加密CPⅡ點(diǎn)。與上級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí)，至少通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上自由測(cè)站進(jìn)行聯(lián)測(cè)，如圖5所示，聯(lián)測(cè)時(shí)觀測(cè)視距小于300 m。

圖5　與CPⅡ加密點(diǎn)聯(lián)測(cè)示意

(4)CPⅢ需要分段測(cè)量時(shí)，相鄰區(qū)段間需重疊6個(gè)CPⅢ點(diǎn)，區(qū)段之間搭接處需進(jìn)行約束平差。

4.2“之”字形CPⅢ高程測(cè)量

采用與平面測(cè)量同時(shí)進(jìn)行的自由測(cè)站三角高程測(cè)量方法。外業(yè)觀測(cè)完成后，將三角高程觀測(cè)值組合成如圖6所示的高差閉合環(huán)，并進(jìn)行環(huán)閉合差檢查。使用水準(zhǔn)儀將水準(zhǔn)加密點(diǎn)高程聯(lián)測(cè)到附近的CPⅢ點(diǎn)上，以形成附合于高程控制點(diǎn)的路線，附合路線長(zhǎng)度不大于3 km。

圖6　自由測(cè)站三角高程網(wǎng)示意

4.3“之”字形CPⅢ觀測(cè)技術(shù)要求

(1)平面測(cè)量

采用全圓方向觀測(cè)法進(jìn)時(shí)，水平方向觀測(cè)應(yīng)滿足表3的規(guī)定。

表3　水平方向觀測(cè)的技術(shù)規(guī)定　(″)

距離觀測(cè)應(yīng)滿足表4的規(guī)定。

表4　距離觀測(cè)的技術(shù)規(guī)定　mm

(2)高程測(cè)量

除滿足平面測(cè)量的要求外，還應(yīng)滿足表5的規(guī)定。

表5　自由設(shè)站三角高程外業(yè)觀測(cè)主要技術(shù)規(guī)定

4.4“之”字形CPⅢ數(shù)據(jù)處理

(1)平面數(shù)據(jù)處理

外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核合格后，以聯(lián)測(cè)的CPⅡ加密點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行自由網(wǎng)和約束網(wǎng)平差計(jì)算，自由網(wǎng)平差及約束網(wǎng)平差主要技術(shù)要求如表6及表7所示。

表6　自由網(wǎng)平差主要技術(shù)規(guī)定

表7　約束網(wǎng)平差主要技術(shù)規(guī)定

區(qū)段銜接時(shí)，需比較相鄰區(qū)段獨(dú)立平差重疊點(diǎn)的坐標(biāo)差值，坐標(biāo)較差滿足≤±6 mm時(shí)，后一區(qū)段采用本區(qū)段聯(lián)測(cè)的CPⅠ點(diǎn)、CPII點(diǎn)或加密CPⅡ點(diǎn)及重疊段前一區(qū)段連續(xù)的1～3個(gè)CPⅢ網(wǎng)點(diǎn)作為約束點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算。平差后，其余未約束的重疊CPⅢ點(diǎn)在前后區(qū)段坐標(biāo)差值滿足≤±1.5 mm時(shí)，坐標(biāo)成果采用上一區(qū)段成果。

(2)高程數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)環(huán)閉合差和附合路線閉合差，計(jì)算每km高差偶然中誤差和每km高差全中誤差。參照四等水準(zhǔn)測(cè)量要求，高程指標(biāo)應(yīng)符合表8的技術(shù)要求。

表8　CPⅢ高程測(cè)量數(shù)據(jù)處理的精度規(guī)定　mm

注：表中L為往返測(cè)段、附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度/km。

三角高程網(wǎng)采用聯(lián)測(cè)的加密高程控制點(diǎn)進(jìn)行約束平差，平差后各項(xiàng)精度指標(biāo)要求見(jiàn)表9。

表9　高程測(cè)量平差后的精度要求

區(qū)段銜接時(shí)，前后區(qū)段獨(dú)立平差后重疊點(diǎn)高程差值應(yīng)≤±6 mm。滿足要求以后，后一區(qū)段應(yīng)采用本區(qū)段的起算點(diǎn)及重疊段前一區(qū)段連續(xù)的1～2個(gè)高程成果進(jìn)行約束平差計(jì)算。

5工程實(shí)例

按照上述方法，在某160 km/h的新建鐵路上進(jìn)行建網(wǎng)作業(yè)，并選用其中一段5 km長(zhǎng)的CPⅢ原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及數(shù)據(jù)分析。建網(wǎng)作業(yè)時(shí)，采用標(biāo)稱精度±1″及±(1+1×10-6D)mm的全站儀，CPⅡ網(wǎng)點(diǎn)縱向間距1 000 m左右。

5.1平面精度統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)平差計(jì)算，平面精度統(tǒng)計(jì)如表10及表11所示。

表10　自由網(wǎng)平差結(jié)果精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表11　約束網(wǎng)平差結(jié)果精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

5.2高程精度統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)平差計(jì)算，該段數(shù)據(jù)每km水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差為1.88 mm，高差改正數(shù)的最大值為0.77 mm，平差后相鄰點(diǎn)高差中誤差的最大值為0.62 mm。

如上所示平面及高程精度統(tǒng)計(jì)可以看出，采用本文所述方法進(jìn)行“之”字形CPⅢ建網(wǎng)，各項(xiàng)精度指標(biāo)已達(dá)到160 km/h鐵路建網(wǎng)設(shè)計(jì)的精度要求。

6結(jié)論

(1)采用抱箍方式進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)，埋設(shè)方式簡(jiǎn)單，點(diǎn)位穩(wěn)定，且節(jié)約了單獨(dú)設(shè)置預(yù)埋樁柱的費(fèi)用，適合在160 km/h新建有砟鐵路及運(yùn)營(yíng)有砟鐵路廣泛應(yīng)用。

(2)利用本文方法進(jìn)行平面和高程觀測(cè)，平差后各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)精度要求，可用于指導(dǎo)軌道的維護(hù)。

(3)“之”字形CPⅢ網(wǎng)，相比導(dǎo)線形式，點(diǎn)位密度大，設(shè)站更方便，多余觀測(cè)值更多，精度和可靠性更強(qiáng)；相比點(diǎn)對(duì)形式CPⅢ，點(diǎn)位數(shù)量減少一半，點(diǎn)位布設(shè)成本降低。因此，這種建網(wǎng)方式更加便于建設(shè)期和后續(xù)運(yùn)營(yíng)期的使用。

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中圖分類號(hào)：U212.24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0004-04

作者簡(jiǎn)介：顏廷祥(1970—)，男，1993年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-12-21