精密軌道工程施工中軌道調(diào)校的經(jīng)驗探討

張偉靖 陳均輝 文 清 嚴(yán)成輝

(63870部隊)

1 工程概況

精密軌道工程全長6.0 km，軌距1 435 mm，軌道采用加工后的QU-100A起重軌焊接而成，全程無縫線路?？奂M采用雙向可調(diào)扣件對軌道進行水平方向及豎直方向調(diào)節(jié)。在線路前進方向左側(cè)，從起點開始約每60 m設(shè)置獨立基準(zhǔn)樁，共計28個，構(gòu)成軌道精調(diào)測量控制網(wǎng)。基準(zhǔn)樁基礎(chǔ)為鋼筋混凝土摩擦樁，頂部接承臺及基樁柱。基準(zhǔn)樁距軌道中心為1.45 m、距鋼軌頂面0.25 m。

2 軌道調(diào)校技術(shù)指標(biāo)、測量設(shè)備及環(huán)境要求

2.1 軌道調(diào)校技術(shù)要求

軌道調(diào)校技術(shù)要求見表1。

表1 滑軌調(diào)校技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 測量設(shè)備

鑒于對軌道的高平順性要求，滑軌調(diào)校的高標(biāo)準(zhǔn)、高精度測量，測量設(shè)備應(yīng)采用高精度全站儀、精密水準(zhǔn)儀及獲得國家承認(rèn)的軌道幾何狀態(tài)測量儀進行作業(yè)。本工程采用天寶DINI03精密水準(zhǔn)儀等儀器進行滑軌高程調(diào)校作業(yè)?；墱y量前，測量儀器必須經(jīng)過專門的檢定及測試，超過期限的儀器應(yīng)送往專門的檢定部門進行鑒定，鑒定合格后方可使用。

2.3 測量設(shè)備對環(huán)境的要求

對滑軌調(diào)校的施工影響因素主要為自然環(huán)境、環(huán)境溫度、施工現(xiàn)場周圍的振動源。為了不出現(xiàn)測量誤差超限和假數(shù)據(jù)必須避開在氣溫變化較大、陽光直射、環(huán)境振動和大風(fēng)、能見度低、霧雨等氣候條件下進行測量。宜選擇陰天、無風(fēng)、日落后2 h等氣候條件穩(wěn)定時段進行。

2.4 測量前的準(zhǔn)備

2.4.1基樁復(fù)測

軌道精調(diào)前必對基樁控制點進行復(fù)測，復(fù)測結(jié)果在限差范圍內(nèi)采用原測成果，超限時應(yīng)檢查原因，如確認(rèn)原測成果有錯時，應(yīng)采用復(fù)測成果。復(fù)測時機：選擇在軌道精調(diào)前1 d～2 d內(nèi)完成，如環(huán)境溫度發(fā)生較大變化時應(yīng)重新復(fù)測。

2.4.2清理滑軌上的污染物

用刷子和棉抹布清理粘附在需要調(diào)整段滑軌上面、側(cè)面的污垢，并在滑軌上涂防銹油，以保證鋼軌調(diào)整精度。

2.4.3檢查小車

檢查清理小車測微輪上的污物，在施測過程中也必須隨時檢查清理。

2.4.4安裝儀器

測量儀器先在室外放置0.5 h以便適應(yīng)環(huán)境溫度，安裝棱鏡整平，并檢查棱鏡上面的鏡面是否干凈，棱鏡上面不得有水霧氣，35°面向全站儀。

2.4.5施工區(qū)段編號

為便于各項數(shù)據(jù)的收集和歸檔，同時和現(xiàn)場對應(yīng)以便于查找調(diào)整，對現(xiàn)場施工區(qū)段進行編號，編號的原則是以每跨梁為單元，兩端錨固梁枕板編號分別為，0號臺：0臺-1，0臺-2，…，0臺-27，0臺-28(左右)，96號臺：96臺-1，96臺-2，…，96臺-27，96臺-28(左右)。其余均為以下編號：第一跨即編為1-1，1-2，…，1-15(左右)。

3 軌道調(diào)校

3.1 滑軌的精調(diào)原則

軌道靜態(tài)調(diào)整是根據(jù)軌道靜態(tài)測量數(shù)據(jù)對軌道進行全面、系統(tǒng)地調(diào)整，將軌道幾何尺寸調(diào)整到允許范圍內(nèi)，對軌道線型進行優(yōu)化調(diào)整，合理控制軌距、軌向、高低等變化率，使軌道靜態(tài)精度滿足要求。原則是：先整體后局部、先軌向后軌距、先高低后水平的原則，重檢慎調(diào)；三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：測量、計算、調(diào)整。

3.2 滑軌高程精調(diào)(電子水準(zhǔn)儀)

電子水準(zhǔn)儀調(diào)整滑軌高程主要調(diào)主軌(左軌)，副軌精調(diào)采用小車。

3.2.1儀器架設(shè)

儀器安置穩(wěn)定可以提高測量精度，可以使Trimble DiNi03的測量精度達到最大。安置儀器時一定要注意幾點：

1)盡量將腳架腿架的寬一些，以增加儀器的穩(wěn)定性。如果周圍的障礙物不允許架腿架的很寬，可以降低腳架，增加穩(wěn)定性。

2)照準(zhǔn)部不宜太高也不宜太低(至少保證視線高出軌面30 cm)，以便減少扶尺誤差和地氣影響。

3)銦鋼條碼標(biāo)尺是與天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀配套的條碼標(biāo)尺，考慮到標(biāo)尺底面與鋼軌表面接觸有可能產(chǎn)生的誤差，添加了規(guī)格為22.5 mm的半球形磁質(zhì)尺墊，將面接觸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c面接觸，提高測量精度；為了保證標(biāo)尺的豎直穩(wěn)定性，在扶尺時使用輔助竹竿(至少保證一個水準(zhǔn)氣泡居中并保持穩(wěn)定)；扶尺人的狀態(tài)對測量的結(jié)果影響較大，所以在扶尺時每小時內(nèi)需至少10 min休息時間，從而保證扶尺穩(wěn)定性，提高測量準(zhǔn)確度。

儀器架設(shè)位置選擇在兩個基準(zhǔn)樁中間點。這是由于每次調(diào)校前需要以基準(zhǔn)點作為前視和后視，對基準(zhǔn)樁的基準(zhǔn)高程進行復(fù)核。在中間點架設(shè)儀器可以消除視準(zhǔn)軸誤差的影響。每次測設(shè)距離不得超過30 m即2片梁的長度。

3.2.2調(diào)校步驟

1)確定調(diào)軌參數(shù)。

每次調(diào)校前，提前做好內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備，將擬調(diào)校區(qū)段的表格打印備好，對該段所有主軌調(diào)整段的扣板全部進行測量，并計算調(diào)整量標(biāo)示在軌面上，表格形式見表2。

表2水準(zhǔn)測量記錄

測點樁號水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m后視讀數(shù)中視讀數(shù)前視讀數(shù)儀器標(biāo)高/m測點標(biāo)高/m設(shè)計標(biāo)高/m備注(設(shè)計-實測)×1 000 mm

2)先整體、后局部。

在現(xiàn)場調(diào)校中，考慮到部分區(qū)段高程整體偏差過大，逐點調(diào)整會加大勞動強度甚至于影響校軌結(jié)果，可考慮“先整體、后局部”的辦法，即首先將調(diào)整段鋼軌朝大致理論值調(diào)校，并同時調(diào)整好軌面水平度。再逐一調(diào)校各枕板。局部調(diào)整偏差較大的點，后調(diào)整偏差較小的點，有可能不用調(diào)整即可滿足要求。

在現(xiàn)場調(diào)校中，當(dāng)一個枕板調(diào)好后，需檢查前一個已調(diào)校枕板幾何狀態(tài)有無改變，若沒有變化方可進行下一個枕板的調(diào)校，若有，則需重新調(diào)校此枕板，并檢查此枕板前一個，重復(fù)前述步驟直至所有枕板達到要求。

3)扣板調(diào)整要求。

a.每個枕板包含高程固定螺絲(扣板)和水平固定螺絲(U型板)，在兩個方向偏差值都不大的情況下，優(yōu)先調(diào)整高程，其次調(diào)校軌距。

b.根據(jù)螺距每轉(zhuǎn)動螺母180°，螺母沿絲桿前移或后退約1 mm。調(diào)整時先松后緊，即如向下調(diào)整時先松上面的螺母，再向下調(diào)下面的螺母；向上調(diào)整時先松上面的螺母，再向上調(diào)下面的螺母。盡量不調(diào)水平的U型板即軌向。

c.調(diào)校完單個枕板之后，必須檢查每個枕板四個固定螺絲的緊固程度，達到檢驗驗收標(biāo)準(zhǔn)(以扭矩扳手測量為準(zhǔn))。

3.2.3搭接處理

1)產(chǎn)生搭接誤差的原因分析。

a.首先排除人為讀數(shù)和計算誤差，如誤差超限可改變儀器高來進行校正。

b.由于每次架設(shè)儀器均會產(chǎn)生不可控的系統(tǒng)誤差以及不同時間扶尺產(chǎn)生的人為誤差，導(dǎo)致在相同點位會出現(xiàn)后一次設(shè)站與前一次設(shè)站讀數(shù)不統(tǒng)一，即搭接誤差。

c.由于換站時后一個測站與前一個測站所采用的后視基準(zhǔn)樁不同，即使不考慮系統(tǒng)誤差與人為誤差，基準(zhǔn)樁本身可能存在一定誤差(允許范圍之類)，導(dǎo)致在相同點位后一測站與前一測站的讀數(shù)不同，即搭接誤差。

2)處理方法。

每次換站時，需重新測量至少三個已調(diào)校點，計算搭接誤差數(shù)值，若規(guī)律不明顯，可適當(dāng)增加重合點。找出搭接誤差后，按照每個枕板絕對值0.1 mm(設(shè)計值-實測值)順延至零，然后按照零往后調(diào)校。下一測站重復(fù)此過程。

3.2.4復(fù)檢

依據(jù)現(xiàn)場調(diào)軌記錄表格，由專人對已調(diào)校鋼軌進行復(fù)檢，分不同工作量采用隨機抽檢和逐個檢驗兩種情況。

3.3 軌道小車精調(diào)操作步驟

3.3.1GEDOCE軌道小車準(zhǔn)備

利用全站儀手簿中配置選項下的傾斜傳感器和軌距傳感器零位進行校正，利用線路軌道尺對軌道小車的軌距進行校核。

1)將基樁坐標(biāo)和滑軌坐標(biāo)輸入到全站儀手簿里。

2)水平零點校正：采用小車掉頭找零點的方式校正(左右相對高程相加為零，即水平零點校正)。

3)軌距零點校正：采用軌檢尺進行小車零點校正(合格的軌道尺)，將小車放在軌道上做記號，再將軌檢尺放在記號處觀察記錄數(shù)據(jù)，然后再次將小車放在軌道上記號處對比數(shù)據(jù)，完全吻合后調(diào)整完畢。

3.3.2Leica棱鏡安放

Trimble全站儀安放在180 m中間(前后相差不得超過2 m，使視距誤差減少到最小)。Leica棱鏡安放在四個基樁上，前后兩對面向Trimble全站儀并調(diào)平(棱鏡水準(zhǔn)氣泡居中,水準(zhǔn)管整平)。

3.3.3架設(shè)全站儀

置于兩對棱鏡控制點之間，并對中氣泡，點擊菜單鍵選取GEDOCE界面，點擊界面中的測量菜單下的連接全站儀選項，連接全站儀，并對電子水準(zhǔn)氣泡進行整平，檢查全站儀在360°轉(zhuǎn)動后，電子水準(zhǔn)氣泡基本居中，選取界面測量下自由設(shè)站選項(利用后方交會原理)，先換取棱鏡名稱(基樁點)參數(shù)，然后對四個棱鏡進行激光對準(zhǔn)并測量。為保證建站的精確必須進行2測回測量并平差，結(jié)果達到設(shè)站誤差不大于1 mm要求方可達到設(shè)站完畢(如誤差超過1 mm必須重新設(shè)站，檢查棱鏡平整、儀器平整)，見圖1。

3.3.4CP3換GEDO

1)設(shè)站完成之后換取小車?yán)忡R(CP3換GEDO)對光準(zhǔn)備測量。2)面對全站儀進行軌道小車測量參數(shù)的選擇(主要是棱鏡端和小車固定端的選取)進行測量(可以定位測量也可以跟蹤測量)。

3.4 軌道調(diào)整

3.4.1調(diào)整主軌

手簿顯示主軌中線偏向即為調(diào)整方向(測量人員面對全站儀)，在開始調(diào)整之前先用小車對該測量段進行全面測量，選取偏離最大的先調(diào)整量，然后繼續(xù)小車全面測量選取最大調(diào)整，直至整個測量段滿足要求。

3.4.2副軌超高調(diào)整

在主軌滿足要求的情況下開始調(diào)整副軌。用手簿顯示數(shù)值與0對比，數(shù)值顯示負(fù)號則向下調(diào)整(副軌比主軌高)，反之亦然。調(diào)整方法與主軌調(diào)整軌距相同(此數(shù)據(jù)是相對而言的，故而此項是建立在主軌高程調(diào)整滿足要求的基礎(chǔ)上)。

3.4.3副軌軌距調(diào)整

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軌距為1 435 mm,用手簿顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)軌距對比，如果數(shù)字超過1 435則向內(nèi)調(diào)整，反之向外調(diào)整；調(diào)整方法與主軌相同。

3.5 注意事項

1)現(xiàn)場CPⅢ棱鏡面盡量朝向全站儀，否則會產(chǎn)生0.2～0.4的誤差，建站誤差要控制在+1 mm，-1 mm以內(nèi)。

2)全站儀架設(shè)與小車?yán)忡R在同一面軌面，盡量使用小腳架，盡量低架設(shè)。這樣會保證誤差盡量變小。

3)外業(yè)觀測由遠(yuǎn)及近，盡量往一個方向測量,軌道小車與全站儀之間的距離不得小于5 m。

4)設(shè)站范圍盡量保持在10 m～70 m之內(nèi)，全站儀與小車距離50 m有效測點，去掉最近10 m和搭接的10 m。如需提高精度可縮短距離。

5)外業(yè)測量盡量等間距測量，一次測量長度不得大于30 m,兩站重疊不得少于8對螺絲(即半片梁)。

6)相鄰兩站的搭接距離要保證10 m。

7)小車?yán)忡R與全站儀之間盡量不走人避免遮擋,由于軌道小車在調(diào)試過程中數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定,隨時可能發(fā)生變化,因此，在調(diào)整未調(diào)螺絲時,不能不看已調(diào)過螺絲的數(shù)值變化,而一味的按既定數(shù)據(jù)調(diào)整,這樣容易導(dǎo)致誤差甚至錯誤的產(chǎn)生。

3.6 搭接誤差分析

由于軌道小車儀器本身的系統(tǒng)誤差以及人為誤差導(dǎo)致站與站之間的測量數(shù)據(jù)平順度不好，因此搭接在滑軌工程中顯得至關(guān)重要。一般會出現(xiàn)以下三種常見情況：

1)已調(diào)整好螺絲的誤差在下站復(fù)測過程中達到偏離中線1 mm以內(nèi)并有逐漸減小的趨勢，則將其在下站中的前十個螺絲中進行搭接(即按照0.9 mm，0.8 mm，0.7 mm，…，0 mm)。

2)偏離中線1 mm以上，那么必須對已調(diào)試過的進行復(fù)核再確定調(diào)整數(shù)據(jù)。

3)整片梁既定數(shù)值0 mm,在復(fù)測已調(diào)試好螺絲時如果全部變?yōu)橄驏|0.5 mm,并無減小趨勢時，那么調(diào)下個螺絲時必須按向東0.5 mm調(diào)整,而非按0 mm來調(diào)整。

4 安全措施

各種設(shè)備及測量工具都應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)禁摔打、磕碰、劃傷，由于在橋面上施工，作業(yè)場地狹小，在作業(yè)過程中，防止人員高空墜落、摔傷。根據(jù)施工作業(yè)中任務(wù)不同，應(yīng)配備必須的勞動用品，每個施工人員都必須佩戴勞動用品，防止出現(xiàn)意外傷害。由于作業(yè)時間大部分在晚上，所以作業(yè)人員必須要有照明設(shè)施，頭部佩戴投光燈。

5 結(jié)語

本文以精密軌道工程軌道測量和調(diào)整的工程實踐，通過對軌道全線的調(diào)校結(jié)果證明本文的測量調(diào)整方案是科學(xué)可行的，以及對軌道實測數(shù)據(jù)和誤差產(chǎn)生原因分析，確立了軌道調(diào)整原則，不僅保證了軌道的平直度滿足設(shè)計指標(biāo)要求，也保證了工程順利完成，對國內(nèi)后續(xù)的精密軌道工程的軌道調(diào)校有針對性的指導(dǎo)意義。