客運(yùn)專線無碴軌道

鐵路工程測(cè)量西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院測(cè)量工程系劉成龍我國建立高速鐵路和客運(yùn)專線的必要性我國是世界上人口最多的國家，也是缺乏運(yùn)力的國家之一，主要干線能力十分緊張，除秦沈客運(yùn)專線外，均為客貨混跑模式，客運(yùn)快速與貨運(yùn)重載難以兼顧，無法滿足客貨運(yùn)輸?shù)男枨螅⒂绊懥寺每瓦\(yùn)輸質(zhì)量的提高。建設(shè)鐵路客運(yùn)專線，實(shí)現(xiàn)客貨分運(yùn)，是滿足客運(yùn)快速、準(zhǔn)時(shí)、舒適等方面需求的根本途徑。為此，2005年國務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論并原那么通過了中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，明確了我國鐵路網(wǎng)中長(zhǎng)期建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)。按照藍(lán)圖規(guī)劃，我國方案到2021年建成時(shí)速超過200km的客運(yùn)專線10000km，形成“四縱四橫〞客運(yùn)專線骨架，建成環(huán)渤海圈、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲地區(qū)快速客運(yùn)鐵路系統(tǒng)。200km以上高速鐵路多采用無砟軌道無砟軌道具有穩(wěn)定性好、維修量少的特點(diǎn)無砟軌道靜態(tài)平順度允許偏差應(yīng)符合下表規(guī)定

無砟軌道的靜態(tài)平順度和軌道中心坐標(biāo)可以通過軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x和軌道控制網(wǎng)CPIII進(jìn)行檢測(cè)軌檢儀的概念：鐵路軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)稱軌檢儀，也叫軌道檢測(cè)小車，是一種通過CPIII控制網(wǎng)、智能型全站儀、傾角及軌距傳感器和專用測(cè)量軟件,能夠自動(dòng)檢測(cè)線路中線坐標(biāo)、軌頂高程和軌距、水平、上下、扭曲和軌向等軌道靜態(tài)參數(shù)，并自動(dòng)進(jìn)行記錄整理的智能化輕型軌道檢測(cè)設(shè)備。全站儀配合軌檢小車進(jìn)行軌道測(cè)量軌檢小車的功能和精度軌距測(cè)量，中誤差≤±0.5mm。超高測(cè)量，中誤差≤±0.5mm。軌檢小車和全站儀之間建立無線數(shù)據(jù)通訊。全站儀配合CPIII、軌檢小車，由全站儀按極坐標(biāo)法、軌檢小車上的傳感器和計(jì)算軟件，測(cè)量并計(jì)算出軌道中心的三維位置X、Y、Z，X、Y、Z的中誤差均≤±1.0mm。和設(shè)計(jì)位置比較給出調(diào)整量，進(jìn)行軌道板和軌道的粗調(diào)和精調(diào)。中鐵咨詢和西南交大合作研制的軌檢儀已經(jīng)在武廣線通過鐵道組織的外業(yè)測(cè)試無砟軌道施工與精密測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)系無碴軌道鐵路測(cè)量技術(shù)作為無碴軌道鐵路建設(shè)成套技術(shù)的一個(gè)重要組成局部，在無碴軌道鐵路建設(shè)和運(yùn)營管理過程中也越來越顯示出其重要性。德國睿鐵公司〔RailOne〕執(zhí)行副總裁巴哈曼先生在總結(jié)無碴軌道鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)時(shí)說：要成功地建設(shè)高速鐵路，就必須有一套完整、高效且非常精確的測(cè)量系統(tǒng)——否那么必定失敗。這句話也充分說明了精密工程測(cè)量在無碴軌道工程建設(shè)中的重要作用。鐵道部對(duì)高速鐵路精密測(cè)量系統(tǒng)的重視鐵道部現(xiàn)行的無砟軌道鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(1)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

鐵建設(shè)[2006]189號(hào)_____________________________________

客運(yùn)專線無碴軌道鐵路工程測(cè)量技術(shù)暫行規(guī)定2006－10－

發(fā)布2006－10－16實(shí)施_____________________________________中華人民共和國鐵道部發(fā)布我校岑敏儀、顧利亞參與了該標(biāo)準(zhǔn)的主編工作鐵道部準(zhǔn)備發(fā)行的鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(2)?新建鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?〔報(bào)批稿〕?新建鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?編寫組二○○九年二月我校劉成龍、張同剛老師參與了編寫鐵道部準(zhǔn)備發(fā)行的鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(3)?高速鐵路無砟軌道施工測(cè)量暫行標(biāo)準(zhǔn)?〔報(bào)批稿〕?高速鐵路無砟軌道施工測(cè)量暫行標(biāo)準(zhǔn)?編寫組二○○九年二月我校劉成龍老師參與了編寫鐵道部準(zhǔn)備發(fā)行的鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(4)?高速鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?〔報(bào)批稿〕?高速鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?編寫組二○○九年二月我校劉成龍、高山、張同剛老師參與了編寫高速鐵路工程測(cè)量的新概念〔1〕鐵路工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)----高速鐵路工程測(cè)量平面坐標(biāo)系應(yīng)采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。邊長(zhǎng)投影在對(duì)應(yīng)的線路軌道設(shè)計(jì)高程面上，投影長(zhǎng)度的變形值不大于10mm/km。三網(wǎng)合一----高速鐵路工程測(cè)量的平面、高程控制網(wǎng)，按施測(cè)階段、施測(cè)目的及功能可分為勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)。為了保證勘測(cè)、施工、運(yùn)營維護(hù)各階段平面測(cè)量成果的一致性，應(yīng)該做到三網(wǎng)合一。也就是各階段平面控制測(cè)量應(yīng)以根底框架平面控制網(wǎng)〔CP0〕為起算基準(zhǔn)，高程控制測(cè)量應(yīng)以線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)為起算基準(zhǔn)。精測(cè)網(wǎng)----高速鐵路工程測(cè)量平面控制網(wǎng)應(yīng)按分級(jí)布網(wǎng)的原那么分四級(jí)布設(shè)，第一級(jí)為框架平面控制網(wǎng)〔CP0〕測(cè)量，第二級(jí)為根底控制網(wǎng)〔CPⅠ〕，第三級(jí)為線路平面控制網(wǎng)〔CPⅡ〕，第四級(jí)為軌道控制網(wǎng)〔CPⅢ〕。高速鐵路工程測(cè)量的新概念〔2〕CPⅢ控制網(wǎng)區(qū)段----為便于施工和數(shù)據(jù)處理，在無砟軌道施工和CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量前，將線路劃分成假設(shè)干長(zhǎng)度不等的線段。之后CPⅢ控制網(wǎng)按區(qū)段進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，并通過上一級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立約束平差。每一CPⅢ控制網(wǎng)的區(qū)段長(zhǎng)度不應(yīng)短于4km。CPⅢ目標(biāo)組件----軌道控制網(wǎng)〔CPⅢ〕點(diǎn)的實(shí)際空間物理位置的反射目標(biāo)，由反射棱鏡、預(yù)埋件和連接件等組成。CPⅢ平面網(wǎng)的縱橫向閉合差----CPⅢ點(diǎn)間沿線路方向和垂直線路方向的長(zhǎng)度閉合差，可用于評(píng)定CPIII平面網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)精度、探測(cè)CPIII網(wǎng)中觀測(cè)值的粗差等。精密水準(zhǔn)測(cè)量----客運(yùn)專線鐵路無碴軌道工程測(cè)量中，用于測(cè)量CPIII網(wǎng)高程的等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，其精度介于二等、三等水準(zhǔn)測(cè)量之間，高差中數(shù)偶然中誤差為2mm/km。高速鐵路精密測(cè)量系統(tǒng)的根底知識(shí)〔1〕高速鐵路的精密測(cè)量系統(tǒng)分為平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。高速鐵路的平面控制測(cè)量按照逐級(jí)控制的原那么建立，共分四級(jí)控制。首級(jí)網(wǎng)為框架控制網(wǎng)CPO，點(diǎn)間距為50~70km，為GPS一等三維網(wǎng)；二級(jí)網(wǎng)為根底控制網(wǎng)CPI，點(diǎn)間距為4km，為GPS二等三維網(wǎng)；三級(jí)網(wǎng)為線路平面控制網(wǎng)CPII，點(diǎn)間距為500~700m，為GPS三等平面網(wǎng)；四級(jí)網(wǎng)為軌道控制網(wǎng)CPIII，為智能型全站儀自由測(cè)站邊角交會(huì)的三維控制網(wǎng)，其點(diǎn)間距為縱向60m左右一對(duì)控制點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)的橫向間距為10~20m，CPIII的精度要求為相鄰點(diǎn)位的相對(duì)中誤差≤1mm。高速鐵路精密測(cè)量系統(tǒng)的根底知識(shí)〔2〕高速鐵路的高程控制測(cè)量分為勘測(cè)高程控制測(cè)量、水準(zhǔn)基點(diǎn)高程測(cè)量、CPⅢ控制點(diǎn)高程測(cè)量。各級(jí)高程控制測(cè)量等級(jí)及布點(diǎn)要求應(yīng)按下表的要求執(zhí)行。高程控制網(wǎng)級(jí)別測(cè)量等級(jí)點(diǎn)間距勘測(cè)高程控制測(cè)量二等或四等水準(zhǔn)測(cè)量≤2km水準(zhǔn)基點(diǎn)高程控制測(cè)量二等水準(zhǔn)測(cè)量≤2km深埋水準(zhǔn)高程控制測(cè)量二等水準(zhǔn)測(cè)量≤20km基巖水準(zhǔn)高程控制測(cè)量二等水準(zhǔn)測(cè)量≤300kmCPIII高程控制測(cè)量精密水準(zhǔn)測(cè)量≤70km

CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔1〕每個(gè)CPIII測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)均有三個(gè)設(shè)站點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行方向、邊長(zhǎng)觀測(cè)。CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔2〕測(cè)站間距為120m時(shí)，CPⅢ平面控制網(wǎng)測(cè)量網(wǎng)形示意圖如以下圖所示。CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔3〕測(cè)站間距為60m時(shí)，CPⅢ平面控制網(wǎng)測(cè)量網(wǎng)形示意圖如以下圖所示。CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔4〕采用測(cè)站間距120m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形測(cè)量過程中如某CPⅢ點(diǎn)由于障礙物被擋，可以考慮采用由測(cè)站間距120m轉(zhuǎn)測(cè)站間距60m的測(cè)量網(wǎng)形，如以下圖所示。CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔5〕在實(shí)際測(cè)量過程中，如果CPⅠ或者CPⅡ點(diǎn)離線路較遠(yuǎn)，可以在線路外適宜位置設(shè)置輔助點(diǎn)，在輔助點(diǎn)上架設(shè)儀器，觀測(cè)臨近的CPⅢ點(diǎn)和CPⅠ或者CPⅡ點(diǎn)。此時(shí)其測(cè)量網(wǎng)形示意圖如以下圖所示。CPIII平面控制網(wǎng)的特點(diǎn)〔1〕控制點(diǎn)數(shù)量眾多。沿線路方向通常每公里有16對(duì)即32個(gè)控制點(diǎn)；精度要求高。每個(gè)控制點(diǎn)與相鄰5個(gè)控制點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差均要求小于1mm；控制的范圍長(zhǎng)。線路有多長(zhǎng)，控制網(wǎng)的長(zhǎng)度就有多長(zhǎng)；是一個(gè)平面位置和高程位置共點(diǎn)的三維控制網(wǎng)。目前CPⅢ三維網(wǎng)平面和高程是分開測(cè)量后合并形成共點(diǎn)的三維網(wǎng)，但其使用時(shí)卻是平面和高程同時(shí)使用的；控制點(diǎn)的位置、CPⅢ測(cè)量標(biāo)志較傳統(tǒng)控制測(cè)量有很大不同?？刂泣c(diǎn)通常設(shè)置在接觸網(wǎng)桿上〔路基局部〕、防撞墻上〔橋梁局部〕和圍巖上〔隧道局部〕。CPⅢ測(cè)量標(biāo)志通常由永久性的預(yù)埋件、平面測(cè)量桿、高程測(cè)量桿和精密棱鏡組成；德國CPIII專用測(cè)量標(biāo)志〔不包括棱鏡的價(jià)格為4000元〕預(yù)埋件連接桿連接件和棱鏡件西南交通大學(xué)研制的CPIII測(cè)量標(biāo)志〔不包括棱鏡的價(jià)格為120元〕Ⅱ型精密三維測(cè)量標(biāo)志實(shí)物照片

安裝筒已經(jīng)安裝到墻面后的實(shí)物照片

西南交通大學(xué)CPIII測(cè)量標(biāo)志的使用方法〔1〕棱鏡連接桿安裝到安裝筒后的實(shí)物照片

完整的CPIII點(diǎn)平面測(cè)量標(biāo)志安裝照片

西南交通大學(xué)CPIII測(cè)量標(biāo)志的使用方法〔2〕水準(zhǔn)尺在水準(zhǔn)測(cè)量桿上立尺的實(shí)物照片

水準(zhǔn)測(cè)量桿安裝到安裝筒后的實(shí)物照片

西南交通大學(xué)CPIII測(cè)量標(biāo)志的專利證書

CPIII測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)位置---路基上〔1〕CPIII測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)位置---橋梁上〔2〕CPIII測(cè)量標(biāo)志的埋設(shè)位置---隧道中〔3〕CPIII平面控制網(wǎng)的特點(diǎn)〔2〕CPⅢ平面網(wǎng)是一個(gè)邊角控制網(wǎng)，但其測(cè)量方法較傳統(tǒng)邊角網(wǎng)測(cè)量有很大差異。傳統(tǒng)的邊角網(wǎng)測(cè)量?jī)x器都是架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，距離必須進(jìn)行往返觀測(cè)，但CPⅢ平面網(wǎng)卻采用自由設(shè)站進(jìn)行邊角交會(huì)測(cè)量，而其距離只能進(jìn)行單程觀測(cè)；CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)量的儀器均采用高精度和自動(dòng)化程度高的電子測(cè)量?jī)x器。其平面網(wǎng)測(cè)量要求全站儀具有電子驅(qū)動(dòng)、目標(biāo)自動(dòng)搜索和操作系統(tǒng)功能的測(cè)量機(jī)器人〔如LeicaTCA2003和TCRA1201、TrimbleS6和S8系列全站儀等〕；高程測(cè)量一律采用電子水準(zhǔn)儀〔如TrimbleDiNi12、LeicaDNA03等〕；測(cè)站和測(cè)點(diǎn)均強(qiáng)制對(duì)中，測(cè)點(diǎn)標(biāo)志要求具有互換性和重復(fù)安裝性，X、Y、Z三維互換性和重復(fù)安裝性誤差要求小于0.3mm；圖形規(guī)那么對(duì)稱，多余觀測(cè)數(shù)多，可靠性強(qiáng)；是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的帶狀控制網(wǎng)，其縱向精度高、橫向精度略差。CPIII平面控制網(wǎng)的特點(diǎn)〔3〕控制網(wǎng)的使用較傳統(tǒng)方法有很大不同。首先是采用自由測(cè)站前方邊角交會(huì)測(cè)量的方式確定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后用三維極坐標(biāo)測(cè)量的方式進(jìn)行無砟軌道板和長(zhǎng)鋼軌的粗調(diào)、精調(diào)和精測(cè)以及軌道的維護(hù)管理等。CPIII的三維坐標(biāo)點(diǎn)，是一個(gè)虛擬的控制點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的位置是CPIII目標(biāo)組件中棱鏡的幾何中心。水準(zhǔn)尺是無法立在CPIII高程所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。無砟軌道精調(diào)中作業(yè)中全站儀前方交會(huì)示意圖CPIII高程控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔1〕---中國方法CPⅢ高程網(wǎng)測(cè)量方法形成的四邊形閉合環(huán)〔圖中空心箭頭組成的圖形〕為規(guī)那么的矩形，因此簡(jiǎn)稱此方法為矩形法。矩形法CPⅢ高程網(wǎng)測(cè)量可只進(jìn)行單程觀測(cè)。CPIII高程控制網(wǎng)形成的閉合網(wǎng)形〔2〕---中國方法矩形法水準(zhǔn)測(cè)量閉合環(huán)的情況如以下圖所示。其中，箭頭方向?yàn)楦卟顐鬟f方向。由圖可知，每相鄰兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)均構(gòu)成獨(dú)立的矩形閉合環(huán)，方便形成閉合差檢核，可靠性高。CPIII高程控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔3〕---德國方法德國中視法CPⅢ高程網(wǎng)觀測(cè)采用往返觀測(cè)的方式進(jìn)行，其往測(cè)水準(zhǔn)路線如以下圖所示。CPIII高程控制網(wǎng)的測(cè)量網(wǎng)形〔4〕---德國方法德國中視法CPⅢ高程網(wǎng)觀測(cè)采用往返觀測(cè)的方式進(jìn)行，其返測(cè)水準(zhǔn)路線如以下圖所示。CPIII高程控制網(wǎng)形成的閉合網(wǎng)形〔5〕---德國方法德國中視法往返測(cè)高差及其所形成的閉合環(huán)情況如以下圖所示。其中單箭頭為往測(cè)高差，雙箭頭為返測(cè)高差，箭頭方向?yàn)楦卟畹膫鬟f方向。CPIII平面控制網(wǎng)的測(cè)量?jī)x器---帶馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)ATR功能和操作系統(tǒng)的智能型全站儀智能型全站儀的特點(diǎn)---激光對(duì)中〔1〕智能型全站儀的特點(diǎn)---電子氣泡〔2〕智能型全站儀的特點(diǎn)---無棱鏡測(cè)距〔3〕智能型全站儀的特點(diǎn)---導(dǎo)向光裝置〔4〕智能型全站儀的特點(diǎn)---馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)照準(zhǔn)功能〔5〕智能型全站儀的特點(diǎn)---鎖定跟蹤測(cè)量Tracking〔6〕智能型全站儀的特點(diǎn)---遙控測(cè)量〔6〕智能型全站儀的特點(diǎn)---遙控測(cè)量〔6〕智能型全站儀的特點(diǎn)---自動(dòng)調(diào)焦〔7〕Topcon公司在其GTS-600系列里推出了自動(dòng)調(diào)焦功能，操作員只需將望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)鏡大致對(duì)準(zhǔn)棱鏡，按下目鏡旁邊的AF(AutoFocus)鍵，儀器就會(huì)主動(dòng)尋找目標(biāo)點(diǎn)并自動(dòng)調(diào)焦到目標(biāo)棱鏡上，省去手工調(diào)焦時(shí)間，提高作業(yè)效率