高速铁路无砟轨道测量技术

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　　摘要：京沪高速铁路是采用德国无砟轨道博格板技术，其测量精度要求高，技术新，其中GRP测量和博格板精调为本项目的重点和难度，结合现场实现施工，着重阐述GRP测量的坐标技术、GRP点及定位锥点放样、GRP的平面高程测量平差计算方法，并对轨道板精调测量的步骤与关键技术进行详细介绍，对同类工程有借鉴意义。
　　关键词：高速铁路；无砟轨道；GRP点测量；博格板精调
　　1 工程概况
　　中铁十六局集团路桥公司承建的16.4双线公里，管段最小曲线半径为350m，管段内最大坡度为10.5‰，线间距为5.0m和4.6m，最高时速由350km/h调整为300km/h。
　　砟轨道在桥梁上由4层组成，即滑动层（两布一膜）、C30钢筋混凝土底板座、乳化沥青砂浆垫层和预应力钢筋混凝土轨道板。在路基上由3层组成，即C15混凝土支撑层、乳化沥青砂浆垫层和预应力钢筋混凝土轨道板。施工段内共铺设无砟轨道板4688块，博格板4391块。
　　测量设备主要包括：①平面测量采用测量精度不低于（角度精度11秒、距离精度1mm+1ppm）的全站仪。②高程测量采用测量精度不低于（铟瓦标尺每公里往返测量标准偏差0.3mm、距离测量标准偏差5mm/10m、居中精度标准偏差0.3）的电子水准仪。③轨道板精调采用精调设备4套，主要包括莱卡TCA2003全站仪1台、工业电脑1台、测量标架4个、标准标架1个（用来检校测量标架，确保测量标架的准确性，为整体线路的精调提供有力的保证）、强制对中三脚架2个。
　　2 轨道基准网（CRN）的测量
　　2.1 轨道基准网（CRN）测量目的
　　 为了满足对高速铁路的外部及内部几何位置的精度要求，在设计院提供的轨道设计网（GVN）的基础上建立一个具有极高相对精度的加密控制网。基准点之间的相对精度应满足：平面0.2mm，高程为0.1mm。该网的布设，充分利用了全站仪在特定条件下测角具有极高精度这一特点。
　　2.2 轨道基准点GRP点的坐标计算
　　
　　注：1点为定位锥点；3点为GRP点（1、3点中较低的为GRP点）
　　图1 GRP点和定位锥断面示意（单位：mm）
　　利用PVP软件计算出图1中的1、3点三维坐标（每板缝处一个断面），将计算结果DPU格式转换成GSI格式（莱卡全站仪标准格式）。
　　2.3GRP点及定位锥点的放样
　　GRP点放样时，底座板、支承层施工后按放样数据对GRP点进行放样（精度要求小于5mm），并同时测定这些点并记录下来。其目的在于检测放样点，并可用作对承载板（TP）高程的附加检测。放样点的实测三维坐标文件（记录卡里的电子文件，GSI格式）及时反馈，以便利用PVP软件对点位进行检查和对底座板高程的附加检查。如同GRP点一样定位锥放样时也需将放样点测量并记录下来用以对放样点位的检查。
　　2.4 GRP点的平面测量
　　 测站应尽量靠近待测点连线，以便利用全站仪的测角高精度性，所以对左右线的基准网应该分开测量。每组测量64m（10个点），视天气情况而定。也就是说从一站至少测9个GRP点，其中4个为与上一站重合点。各组至少要3个测回。
　　测量步骤：架设仪器并调平→观测GVP点（至少4个点）→观测GRP点（9到10个点，重合4个上一站的GRP点）→再次观测前次测的GVP点（以上为一个测回，每站至少测3测回）→向前搬站观测GVP点（至少要有2个点与上一站的GVP点重合）→测GRP点（其中4个与上站测量重复），重复以上过程。
　　特别注意，平面测量就是测出GPR点与GVP点的相对坐标，然后利用软件将GRN与GVN的局部坐标转换成各施工网或区域网，所以测量时不需确定测站的位置（自由建站）。需要说明的是在测量过程中无法发现测量数据的正确性，所以每组测量都要对仪器及棱镜的安置仔细检查，以防止测量结果偏差超限而返工。
　　2.5高程测量
　　采用电子水准仪GRP点高程，测量GRP点必须用铟瓦水准尺适配座，而在不加适配座测量GVP点和PP点情况下要说明。如同平面测量一样，水准测量时现场也不需要记录GVP点的实际高程，只需按照下述测量步骤进行测量并记录好点号及实测数据。
　　测量步骤：在两个GVP点中间设站→后视一个GVP点（如GVP1）→测量（前世、中视）GRP点（GRP点7至10个点，GRP点和上站的重复个数为3个以上，尽量4个）→前视一个GVP点闭合（如GVP2）→调整测站测GVP2→测量GRP测GVP1（测完一组）→向前搬站后视前一个GVP点（如GVP2）→先测上一组的GRP点（至少3个），再测本组的GRP点→前视下一个GVP点（如GVP3）→重复以上步骤。
　　2.6 基准网（GRN）的平差计算
　　 利用PVP软件对各测站进行单独平常进行测量误差分析，然后把各测站纳入总体进行平差计算，计算结果超限将无法通过，需重新测量，直到通过。
　　计算结果将作为SPS轨道板精调的GRN数据。求解轨道基准网（GRN）的平差坐标采用轨道设标网GVN（点距约为65m）来进行平差计算，所需的计算模式可在布板设计软件中依据测量数据组的结构自动选定。
　　2.7 GRP测量方法的优点
　　 以上的测量方法能够发现和消除设标点的明显坐标差值（在不同坐标系的）。这种重合一方面能够控制一组内的测量结果的精度。另一方面可以使各组数据之间有一个缓和的过渡，以便消除拐点和偏移。
　　3 轨道板的精调测量
　　3.1 精调测量准备及检查
　　在精调前，数据的齐全是进行精调的前提。数据有三种，平差后的轨道基准网，即各GRP点三维坐标文件，格式为“.DPU”的FFC文件；每块板的数据文件，记录了该板各支点的理论坐标；FFD文件为棱镜配位文件，记录了该板各支点的理论坐标；FFD文件为棱镜配位文件，该文件记录了精调时各棱镜与轨道板上各支点的对应关系。
　　设备安装后的检查主要有：主控机及全站仪是否正常；电池是否有点；精调夹爪是否已经提前安装好；标架是否变形；棱镜是否固定；仪器是否和三脚架匹配；仪器高和棱镜高是否准确，数据是否存在等。
　　开机检查设置的各种参数是否正确，对误操作造成的变动进行准确修改，经确定无误后，架设全站仪和棱镜。全站仪架设在被精调板的前一块板的GRP点上，棱镜架设在被精调板的后一个GRP点上。
　　3.2 精调测量关键技术
　　（1）全站仪和棱镜架设完后，检查气泡是否居中，脚架是否固定，GRP点事否对中有没有偏移，小坑中有无杂物；与此同时操作人员架设1、2、3、4号标架，测量人员检查完全站仪和棱镜没问题后接着检查标架是否放好，触头是否紧贴承轨台，下面是否有杂物。
　　（2）检查确认无误后开始检校标架。首先打开主控机，在进入精调系统软件时，必须把全站仪关机，点击“开始”从“程序”中右拉选择“高速铁路精调软件”，单击打开后再点击上面“文件”窗口，选择“打开新项目”进入，然后选择“检查”单击打开下拉选择“检校标架”，按窗口提示开始检校。检校完后按窗口提示检校1、2、3、4号棱镜，操作人员配合测量人员将1号棱镜放在板的第一个承轨台上，此时无需再用全站仪进行瞄准了，选择“1号标架”
　　按“确定”开始，检测的竖向最后两行数据的值必须是0或0.1，否则按“保存”后再按“继续”仍然检测1号标架，直到修正后的数据为0或0.1时，再检校2、3、4号标架，方法同1号标架。为了确保准确度，把1、2、3、4号标架检校完后，重新用全站仪瞄准标准标架检校后复检其中已检校完的1、2、3、4号标架中的任意两个，对比是否有偏差，如果偏差很小说明检校合格，偏差很大需重新进行检校，直至合格为止。

　　（3）定向：刚开始精调时，4号和5号点不存在不能参与定向，只用控制点定向即可；当进行第2块板及以后，每次定向用4号和5号点参与定向。定向前先从窗口中选择精调的“板号”按“确认”键，再选择窗口中的“定向”，根据提示输入仪器高和棱镜，从菜单显示串口中单击“开始定向”按钮进行定向。
　　 精调时先调四个端部，即1、8和3、6点，且必须是1、8调好后再调3、6或3、6调好后再挑1、8（最好不要同时调，那样会浪费时间且不易达到要求）；当端部达到要求后再调中间2、7点。全部符合要求后保存测量结果。
　　4 注意事项
　　（1） 进行轨道基准点（GRP点）放样的前提是必须开通全站仪的自由建站
　　和使用与设计单位进行CPⅢ磁测量时各种参数一致的专用棱镜杆及棱镜，保证对点误差最小。
　　 （2）轨道基准点（GRP点）放样完成后一定要站在控制点连线上检查控制点，直线是否在一条直线上，曲线是否在一个弧线上（也就是圆顺度则样）。还应采用钢尺检查两点之间的理论距离，防止出现误差而对施工造成影响。
　　 （3）基准点（GRP）测量时必须对预埋测钉中心清理干净，塔尺底部锥形配件的锥底也要经常清理和检查有否磨损，否则将对以后的测量成果造成严重影响。
　　 （4）精调爪的厚度一定要保证在一个厚度之间，最好控制在2.0cm以下；并应保证精调爪之间的厚度差值不能过大而导致受力不一，且必须在同一平面上。
　　 （5）轨道板粗铺时要尽量准确，水平误差控制在5~7mm之间，这样能为轨道板精调节约时间提高工效。
　　（6）当定向时出现“dh”值超限时，首先检查输入的控制点板号或测承轨台的一侧向全站仪方向移一点，当为“一”值时可将4#标架从承轨台的一侧向远离全站仪方向移一点。若出现“d1”值超限不能定向时，就要检查是否在全站仪开机钱精调软件已经开始运行，此时应退出精调软件并关闭全站仪，重新进入精调软件就可以满足要求完成定向或检查4#标架是否放在承轨台的中间，仍然不行，若出现“+”值，可将4#标架从承轨台移近一些，如有间隙使之贴紧就可以了，如仍然有问题就要重新检校标架。
　　（7）精调时拿扳手操作人员必须同步进行水平或高程调整，水平方向当现实器出现“dq”值为“―”时，应向中间方向微调；水平方向两侧操作人员扳手方向应一致，“―”扳手转换为顺时针方向，“+”时扳手转换为逆时针方向，高程方向当显示器“dh”值为“―”时扳手转换为顺时针方向升高，“dh”值为“+”时扳手转换为逆时针方向降低，端部每转半圈（1800）为0.8mm，包括水平和高程，中间高程每转半圈（1800）为0.9mm。
　　（8）精调时先调四个端部，然后调中间，精调时若水平方向“dq”值为“―”
　　时，在调高程方向时根据经验值先调中间一侧几圈后再两侧同时进行微调；因为中间水平方向不影响质量，在保存成果时会提示输入一个理由就可以保存了，否则无法保存成果。
　　
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