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概述高速鐵路軌道精調(diào)測量方法

發(fā)表時間：2015-01-15 22:39 作者：admin 來源：未知瀏覽：

1 概述
　　國外采用無砟軌道技術(shù)較早，目前已有一定的建設(shè)規(guī)模,。在德國,、日本等國家，建成并已經(jīng)投入使用的無砟軌道,，結(jié)構(gòu)形式主要有：日本板式,、德國博格板式、雷達2000和旭普林雙塊式等,。
　　 CRTSI,、CRTSII型軌道板，是我國通過消化,、吸收博格公司板式軌道的技術(shù),，對軌道板的制造、鋪設(shè)等工藝進行了系統(tǒng)的試驗和研究,，經(jīng)過科技攻關(guān)研制符合中國國情的無砟軌道施工的特殊構(gòu)件,，是我國高速鐵路建設(shè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的的科研成果之一，目前已經(jīng)得到大規(guī)模工程實際應(yīng)用,。
　　2 精調(diào)的分類
　　2.1人工采用精調(diào)小車
　　國內(nèi)外軌道板精調(diào)施工目前采用的方法,，與軌道板的支承、測量方法密不可分,。按照目前的調(diào)整工藝,，CRTSII型軌道板使用帶調(diào)整螺桿的精調(diào)爪支承在底座板上，因此軌道板的精調(diào)施工都是用精測標架系統(tǒng)配合人工,，轉(zhuǎn)動精調(diào)爪的螺桿來完成,，精調(diào)爪如圖2所示。
　　在軌道板精調(diào)之前,，精調(diào)爪,、測量標架、全站儀、GRP定向棱鏡等部件安裝位置,，全站儀與GRP棱鏡之間可以間隔2塊軌道板,，也可以間隔3塊板。
　　人工精調(diào)的缺點：
　　（1）軌道板的偏差信息雖然是由電腦指揮全站儀自動測得,，必須由測量員向調(diào)整工人以喊話的方式傳遞,，兩者相距13米或19.5米，一次測量后必須測量員向工人傳遞多達4組動作數(shù)據(jù)和方向,，才能完成,。
　　（2）測量人員將調(diào)整量轉(zhuǎn)換成所謂的“圈數(shù)”告知調(diào)整工人，每圈為1mm,，因此測量人員告知的數(shù)據(jù)是“幾圈（幾毫米）,、半圈（0.5毫米）、少半圈（0.1,、0.2,、0.3毫米）”等，這種調(diào)整數(shù)據(jù)的精度是極其有限的,，保證高速鐵路軌道板的精確鋪設(shè)難度較大,。
　　（3）工人得到測量人員的指令，由于掌握轉(zhuǎn)動角度比較粗略,，人工一次轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿,，很難保證零點幾的動作精度，因此需要反復(fù)測量,、調(diào)整多次才能達到±0.3mm的精度要求,。因反復(fù)次數(shù)多，所以調(diào)整效率比較低,。
　　（4）調(diào)整工人用手動扳手轉(zhuǎn)動精調(diào)爪的絲桿,，使軌道板產(chǎn)生移動，勞動強度很大,，經(jīng)常還因為聽錯或理解錯誤,，發(fā)生動作方向反、動作量不足或過調(diào)等異常情況,。
　　（5）調(diào)整中,，工人按照測量員的喊話指令扳動螺桿的過程中，四名工人無法同步動作,，因此調(diào)整過程相互影響,，尤其在調(diào)整方向時影響比較嚴重。
　　（6）調(diào)整的精度和效率,，完全依賴于測量人員和調(diào)整工人的經(jīng)驗和熟練程度,，在人員變動,、異常情況出現(xiàn)需要重新調(diào)整時，會嚴重影響調(diào)整精度,。
　　 2.2 全自動精調(diào)設(shè)備精調(diào)
　　隨著以CRTS II型軌道板為主體結(jié)構(gòu)的無砟軌道在國內(nèi)高速鐵路建設(shè)工程中的廣泛應(yīng)用,，施工中迫切需要一種高效率、高精度,、低人力投入的全自動精調(diào)設(shè)備來滿足高速鐵路,、客運專線對高平順性、高穩(wěn)定性,、高質(zhì)量性的要求,。采用先進的工裝也是保證施工工期、降低人力資源成本,，提高施工綜合經(jīng)濟效率的主要措施,。全自動精調(diào)設(shè)備的優(yōu)點：與人工調(diào)整不同，使用全自動精調(diào)設(shè)備時,，許多中間工藝流程都可以通過軟件來實現(xiàn),，因此精調(diào)過程簡單化，尤其自動精調(diào)徹底取消了調(diào)整工人的影響,，使工藝簡化到設(shè)備安裝——測量員測量與調(diào)整兩個環(huán)節(jié),。最新研發(fā)的全自動精調(diào)系統(tǒng)主要由主控制臺,、控制電纜,、調(diào)整器、測量儀器,、測量標架,、電腦等組成。
　　 3 全自動精調(diào)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)
　　 3.1 運動體空間數(shù)學(xué)模型
　　軌道板在調(diào)整過程中,，既有剛體的運動規(guī)律,，又有彈性體的運動特點。根據(jù)軌道板的設(shè)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的實測結(jié)果,，總結(jié)出軌道板的動作規(guī)律如下：
　　（1）在調(diào)整動作量較大時,，軌道板橫向運動與變形主要表現(xiàn)為剛性特征，沿長度方向主要表現(xiàn)為彈性特征,。如果在軌道板的一角施加作用力F,，軌道板將產(chǎn)生彎曲變形，但是在作用力的一端,，沿橫向變形量H1與H2接近,，而沿長度方向，軌道板則呈現(xiàn)明顯的弧形,，變形量從0到H1或H2,。
　　 3.2 現(xiàn)場總線技術(shù)
　　以往的人工調(diào)整,，測量員告知每個調(diào)整工人動作量、動作方向,；工人按照自己的理解,、目測各自完成調(diào)整動作，因此動作有先有后,，很難同步進行,，尤其在進行軌道板橫向調(diào)整時，影響較大,。全自動精調(diào)系統(tǒng)以數(shù)字控制器為核心,，10個調(diào)整器通過現(xiàn)場總線連成了一個系統(tǒng)，控制器通過發(fā)送動作指令的方法指揮每個調(diào)整器的動作,。精調(diào)設(shè)備的每個調(diào)整器控制模塊有唯一的地址編號,，控制指令則包含了地址信息、動作量,、動作方向等參數(shù),，實現(xiàn)整個設(shè)備自動化控制，協(xié)調(diào)各調(diào)整器的動作,。
　　 3.3數(shù)據(jù)與指令的傳輸
　　全自動精調(diào)系統(tǒng)采用了Wi-Fi技術(shù)連通了精調(diào)設(shè)備與測量電腦之間的無線數(shù)據(jù)鏈路,，這一方案對兼容國內(nèi)主流廠商的精測標架系統(tǒng)提供了很大的便利，而且不給用戶增加硬件成本,，不用改動任何部件,，大大的方便了使用者，減少了精調(diào)設(shè)備使用條件的限制,。
　　 Wi-Fi是一種無線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù),，是目前應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的電腦聯(lián)網(wǎng)方式之一,，當(dāng)我們在一個區(qū)域設(shè)置一個無線路由器,，那么在這各電波覆蓋的有效范圍都可以采用Wi-Fi連接方式進行聯(lián)網(wǎng)，互傳信息,。目前市售的各種常用電腦,、掌上電腦、甚至手機都將Wi-Fi連網(wǎng)方式作為了標準配置,。
　　無線Wi-Fi的工作距離在現(xiàn)場空曠的情況下,，可以達到100米以上，而且解決了高速移動時數(shù)據(jù)的糾錯問題,、誤碼問題,，設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與基站之間的切換和安全認證都得到了很好的解決,。
　　 3.4 測量數(shù)據(jù)的捕獲與統(tǒng)一
　　當(dāng)全自動精調(diào)系統(tǒng)與智能精測標架系統(tǒng)連用時,，不用任何設(shè)置,，系統(tǒng)會自動連接成功，每次測量結(jié)果,，電腦會自動向精調(diào)設(shè)備傳送,。
　　這基于Windows的驅(qū)動程序，主要完成以下功能：（1）監(jiān)聽主CPU向顯存發(fā)送的計算結(jié)果數(shù)據(jù),；（2）向顯示屏上輸出精調(diào)操作小窗口,，并不斷更新數(shù)據(jù)；（3）向電腦的WIFI窗口發(fā)送精調(diào)數(shù)據(jù)和調(diào)整指令,，接收精調(diào)設(shè)備的應(yīng)答,；（4）驅(qū)動電腦的內(nèi)置喇叭，發(fā)出聲音報警信號,。
　　 3.5 電氣控制系統(tǒng)
　　電氣控制系統(tǒng)是全自動精調(diào)設(shè)備的核心部分,，無論是設(shè)備與測量標架系統(tǒng)之間信息傳遞、人員對設(shè)備的操作,、系統(tǒng)內(nèi)的邏輯與數(shù)學(xué)運算,，還是調(diào)整器的功率輸出，都是通過電氣系統(tǒng)來實現(xiàn)的,。電氣控制系統(tǒng)的元器件主要安裝在主控制臺中,。主控制臺上安裝由顯示屏、操作開關(guān),、射頻天線,、電源與調(diào)整器插頭等，對精調(diào)設(shè)備的所有操作都可以通過該控制臺的操作面板完成,。
　　 3.6 整體化
　　全自動精調(diào)設(shè)備從實際出發(fā),，進行了整體化設(shè)計,，使整套設(shè)備既形成了一個有機的整體,，又可以保持機動靈活、重量輕的優(yōu)點,。
　　設(shè)計了專門的移動車架,，作為整套設(shè)備的主體框架，在框架上裝載了主控制臺,、控制電纜,、調(diào)整器、測量標架等,，這種設(shè)計有其獨特之處：（1）行駛在底座板上,，對已經(jīng)精調(diào)好的軌道板沒有任何影響，自適應(yīng)寬度的腳輪保證了行駛的可靠性,，有不對底座板,、車架造成任何傷害,。（2）設(shè)計了獨特的懸掛結(jié)構(gòu)，調(diào)整器在工作時可以快速取下,，在調(diào)整結(jié)束后可以掛車架上,。（3）車架上配有照明燈、防雨頂蓬,，方便了夜間施工,、減少了天氣影響。（4）整套設(shè)備重量較輕,，只需人工推動即可轉(zhuǎn)移調(diào)整的位置,，在左右線間移動也比較方便。（5）由于整體化設(shè)計,，節(jié)約了大量的人力投入,。正常情況下，一個精調(diào)班組最少由3人組成,，一名測量員,，兩名配合工人。
　　 4 結(jié)語
　　全自動精調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
　?。?）保留使用現(xiàn)有的精調(diào)爪作為支承裝置,。
　　（2）提高軌道板定位調(diào)整的精度,，軌道板位置誤差小于±0.3mm,。
　　（3）提高軌道板定位調(diào)整的效率,，正常情況下至少達到4塊板/小時,。
　　（4）兼容現(xiàn)有主流標架測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù),。
　?。?）安裝、拆卸方便,，可以整體快速轉(zhuǎn)移,；降低操作人員的勞動強度。
　?。?）繼承人工調(diào)整的工藝,，不增加操作人員需求。
　　根據(jù)在蘭新第二雙線和鄭西客專分別采用傳統(tǒng)的精調(diào)小車和全自動精調(diào)設(shè)備進行對比,，當(dāng)精調(diào)約25km軌道板,，從調(diào)板效率、精度等方面進行了對比,，數(shù)據(jù)表明,，精調(diào)小車和全自動精調(diào)設(shè)備調(diào)整精度完全達到技術(shù)要求：軌道板的承軌座在高程方向偏差,、中線方向偏差、相鄰兩塊軌道板之間平順性偏差不超過±0.3mm,，但是正常情況下全自動精調(diào)設(shè)備調(diào)板效率大約是人工的1.5-2倍,。