CPⅢ精测网及轨检小车在高速铁路养护中的应用

测绘与空间地理信息

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏｌ.４１ꎬＮｏ.８Ａｕｇ.ꎬ２０１８

ＣＰⅢ精测网及轨检小车在高速铁路养护中的应用

樊　政

(国家测绘地理信息局第一大地测量队ꎬ陕西西安７１００５４)

摘要:近年来ꎬ随着经济社会的发展ꎬ我国铁路运输事业快速发展ꎬ尤其是高速铁路快速发展ꎬ高铁总里程超过

了２.５万ｋｍꎮ由于高速铁路的运行速度非常快ꎬ在运行过程中会产生很大的摩擦力ꎮ为了确保高速铁路运行安全ꎬ日常工作中ꎬ必须加强对高速铁路的养护ꎮ本文简单阐述了高速铁路的特点以及高速铁路精测系统以及ＣＰⅢ精测网和轨道检小车在高速铁路养护中的具体应用ꎬ希望为高速铁路的养护工作提供参考和借鉴ꎮ关键词:高速铁路ꎻＣＰⅢ精测网ꎻ轨检小车

中图分类号:Ｐ２２　　　文献标识码:Ａ　　　文章编号:１６７２－５８６７(２０１８)０８－０２１０－０３

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＣＰⅢＰｒｅｃｉｓｉｏｎＳｕｒｖｅｙｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋａｎｄＴｒａｃｋＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎ

ＴｒｏｌｌｅｙｉｎｔｈｅＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆＨｉｇｈＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ

(ＴｈｅＦｉｒｓｔＳｕｒｖｅｙｉｎｇＴｅａｍｏｆＮａｔｉｏｎａｌＢｕｒｅａｕｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＸｉ′ａｎ７１００５４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓꎬｗｉｔｈｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓｏｃｉａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬｔｈｅｒａｉｌｗａｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎＣｈｉｎａｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄ￣ｖｅｒｙｆａｓｔꎬｉｔｉｓｓｕｂｊｅｃｔｔｏｇｒｅａｔｆｒｉｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｃｏｕｒｓｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓꎬｔｈｅｍａ￣ｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓｍｕｓｔｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄａｉｌｙｐｒｏｃｅｓｓ.Ｂｙｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌ￣ｗａｙｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｃｏｎｃｒｅｔｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＰⅢｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｖｅｙｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒｉｎｔｈｅｍａｉｎｔｅ￣ｎａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓꎬｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｗｏｒｋ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌꎻＣＰⅢｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｖｅｙｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋꎻｔｒａｃｋｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｔｒｏｌｌｅｙ

ｌｙꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙꎬｗｈｉｃｈｈａｓｅｘｃｅｅｄｅｄｔｈｅｔｏｔａｌｍｉｌｅａｇｅｏｆ２５０００ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ.Ｓｉｎｃｅｔｈｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｒｕｎｓ

ＦＡＮＺｈｅｎｇ

０　引　言

高速铁路载客量高、准点、耗时少、安全性好、舒适方便、能耗低等优点ꎬ为了满足社会经济发展需求ꎬ国家大力建设高速铁路ꎮ铁路十三五发展规划中ꎬ国家明确提出要大力发展高速铁路ꎬ优化区域发展空间ꎬ在“四纵四横”高速铁路的基础上ꎬ增加客流支撑、标准适宜、发展需要的高速铁路ꎬ部分利用时速２００ｋｍ铁路ꎬ形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网ꎬ实现省会城市高速铁路通达、区际之间高效便捷相连ꎮ然而高速铁路对铁路轨道的平稳性要求比较高ꎬ为了确保高速铁路运行安全ꎬ在日常运行过程中必须加强对铁路轨道的保养和维护ꎮＣＰⅢ精测网测量精度高、操作比较简单ꎬ因此在高速铁路养护中应用比较广泛ꎮ通过ＣＰⅢ精测网能够测量铁轨的具体位置的具体数

收稿日期:２０１８－０４－０３

值ꎬ并根据测量的数据进行调整ꎬ提高高速铁路轨道运行的安全性、准确性ꎬ减少轨道转换的偏差ꎮ

１　高速铁路定义和特点

１.１　高速铁路定义

高速铁路顾名思义就是铁路高速运行的铁路系统ꎬ世界上第一条高速铁路是日本１９６４年建设通车的日本新干线ꎬ当时铁路运行速度达到了２００ｋｍ/ｈꎬ这也成为高速铁路初期运行速度标准ꎮ随着科学技术的进步ꎬ火车运行的速度也在不断提高ꎮ各个国家对高速铁路的标准也有了不同的规定ꎮ国际铁路联盟将火车旧线路改造运行速度２００ｋｍ/ｈꎬ新建铁路运行速度为２５０—３００ｋｍ/ｈ的铁路列为高速铁路ꎮ日本将主要路段列车运行速度每小时超过２００ｋｍ铁路作为高速铁路ꎮ我国将新建铁路设计速度每小时超过２５０ｋｍ的动车组列车以及初期运行速度每

作者简介:樊　政(１９７１－)ꎬ男ꎬ江苏泰昌人ꎬ工程师ꎬ主要从事大地测量、工程测量等方面的工作ꎮ

第８期

樊　政:ＣＰⅢ精测网及轨检小车在高速铁路养护中的应用

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小时超过２００ｋｍ的客运专线铁路作为高速铁路ꎮ修量少等优点ꎮ无砟轨道的这种特性注定了高速铁路测量过程中的精密性和稳定性ꎮ高速铁路工程测量平面坐标一般采用的坐标体系ꎬ高铁线路轨道高程面对应变长投影ꎬ在设计的时候必须确保投影长度的变形值小于１０ｍｍ/ｋｍꎮ高程控制网、平面控制网按照施工测量阶段、施工测量目的分成勘测控制网、施工控制网和运维控制网等ꎮ为了确保测量的准确性ꎬ各个阶段测量结果必须保持一致性ꎮ根据高铁测量平面控制网布置原则ꎬ将控制网分成４级:框架平面控制网(ＣＰＯ)、基础控制网(ＣＰＩ)、线路平面控制网(ＣＰＩＩ)、铁路轨道控制网(ＣＰⅢ)ꎮ为了便于工作人员对数据的处理ꎬ高速铁路无砟轨道控制网测量前ꎬ一般将线路分成若干个长度不等的线路ꎬ然后对每一段进行测量ꎬ一般来说ＣＰⅢ控制网每一段的长度必须大于４ｋｍꎮ

１.２　高速铁路特点

２００ｋｍ/ｈ的电力动车车组分别按照Ｃ、Ｄ、Ｇ字母开头命名ꎬ车辆分ＣＲＨ和ＣＲ系列车型ꎮ与普通的铁路不同ꎬ高速铁路具有以下特点:第一ꎬ高速公路的铁轨使用的是无缝钢轨ꎬ每小时运行速度超过３００ｋｍ的铁路使用无砟轨道ꎬ这种铁路不需要铺设石子道床作为铺设ꎬ确保铁路运行平稳ꎮ第二ꎬ高速铁路有很多高架桥和隧道ꎮ和普通的铁路相比ꎬ高速铁路的弯道半径比较大ꎬ道岔灵活性好ꎬ可灵活扳动ꎮ第三ꎬ高速铁路运行对接触网的依赖非常大ꎮ高铁沿线上空假设了专门向电力机车供电的输电线路ꎬ机车上端的接触网为高铁列车输送电流ꎬ如果接触网停电或者接触网接触不良ꎬ则可能影响到输电线向机车供电ꎮ第四ꎬ高铁运行对信号控制系统要求比较高ꎮ由于高铁的运行速度非常快ꎬ为了确保高铁运行安全ꎬ对控制信号系统要求比较高ꎮ信号控制系统是整个高铁运行的核心系统ꎬ通过信号控制系统对整个高铁列车的进行检测调试ꎬ确保各个系统运行正常ꎮ

高速铁路线路统一设计运行速度ꎬ时速达到

３　ＣＰⅢ精测网在高速铁路养护中的应用

３.１　ＣＰⅢ精测网标准和要求

将ＣＰⅢ精测网应用在高速铁路轨道精调和养护中ꎬ通过ＣＰⅢ精测网测量的数据作为调整的依据ꎬ养护工作人员制定相应的精调计划和养护措施ꎬ从而确保高速铁路运行安全ꎮＣＰⅢ精调精测过程中各个相关的指标和要求见表１ꎮ

２　高速铁路精测系统

高速铁路无砟轨道是沥青和混凝土组成轨道结构ꎬ由于高速铁路运行速度快、运行比较平稳ꎬ所以铁路轨道必须具有平顺性高、钢度均匀、几何形位保持时间久、维

表１　ＣＰⅢ精调精测过程中各个相关的指标和要求

Ｔａｂ.１　ＶａｒｉｏｕｓｒｅｌａｔｅｄｉｎｄｉｃａｔｏｒｓａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎＣＰⅢｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｖｅｙｉｎｇ

精测网名称ＣＰⅢ精测网

测量距离误差范围

±１ｍｍ

角度测量误差范围三维互换性安装误差范围三维重复性安装误差固定范围

±１.８

±０.３ｍｍ

±０.３ｍｍ

几何角度测量误差±０.０１—０.０５ｍｍ

　　ＣＰⅢ精测网和传统的测量方法有很大的不同ꎬ传统的测量方法还是有很大的差异ꎬＣＰⅢ平面精测网采用自由站进行边角交会测量ꎬ测量距离只能单程观测ꎮ其次ꎬＣＰⅢ控制网测量仪器一般采用高精度、自动化程度比较高的电子测量仪器ꎮ平面测量常用的全站仪必须具有电子驱动、目标自定搜索和操作系统的功能ꎻ高程测量一般采用电子水准仪ꎮ

止位移ꎬ影响到控制点的测量精度ꎮＣＰⅢ控制点在沿线布置的时候ꎬ纵向间距一般在６０—７０ｍ之间ꎬ横向间距不能大于结构宽度ꎮ其次ꎬ要确保ＣＰⅢ精测网各个控制点的高度一致ꎬ一般控制点的高在设计轨道顶面以上３０ｍ的距离ꎮ

４　轨检小车在高速铁路养护中的应用

４.１　轨检小车

轨检小车是由ＣＰⅢ精测控制网、智能全站仪、倾角、轨距传感器以及专用测量软件构成ꎬ能够自动检测线路中线坐标、轨顶高程、轨道水平距离、高程等轨道静态参数ꎬ并在检测过程中自动记录相关参数的智能型轨道检测设备ꎮ根据高速铁路的轨道运行相关参数和要求ꎬ轨检小车的精度必须满足以下要求:轨距测量误差小于等于±０.５ｍｍꎻ超高测量误差小于等于±０.５ｍｍꎮ

通过无线通信系统ꎬ将全站仪和轨检小车的数据进行传输ꎬ然后配合ＣＰⅢ精测网测量计算出轨道中心的三维坐标Ｘ、Ｙ、Ｚꎬ然后计算出三维坐标之间的误差ꎬ误差范围小于等于±１ｍｍꎬ如果大于１ｍｍ则必须再次测量ꎬ直到

３.２　目标组件

　　高程测量杆、精密棱镜、预埋件、平面测量杆构成了ＣＰⅢ精测网点实际空间物理位置发射目标ꎮ在实际测量过程中ꎬＣＰⅢ的三维坐标点并不存在ꎬ而是一个虚拟的控制点ꎬ对应的位置时ＣＰⅢ目标组件棱镜的中心ꎮ为了确保ＣＰⅢ三维坐标点的位置准确性ꎬ所使用测量的棱镜必须具备相应的测量资质ꎬ棱镜的中支架一般采用抗腐蚀性强、耐磨的材料ꎬ并做好相应的保护措施ꎮ

３.３　埋设ＣＰⅢ控制点

地布置ＣＰⅢ控制点ꎮ如果控制点在桥梁的防撞墙上ꎬ布置控制点的时候必须用固定支架将控制点固定下来ꎬ防

　　在高铁沿线、轨道路基两侧接触网杆、桥梁防撞墙等

２１２

测绘与空间地理信息　

　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年

小于１ｍｍꎮ

４.２　平面位置和高程测量原理

通过棱镜确定ＣＰⅢ控制网的三维坐标以后ꎬ然后根据轨检小车的定向参数、几何参数、水平传感器的测量倾角和轨距ꎬ得到对应里程的实际测量平面位置和轨道高程ꎬ再测量的轨道平面高程和实际平面位置和设计的平面位置、高程进行比较ꎬ如果两者出现偏差ꎬ则必须对轨道进行调整ꎮ

４.３　轨检小车测量前准备工作

为了确保测量的精确性ꎬ在测量前要做好相应的准备工作ꎮ第一ꎬ在数据采集之前核输入并核对设计数据ꎬ比如平面曲线、轨距、竖曲线、控制点等等ꎻ第二ꎬ设置检查项目属性ꎬ比如平面位置、高程测控基准线ꎬ更好的指点工作人员进行测量工作ꎻ第三ꎬ缓和曲线类型并选择回旋曲线ꎻ第四ꎬ检查轨检小车相关参数是否符合检测的要求ꎬ检查全站仪各项参数是否正确ꎬ如果不正确需要对其进行调整ꎮ

４.４　数据采集要求

轨检小车测量过程中ꎬ系统会自动采集相关数据ꎬ这些采集数据是工作人员制定轨道养护工作的基础ꎬ所以ꎬ在测量过程中必须确保数据采集的正确性和准确性ꎬ更好的为铁路工作人员提供参考ꎮ因此轨检小车在数据采集过程中ꎬ做好以下准备工作ꎮ第一ꎬ复查ＣＰⅢ精测网的控制点坐标是否符合高铁设计运行要求ꎬ如果不符合要立即进行调整ꎻ第二ꎬ检查测量设备是否正常ꎬ比如螺杆调节器性是否正常运转ꎬ扳手操作是否正常ꎬ以免在实际测量过程中出现问题ꎬ影响到测量工作ꎻ第三ꎬ检查全站仪和轨检小车各项性能指标是否在正常范围ꎮ全站仪每天测量前都要检查全站仪的各项参数ꎬ并对其进行精调ꎬ测量过程中如果出现问题要及时检查ꎬ并进行校准ꎻ第四ꎬ测量过程中ꎬ棱镜必须对准全站仪ꎻ第五ꎬ采集数据时必须等轨检小车停稳以后再进行ꎬ以免影响到采集数据的准确性ꎮ遇到冰雪天气ꎬ必须停止作业ꎬ以免影响到测量的精度ꎮ

４.５　试调整

数据采集以后ꎬ高速铁路技术人员要对采集的数据进行分析ꎬ并根据现场采集的数据与轨检、动检、添乘仪等信息ꎬ确定数据采集的范围和养护计划ꎮ为了确保数据采集的正确性ꎬ数据采集执之前ꎬ必须进模拟调整ꎬ并再次检查数据的真实性和可靠性ꎮ按照“先整体、后局部ꎬ先轨向、后轨距ꎬ先高低、后水平”调整原则进行模拟调整ꎮ在调整过程中ꎬ必须严格遵守轨道调整要求ꎮ水平轨距的误差范围在±１ｍｍꎬ轨距误差范围在±１ｍｍ以内ꎬ轨向和ＣＰⅢ精测网的高低误差范围控制在±２ｍｍꎮ具体的偏差范围根据每一条高速铁路的运行要求设定ꎬ比如沪杭高铁的轨距控制范围在０.２—０.５ｍｍ之间ꎬ轨道水平距离误差<１ｍｍꎬ轨向误差<１ｍｍꎮ验算时如果发现调整量突然变大ꎬ要分析变大原因或者对现场重新测量ꎮ

４.６　现场精调

通过试调以后ꎬ用ＤＴＳ软件计算出扣件数量、垫板的数量和材料等ꎮ技术人员对这些材料的种类和数量进行核对ꎬ然后按照当天作业的计划ꎬ带上材料设备和工具ꎬ到现场调整ꎮ现场技术人员根据制定的调整计划ꎬ找到准确的更换扣件轨枕位置ꎬ然后标记处出起点和终点ꎬ并在轨枕头和内侧轨枕板上标记出平面控制网的调整方向ꎮ在现场标记用横线加箭头的方式标记调整起点和终点ꎬ轨枕一侧用数字标注调整量ꎬ用箭头符号标记改动的方向ꎬ高程用±符号表示抬高或者降低ꎮ标注调整量以后ꎬ工作人员还需要对现场进行复核ꎬ确定是否与实际情况复核ꎮ确定正确以后ꎬ才能现场拆换扣件ꎮ更换调整件的时候ꎬ需要辅助设备辅助作用ꎮ同一个钢轨替换扣件时ꎬ遇到直线地段先调整量正一侧ꎬ然后调整另外一侧ꎻ遇到曲线地段则先调整曲线内侧ꎬ然后再调整曲线外侧ꎮ平面作业时ꎬ将没有动道的前轨距和钢轨的调整量相加得到调整后轨距的数值ꎮ所有扣件更换以后ꎬ现场工作人员进行复核ꎬ并做好相应的记录和备案ꎬ为以后的轨检工作做好基础和备查ꎮ所有工作结束以后ꎬ工作人员还需要对现场进行清理ꎮ

５　结束语

中ꎬ能够确保高速铁路轨道的平稳性和顺滑性ＣＰⅢ精测网和轨检小车应用在高速铁路养护工作

ꎮ在测量和调整过程中ꎬ必须严格遵守操作要求ꎬ确保测量准确性ꎮ

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[编辑:张　曦]