论文部分内容阅读
摘要：CRTSⅠ型板式无砟轨道精调是一项非常精细的工作，既是铁路前期建设工程质量的集中反映，又是铁路后期高速、安全运营的基础和保证。本文通过哈大客专CRTSⅠ型板式无砟轨道精调施工，对有关问题进行了探讨。
关键词：精调；CRTS I型板式无砟轨道
1.前言
1.1 工程概况
哈大客专某施工段全长12.5双线公里，其中路基9.558双线公里、桥梁2.964双线公里，无砟轨道类型为CRTSⅠ型板式无砟轨道，由60kg/m钢轨、WJ-7B型分开式扣件、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）、混凝土凸型挡台、混凝土底座及周围的填充树脂等组成。WJ-7型扣件最大特点是对轨道方向及轨距无级调整，但也因此带来了安装、调整的不便，增加了调整的工作量。
轨道精调分为静态调整与动态调整，本文主要探讨静态调整。
1.2 工艺原理
1.2.1无砟轨道施工前,应先完成CPIII施工精密控制网建立，待建网测设及平差完成后，再与外部的CPI/CPII高级控制网采用边连结方式构网，形成三角网，把外部坐标引入该网中。
1.2.2将水准基点的高程引入CPIII施工精密控制网，使每个网点具有X、Y、Z三维坐标。
1.2.3 采用轨检小车及其配套设备，利用已建立的CPIII施工精密控制网对已焊接完成的长钢轨进行轨道状态的数据采集。
1.2.4 将轨检小车采集的轨道数据导入长钢轨精调软件系统，利用系统软件对轨道数据进行分析，然后根据分析结果对不合格处的数据进行优化调整，并形成调整量表。
1.2.5 根据调整量表，对钢轨的几何状态逐一进行调整。
1.2.6 按照以上方法对轨道反复进行调整，直到满足要求为止。
2.主要的特点
为保障高速列车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性。高速铁路轨道的高平顺性主要体现在：
(1)钢轨的原始平直度公差要小；
(2)焊缝的几何尺寸公差要小；
(3)道岔区不能有接头轨缝、有害空间等不平顺；
(4)高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值要小；
(5)敏感波长和周期性不平顺的幅值要小；
(6)轨道不平顺各种波长的功率谱密度值都要小。
3.施工方法
采用轨检小车与其配套的全站仪，利用已建立好的CPⅢ测量控制网，对轨道数据进行采集，然后运用长钢轨精调软件对采集的轨道数据进行优化分析并进行适当的调整，形成调整量表，再按照调整量表对钢轨的高程与平面以及平顺性、轨距逐一进行调整。第一遍调整完后，再按照第一遍的方法采集数据、对数据进行分析，然后调整轨道。如此循环，直到轨道的几何状态满足设计与规范要求为止。
4.工艺流程及操作要点
4.1 施工工艺流程（见图1）
4.2 操作要点图1：钢轨精调作业流程图
4.2.1 扣件安装
轨道板扣件的安装方法主要有弦线法与定位销法两种，直线地段通常采用弦线法，曲线地段通常采用定位销法。
弦线法就是通过全站仪放样铁垫板位置，每30m放样一个点，放线点位置为铁垫板挡肩内侧，中间通过弦线定位铁垫板的方法。（见图2）
定位销法：用定位销进行定位，一端紧固后然后再紧另一端的方法。（见图3）
图2 图3
结合现场实际情况，根据上述方法进行现场扣件安装，在安装铁垫板时注意箭头朝向线路中心，保证轨低坡方向，如安装方向错误，造成钢轨扭曲，静态检测难以发现，动态检查造成动力学指标超标，改正困难。
4.2.2 钢轨铺设
用运轨列车将焊接成型的钢轨从轨枕厂运至施工现场，然后用铺轨车进行轨道的铺设施
工，最后进行现场焊接、应力放散、钢轨锁定。
4.2.3 CPⅢ控制网的建立与复测
1 CPⅢ控制点的设立
CPⅢ控制点的纵向间距大致按50-60m
控制（特殊地段不得超过80m）,成对布设于桥梁、隧道及路基两侧稳固结实的基座上，通常桥梁上设置于两侧的防撞墙上，路基上设置于接触网基础上。
2 CPⅢ控制网的测设与复测
1） 使用带目标自动搜索功能的现代化全站仪Trimble S6/S8（平面测量）， 对CPⅢ精密控制网的平面坐标进行观测，其测量结果精度满足要求：
· 角度：±1″
· 距离：±1mm+1ppm
2） CPⅢ精密控制网的高程测量采用电子水准仪Trimble DiNi03（高程测量），进行测量，并满足精度要求：
· 每公里往返测量中误差：0.3mm/km
· 观测距离：1.5m—100m
3） 在进行轨道精调施工前，先对管段内的所有CPⅢ的坐标与高程进行复测，合格后方可进行轨道精调施工。
4.2.4 轨枕板编号的建立
在进行轨道精调之前，为了准确记录并保证测量结果与所测承轨台的一一对应，从而系统管理轨道的几何数据，首先就要对全管段的承轨台创建统一的编号系统。
全线采用“CPⅢ点编号+承轨台编号”的方式对每排承轨台逐一进行编号，相对CPⅢ点沿里程增加方向最近的承轨台作为该区间的第1个承轨台，编号为001，其余以此类推…, 直到下一个CPⅢ为止，现场间隔10个承轨台进行编号 。如0108309045，表示左线里程为DK108，第9个CPⅢ区间的第45个承轨台；0108310045，表示右线里程为DK108，第10个CPⅢ区间的第45个承轨台。
4.2.5 仪器设备及人员准备
在进行轨道精调之前需要配备的仪器与设备主要有：测量轨道数据所使用的全站仪、轨检小车及其配套使用的棱镜球等，轨道状态调整所使用的轨距尺、扳手、发电机以及需用的各种型号的调高垫板。对所配备的全站仪、轨检小车等仪器应进行检校，还应检查钢轨扣件的安装状态及完好性，纠正安装不正的扣件，更换或补充缺损件，精调前必须先用内燃螺栓扳手完成对钢轨扣件的复紧，保证其测量数据真实性。
在进行轨道精调之前需要组建精调队伍，并且要对其进行技术培训，使之全面掌握轨道精调的工艺、程序和标准。
4.2.6 基本轨的确定原则
在钢轨精调过程中，无论是平面调整还是高程调整，均先确定好一股钢轨作为基本轨，平面按照“先轨向，后轨距”的原则，高程按照“先高低，后水平”的原则进行调整。基本轨定义如下：
在曲线段，轨道高股为轨向数据的基本轨，低轨为高低数据的基本轨；
在直线段，以前方曲线的高股为轨向基本轨，低轨为高低数据的基本轨；当直线段前方无曲线或出现里程断链时，以直线段其后方曲线的高、低股判断轨向及高低的基本轨。
4.2.7 轨道数据采集
将全站仪安置在需要测量线路中心附近的轨枕上并整平,采用其轨道测量系统，测量原理为自由设站原理。
在连续的8个（线路每侧4个，仪器大小里程各用4个即可）CPIII网点上安装专用棱镜。启动全站仪进行观测并设站。
将测量小车安置在测段起点，输入测段起、始点设計坐标、里程（如测段在曲线上则输入曲线要素点及半径、设计超高值）及设计高程和测段坡度。
启动测量系统即可对测段进行测量。测量系统可记录并显示各测点里程、高程差、方向差、左右股钢轨高差及轨距误差。测点间距可根据需要设定。测量小车每到一个测点即停车对位，启动系统进行一次观测。
一次设站测量长度不应大于60m，连续测量不少于300m，全站仪搬站测量时，前后两次测量搭接长度不少于10m。
4.2.8 测量数据分析及调整量计算
1 分析数据，确定调整区段。根据测量数据，对轨道精度和线型分区段进行综合分析评价，确定需要调整的区段。（见图4）
2 计算调整量。采用轨道小车配套软件进行调整量计算，将轨道各项几何尺寸全部调整到允许范围之内，并对轨道线型进行优化。
3 形成调整量表。对计算的调整量进行核对优化后形成正式“调整量表”，用于现场调整。
在进行轨道数据分析处理时，应按照“先轨向，后轨距”，“先高低，后水平”，“先整体，后局部”的原则进行调整。
安博格 GRP1000S轨道精调软件分析图图4
4.2.9 轨道调整
1 标识
根据“调整量表”，结合现场承轨台编号，即可进行现场标识。
现场标识应在每个承轨台和钢轨上进行（需调整的），在每个承轨台对应钢轨的顶面用数字标注高程调整量，同时用正负标明降低或抬高；在每个承轨台对应处的钢轨侧面用数字标出平面位置调整量，并用箭头标明调整方向。
为了掌握平面位置的是否调整到位，在进行平面位置调整之前，应先用道尺测量出基本轨与非基本轨的轨距，并标识在相应的承轨台处，以便检查、核对。
根据各承轨台处钢轨面上标识的数据，准确的计算出使用垫板的型号和数量，按顺序放置于相应的承轨台处。
2 轨道调整
现场按照“先高低，后水平；先方向，后轨距”的原则进行精调施工。每个作业面为提高工作效率宜分为两个调整小组，一组高程，一组轨向。
高程调整时，不能同时松开两股钢轨的扣件，应先固定一根钢轨作为参照，松开另外一根。每次松开扣件数量不得连续超过10个扣件。当钢轨高低位置为正调整时，可采用轨下调高垫板进行调整。采用轨下调高垫板进行调整时，先松开弹条，取出绝缘块，提升钢轨，在轨下垫板和铁垫板间垫入所需厚度的轨下调高垫板（轨下调高垫板的型号分别为0.5mm、1mm、2mm、 5mm 、8mm ），钢轨落下后再用可控制扭矩的内燃扳手拧紧螺母，其扭矩控制在120N.m，使弹条安装到位。轨下垫板总厚度不得超过10mm，数量不得超过2块，并把最薄的调高垫板放在底层，以防轨下调高垫板窜出。(当调高量需0.5mm级别时，可紧贴铁垫板承轨面加0.5mm厚的轨下调高垫板，数量可为3块。)
当钢轨高低位置为负调整时，应先安装轨下调高垫板并将T型螺栓安装到位，再卸下锚固螺栓，提升钢轨，将铁垫板下6mm厚的绝缘缓冲垫板更换为2mm厚的绝缘缓冲垫板，钢轨复位后检查轨向和轨距，必要时进行调整，确认合适后用电动扳手拧紧锚固螺栓, 然后用测力扳手检查扭矩是否达到300～350N.m。
进行轨向调整时，在松开扣件之前应先用电子道尺检查轨距相对关系并进行标识，确定调整后的数据，用以检查调整是否到位。然后松开锚固螺栓，连续松开数量不大于5个承轨台，按照调整方向及调整量用撬棍横向移动铁垫板，使轨向达到要求。当铁垫板横向移动受到平垫块卡阻时应将平垫块掉头使用。
基准轨调完之后，根据电子道尺或轨检小车数据用相同的方法调整另外一根钢轨的水平及轨距，重复以上的精调作业步骤，直至满足轨道几何状态静态检测精度及允许偏差的要求。
3 轨道复检
静态调整完成后,应采用轨检小车及时对轨道进行复测。复测前,对调整区段的扣件、垫板进行全面检查,确认安装正确,扣压力达到设计标准。对调整区段采用轨检小车进行逐根轨枕连续测量,测量数据经监理确认后存档备查。复测数据不满足精度要求的地段应重新调整。
5.结束语
通过哈大铁路客运专线修建，成功的解决了CRTS I型板式无砟轨道轨道精调施工问题，施工过程中通过CPⅢ测量及轨检小车及长轨精调软件等新技术、新工藝、新设备的应用，取得了较好的效果，各项技术指标满足设计及规范要求，为无砟轨道的高平顺性施工奠定了良好的基础，并取得了良好的社会和经济效益，同时为我国高速铁路及客运专线铁路的高速发展积累了宝贵的经验。
参考文献(References)：
【1】高速铁路工程测量规范 TB10601-2009中国铁道出版社,2010.4版.
【2】高速铁路无砟轨道施工精调作业指南 铁建设函[2009]674号中国铁道出版社,2009.6版.
【3】客运专线铁路工程静态验收指导意见 铁建设[2009]183号中国铁道出版社,2010.6版
【4】客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准铁建设[2007]85号
中国铁道出版社,2007.5版
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：精调；CRTS I型板式无砟轨道
1.前言
1.1 工程概况
哈大客专某施工段全长12.5双线公里，其中路基9.558双线公里、桥梁2.964双线公里，无砟轨道类型为CRTSⅠ型板式无砟轨道，由60kg/m钢轨、WJ-7B型分开式扣件、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）、混凝土凸型挡台、混凝土底座及周围的填充树脂等组成。WJ-7型扣件最大特点是对轨道方向及轨距无级调整，但也因此带来了安装、调整的不便，增加了调整的工作量。
轨道精调分为静态调整与动态调整，本文主要探讨静态调整。
1.2 工艺原理
1.2.1无砟轨道施工前,应先完成CPIII施工精密控制网建立，待建网测设及平差完成后，再与外部的CPI/CPII高级控制网采用边连结方式构网，形成三角网，把外部坐标引入该网中。
1.2.2将水准基点的高程引入CPIII施工精密控制网，使每个网点具有X、Y、Z三维坐标。
1.2.3 采用轨检小车及其配套设备，利用已建立的CPIII施工精密控制网对已焊接完成的长钢轨进行轨道状态的数据采集。
1.2.4 将轨检小车采集的轨道数据导入长钢轨精调软件系统，利用系统软件对轨道数据进行分析，然后根据分析结果对不合格处的数据进行优化调整，并形成调整量表。
1.2.5 根据调整量表，对钢轨的几何状态逐一进行调整。
1.2.6 按照以上方法对轨道反复进行调整，直到满足要求为止。
2.主要的特点
为保障高速列车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性。高速铁路轨道的高平顺性主要体现在：
(1)钢轨的原始平直度公差要小；
(2)焊缝的几何尺寸公差要小；
(3)道岔区不能有接头轨缝、有害空间等不平顺；
(4)高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值要小；
(5)敏感波长和周期性不平顺的幅值要小；
(6)轨道不平顺各种波长的功率谱密度值都要小。
3.施工方法
采用轨检小车与其配套的全站仪，利用已建立好的CPⅢ测量控制网，对轨道数据进行采集，然后运用长钢轨精调软件对采集的轨道数据进行优化分析并进行适当的调整，形成调整量表，再按照调整量表对钢轨的高程与平面以及平顺性、轨距逐一进行调整。第一遍调整完后，再按照第一遍的方法采集数据、对数据进行分析，然后调整轨道。如此循环，直到轨道的几何状态满足设计与规范要求为止。
4.工艺流程及操作要点
4.1 施工工艺流程（见图1）
4.2 操作要点图1：钢轨精调作业流程图
4.2.1 扣件安装
轨道板扣件的安装方法主要有弦线法与定位销法两种，直线地段通常采用弦线法，曲线地段通常采用定位销法。
弦线法就是通过全站仪放样铁垫板位置，每30m放样一个点，放线点位置为铁垫板挡肩内侧，中间通过弦线定位铁垫板的方法。（见图2）
定位销法：用定位销进行定位，一端紧固后然后再紧另一端的方法。（见图3）
图2 图3
结合现场实际情况，根据上述方法进行现场扣件安装，在安装铁垫板时注意箭头朝向线路中心，保证轨低坡方向，如安装方向错误，造成钢轨扭曲，静态检测难以发现，动态检查造成动力学指标超标，改正困难。
4.2.2 钢轨铺设
用运轨列车将焊接成型的钢轨从轨枕厂运至施工现场，然后用铺轨车进行轨道的铺设施
工，最后进行现场焊接、应力放散、钢轨锁定。
4.2.3 CPⅢ控制网的建立与复测
1 CPⅢ控制点的设立
CPⅢ控制点的纵向间距大致按50-60m
控制（特殊地段不得超过80m）,成对布设于桥梁、隧道及路基两侧稳固结实的基座上，通常桥梁上设置于两侧的防撞墙上，路基上设置于接触网基础上。
2 CPⅢ控制网的测设与复测
1） 使用带目标自动搜索功能的现代化全站仪Trimble S6/S8（平面测量）， 对CPⅢ精密控制网的平面坐标进行观测，其测量结果精度满足要求：
· 角度：±1″
· 距离：±1mm+1ppm
2） CPⅢ精密控制网的高程测量采用电子水准仪Trimble DiNi03（高程测量），进行测量，并满足精度要求：
· 每公里往返测量中误差：0.3mm/km
· 观测距离：1.5m—100m
3） 在进行轨道精调施工前，先对管段内的所有CPⅢ的坐标与高程进行复测，合格后方可进行轨道精调施工。
4.2.4 轨枕板编号的建立
在进行轨道精调之前，为了准确记录并保证测量结果与所测承轨台的一一对应，从而系统管理轨道的几何数据，首先就要对全管段的承轨台创建统一的编号系统。
全线采用“CPⅢ点编号+承轨台编号”的方式对每排承轨台逐一进行编号，相对CPⅢ点沿里程增加方向最近的承轨台作为该区间的第1个承轨台，编号为001，其余以此类推…, 直到下一个CPⅢ为止，现场间隔10个承轨台进行编号 。如0108309045，表示左线里程为DK108，第9个CPⅢ区间的第45个承轨台；0108310045，表示右线里程为DK108，第10个CPⅢ区间的第45个承轨台。
4.2.5 仪器设备及人员准备
在进行轨道精调之前需要配备的仪器与设备主要有：测量轨道数据所使用的全站仪、轨检小车及其配套使用的棱镜球等，轨道状态调整所使用的轨距尺、扳手、发电机以及需用的各种型号的调高垫板。对所配备的全站仪、轨检小车等仪器应进行检校，还应检查钢轨扣件的安装状态及完好性，纠正安装不正的扣件，更换或补充缺损件，精调前必须先用内燃螺栓扳手完成对钢轨扣件的复紧，保证其测量数据真实性。
在进行轨道精调之前需要组建精调队伍，并且要对其进行技术培训，使之全面掌握轨道精调的工艺、程序和标准。
4.2.6 基本轨的确定原则
在钢轨精调过程中，无论是平面调整还是高程调整，均先确定好一股钢轨作为基本轨，平面按照“先轨向，后轨距”的原则，高程按照“先高低，后水平”的原则进行调整。基本轨定义如下：
在曲线段，轨道高股为轨向数据的基本轨，低轨为高低数据的基本轨；
在直线段，以前方曲线的高股为轨向基本轨，低轨为高低数据的基本轨；当直线段前方无曲线或出现里程断链时，以直线段其后方曲线的高、低股判断轨向及高低的基本轨。
4.2.7 轨道数据采集
将全站仪安置在需要测量线路中心附近的轨枕上并整平,采用其轨道测量系统，测量原理为自由设站原理。
在连续的8个（线路每侧4个，仪器大小里程各用4个即可）CPIII网点上安装专用棱镜。启动全站仪进行观测并设站。
将测量小车安置在测段起点，输入测段起、始点设計坐标、里程（如测段在曲线上则输入曲线要素点及半径、设计超高值）及设计高程和测段坡度。
启动测量系统即可对测段进行测量。测量系统可记录并显示各测点里程、高程差、方向差、左右股钢轨高差及轨距误差。测点间距可根据需要设定。测量小车每到一个测点即停车对位，启动系统进行一次观测。
一次设站测量长度不应大于60m，连续测量不少于300m，全站仪搬站测量时，前后两次测量搭接长度不少于10m。
4.2.8 测量数据分析及调整量计算
1 分析数据，确定调整区段。根据测量数据，对轨道精度和线型分区段进行综合分析评价，确定需要调整的区段。（见图4）
2 计算调整量。采用轨道小车配套软件进行调整量计算，将轨道各项几何尺寸全部调整到允许范围之内，并对轨道线型进行优化。
3 形成调整量表。对计算的调整量进行核对优化后形成正式“调整量表”，用于现场调整。
在进行轨道数据分析处理时，应按照“先轨向，后轨距”，“先高低，后水平”，“先整体，后局部”的原则进行调整。
安博格 GRP1000S轨道精调软件分析图图4
4.2.9 轨道调整
1 标识
根据“调整量表”，结合现场承轨台编号，即可进行现场标识。
现场标识应在每个承轨台和钢轨上进行（需调整的），在每个承轨台对应钢轨的顶面用数字标注高程调整量，同时用正负标明降低或抬高；在每个承轨台对应处的钢轨侧面用数字标出平面位置调整量，并用箭头标明调整方向。
为了掌握平面位置的是否调整到位，在进行平面位置调整之前，应先用道尺测量出基本轨与非基本轨的轨距，并标识在相应的承轨台处，以便检查、核对。
根据各承轨台处钢轨面上标识的数据，准确的计算出使用垫板的型号和数量，按顺序放置于相应的承轨台处。
2 轨道调整
现场按照“先高低，后水平；先方向，后轨距”的原则进行精调施工。每个作业面为提高工作效率宜分为两个调整小组，一组高程，一组轨向。
高程调整时，不能同时松开两股钢轨的扣件，应先固定一根钢轨作为参照，松开另外一根。每次松开扣件数量不得连续超过10个扣件。当钢轨高低位置为正调整时，可采用轨下调高垫板进行调整。采用轨下调高垫板进行调整时，先松开弹条，取出绝缘块，提升钢轨，在轨下垫板和铁垫板间垫入所需厚度的轨下调高垫板（轨下调高垫板的型号分别为0.5mm、1mm、2mm、 5mm 、8mm ），钢轨落下后再用可控制扭矩的内燃扳手拧紧螺母，其扭矩控制在120N.m，使弹条安装到位。轨下垫板总厚度不得超过10mm，数量不得超过2块，并把最薄的调高垫板放在底层，以防轨下调高垫板窜出。(当调高量需0.5mm级别时，可紧贴铁垫板承轨面加0.5mm厚的轨下调高垫板，数量可为3块。)
当钢轨高低位置为负调整时，应先安装轨下调高垫板并将T型螺栓安装到位，再卸下锚固螺栓，提升钢轨，将铁垫板下6mm厚的绝缘缓冲垫板更换为2mm厚的绝缘缓冲垫板，钢轨复位后检查轨向和轨距，必要时进行调整，确认合适后用电动扳手拧紧锚固螺栓, 然后用测力扳手检查扭矩是否达到300～350N.m。
进行轨向调整时，在松开扣件之前应先用电子道尺检查轨距相对关系并进行标识，确定调整后的数据，用以检查调整是否到位。然后松开锚固螺栓，连续松开数量不大于5个承轨台，按照调整方向及调整量用撬棍横向移动铁垫板，使轨向达到要求。当铁垫板横向移动受到平垫块卡阻时应将平垫块掉头使用。
基准轨调完之后，根据电子道尺或轨检小车数据用相同的方法调整另外一根钢轨的水平及轨距，重复以上的精调作业步骤，直至满足轨道几何状态静态检测精度及允许偏差的要求。
3 轨道复检
静态调整完成后,应采用轨检小车及时对轨道进行复测。复测前,对调整区段的扣件、垫板进行全面检查,确认安装正确,扣压力达到设计标准。对调整区段采用轨检小车进行逐根轨枕连续测量,测量数据经监理确认后存档备查。复测数据不满足精度要求的地段应重新调整。
5.结束语
通过哈大铁路客运专线修建，成功的解决了CRTS I型板式无砟轨道轨道精调施工问题，施工过程中通过CPⅢ测量及轨检小车及长轨精调软件等新技术、新工藝、新设备的应用，取得了较好的效果，各项技术指标满足设计及规范要求，为无砟轨道的高平顺性施工奠定了良好的基础，并取得了良好的社会和经济效益，同时为我国高速铁路及客运专线铁路的高速发展积累了宝贵的经验。
参考文献(References)：
【1】高速铁路工程测量规范 TB10601-2009中国铁道出版社,2010.4版.
【2】高速铁路无砟轨道施工精调作业指南 铁建设函[2009]674号中国铁道出版社,2009.6版.
【3】客运专线铁路工程静态验收指导意见 铁建设[2009]183号中国铁道出版社,2010.6版
【4】客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准铁建设[2007]85号
中国铁道出版社,2007.5版
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。