高速铁路道岔板精调方法研究

李新增　郭新德

(铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津　300251)

1　坐标系

1.1　道岔板坐标系

高速铁路道岔板一般在板场预制完成。为了满足道岔板的制板及铺设精度，在道岔设计、制造及铺设时会使用不同的坐标系。

道岔板上孔位众多，一般包括扣件孔位、精调棱镜孔位、转折机位及板角点等。为了保证单块道岔板的制造精度，每个道岔板在设计时都定义了自己的坐标系统，各孔位均有自己的道岔板坐标系坐标。道岔板坐标系的定义方式如图1所示，一般以道岔板的某一角点做为道岔板坐标系的原点，纵向(延线路方向)为X轴，其垂直方向为Y轴。然后根据各孔位的坐标进行模板的设计并进行道岔板的生产。

图1　道岔板坐标系统

1.2　道岔坐标系

为了保证道岔的整体精度，在设计不同型号道岔时，设计单位又设计了一个相应的道岔坐标系，以保证整个道岔的统一性。一般是以岔前的第一块道岔板的第一个承轨台中心为原点，原点至岔尾方向构成坐标系纵轴(L轴)，垂直L往右为横轴(Q轴)。道岔板各孔位在道岔坐标系下又有一套坐标，表1所示是某组道岔的道岔坐标点。

表1　孔位等在道岔坐标系统下的坐标

1.3　道岔施工坐标系

道岔施工坐标系，即线路工程独立坐标系。

2　道岔坐标系与施工坐标系的转换

道岔板的精调：首先要做的就是把道岔坐标系转化为施工坐标系，再利用轨道基准点，将道岔板铺设到设计位置。

2.1　平面坐标的转化

在道岔设计时，设计专业给出道岔坐标系和施工坐标系之间的三个公共点，利用此三个公共点可完成由道岔坐标系向施工坐标系的转化。根据现场的大量实验，采用四参数坐标转换的结果相对精度较高，其转化方式如下

(1)

式(1)中，Δx、Δy为平移参数，α为旋转参数，K为缩放比例。

将cosα、sinα泰勒一阶展开，代入式(1)，列出误差方程

V=BX-L

(2)

若公共点的个数大于等于2，则可根据最小二乘原理，组成法方程，求解出Δx、Δy、α、K，即可将道岔坐标系转化为施工坐标系。

我单位基于上述原理，开发完成了道岔板坐标与施工坐标转换程序，得到广泛认可，并在我国某客运专线推广使用。

2.2　高程的转化

道岔板承轨台的高程可以从设计图纸上直接读出，理论数据计算时，可读取岔前和岔尾各一个高程点，并根据道岔的坡度及轨枕距离(一般为600 mm)，使用内插的方法计算每个棱镜点的理论高程值。

3　道岔板的精调方法

首先，将转化完后的道岔板棱镜孔位的施工坐标、轨道基准点坐标输入到道岔板精调系统内。精调时利用轨道基准点进行全站仪设站，并对道岔板棱镜孔位上的棱镜进行测量，根据测量值与理论值的差值进行道岔板的调整，直至将道岔板精调到位。

3.1　一组道岔板精调的整体顺序

第一：道岔板精调时，应先精调渡线道岔过渡区域的道岔板(宽板)，再由此向两边延伸，单开道岔要从岔尾处调起，依次向岔头方向调整，不得在调整过程中变换调整方向，这样会对道岔的整体平顺性产生影响。精调顺序如图2所示。

图2　道岔板精调顺序

第二：视距要保证在6～25 m范围内，即一站调整1～3块板。

第三：每次设站均须以上一块板为基准搭接(第一块除外)。

3.2　单个道岔板的精调顺序

第一：单块道岔板精调时要先调整4个角点的高程。将4个角点的高程精调到位，再检验棱镜孔位是否合格，棱镜孔位的相对较差应小于1 mm，否则就应将不合格的孔位剔除，以保证道岔板位置的准确。

第二：调整平面位置时，根据测得的各棱镜孔位实际坐标计算出道岔板的调整方向和调整量。如发现道岔板2个板边的调整方向相反时，应先将道岔板调整顺直，使2个板边的调整方向相同，调整量接近后再进行纵横向的调整。调整时精调人员一定要保持动作一致，以保证道岔板调整精度。

第三：对重量较小的道岔板尽量使用对角点调整方法。对重量较大的道岔板，不宜使用此方法，因为板的重量会使精调爪受损，应使用四角调整方法。

第四：在四个角点的高程及平面调整好后，再调整板中部(两侧中部精调爪或板内调高螺栓)高程。

第五：在所有的位置都调整完毕后，要进行一次完整测量，与上一块已精调完毕的道岔板进行搭接，完整测量时道岔板的纵、横向和高程以及与上一块板的搭接数值在±0.3 mm的范围内，道岔板中部高程在±0.5 mm范围内。

第六：对精调后的道岔板要加以保护，严禁踩踏。

3.3　道岔板与正线板的衔接

道岔板与正线板衔接时，一般采取以浇筑好道岔板为基准平顺正线板的方式进行。首先使用轨道基准点进行全站仪的设站，测量出与正线轨道板相邻道岔板的偏差，再根据偏差量调整正线轨道板。

4　灌注后道岔板平顺性分析方法

4.1　平面平顺性分析

使用CPⅢ控制网或轨道基准点对全站仪进行设站，测量出道岔板棱镜孔位在施工坐标系下(X，Y)的坐标，并且计算出实测坐标与理论坐标的差值(ΔX，

ΔY)。再根据施工坐标系与道岔坐标系的两个公共点计算出施工坐标系与道岔坐标系(L，Q坐标系)的夹角，如图3所示。

图3　施工坐标系与道岔坐标系旋转关系示意

设某一点施工坐标系中的偏差为(ΔX，ΔY)，根据施工坐标系与道岔坐标系的角度关系，将(ΔX，ΔY)在L向和Q向进行分解，即dq=ΔX1+ΔY1，纵向偏差为dl=ΔX2+ΔY2。计算所有测点的dq和dl的平均值，作为基准，则所有dq和dl与基准的差值即为各测点的偏差量，相邻测点偏差量的差值即为道岔板的平顺性。

4.2　高程平顺性分析

道岔板高程平顺性分析时，计算每个轨枕的高程实测值与理论值的偏差值，将所有偏差值取平均并作为基准，然后所有的偏差值与基准值的差值即为道岔板高程的偏差值，两个相邻点的偏差值之差即为道岔板高程的不平顺性。

5　结束语

通过京沪高铁、石武及津秦客专等各条高速铁路道岔板精调实践，总结经验如下：

(1)全站仪设站和后视棱镜安装使用的三角架的高度应进行校核，发现高度变化及时在精调中修正，避免对中杆磨损造成三角架高度的变化。

(2)道岔板精调到位以后，需立即安装下压装置，并且在大超高的地段还应加设横向固定装置，安装下压装置后需立即进行完测检查，对超限的棱镜点需重新进行调整。

(3)道岔板自密实混凝土浇筑前，对道岔板位置进行复测，确保所有测点均满足限差要求。

[1]中铁二院工程集团有限责任公司.高速铁路工程测量规范[M].北京：中国铁道出版社,2010

[2]武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础[M].北京：测绘出版社，1994

[3]李清岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1997

[4]周行泉.高速铁路高程控制测量复测数据分析[J].铁道勘察，2011(6)

[5]武瑞宏.高速铁路精密控制测量网有关问题探讨[J].铁道勘察，2011(5)

[6]石德斌.高速铁路施工高程控制网中存在问题的分析[J].铁道勘察，2004(3)