浅谈使用电子水准仪检测承轨台高程

李良斌

中冶（贵州）建设投资发展有限公司 贵州 贵阳 550000

近年来，随着我国《中长期铁路网规划》的逐步落实，高速铁路的发展进入到一个高质量快速发展期。鉴于国外相关成功经验，目前我国高速铁路和客运专线轨道形式主要为无砟轨道。CRTSIII型板式无砟轨道结构作为我国自主研发的具有完全自主知识产权的一种创新型无砟轨道技术成果，得到了业界高度认可及重视。其结构、设计、建造技术均不同于已有的其他轨道[1]。改变传统限位凸台和定位锥限位方式，通过扩展板下填充材料形成整体较好的复合结构。施工中的关键施工技术为：根据工程类型，选用外形一样的纵联板和单元板，承轨台设有挡肩。为实现轨道板承轨台位置与平面设计线形和竖面设计线形的空间匹配，可参用承轨台高程测量完成线路轨道板定位精调，从而保证了轨道空间几何线形的高平顺性、高稳定性、高舒适度。此外，凝土之间使用自密实混凝土来进行灌注固定。在自密实混凝土灌注施工后，虽然精调软件可以对灌注好的轨道板进行纵向、横向、及高程偏差进行检测，但由于受现有软件设计（目前轨道板检板软件只能检测轨道板两端的各2个承轨台）以及全站仪精度所限，无法得到每一个承轨台的精确高程，但为确保下道工序――长轨精调的施工质量，达到少换扣件、节约成本、降低工程投资、提高经济效益的目的，我们又急需掌握这一重要数据。

综上所述，使用电子水准仪检测承轨台高程是不可或缺的。本文紧密结合现场工程实例，探索出使用电子水准仪测量承轨台高程，并结合Excel、CAD软件将测量数据转化为CAD图形的方法。该方法具有：测量精度高、速度快、图形直观形象、查找问题迅速准确、方便领导动态掌控等优点，且在郑徐客专施工过程取得了不错的效果。

1 工程概况

新建郑州至徐州铁路客运专线ZXZQ05标段起于河南省商丘市民权县史铺村，终止于商丘市谢集车站西侧。起止里程DK144+745.410～DK171+888.285（含该墩），标段正线全长27.143 km。测区中央子午线经度位于115°00′00″-115°30′00″之间，投影面大地高为30-40 m。采用CRTSIII型板式无砟轨道结构，该轨道系统主要由196 mm底座+4 mm隔离层土工布+90 mm自密实混凝土+200 mm轨道板+38 mm承轨台+34mmWJ-8B扣件+176 mm钢轨组成。

2 使用电子水准仪检测承轨台的必要性

高速铁路承轨台高程限差大小直接影响长钢轨精调的效率，精确地计算出轨道板实际的空间姿态是保证轨道平顺度的必要条件。CRTSIII型板式无砟轨道精调就是把轨道板逐一调整到线路设计的理论位置，再通过自密实混凝土来实现轨道板与底座的复合式连接。而施工现场往往存在施工偏差引起的里程偏差，这些施工偏差在路基与隧道段可进行一定程度的调整，但桥梁段由于其结构和施工的特殊性而无法进行调整这些偏差。这使得原本已设计好的布板方案需要根据桥梁段的实际施工情况来进行调整并重新计算轨道板施工定位点的设计坐标，在布板调整完成后才能保证CRTSIII型板式无砟轨道施工定位的顺利进行，浪费大量人力物力。此外在现场测量设备方面，在轨道板精调作业流程中，主要采用全站仪和精调测量标架相配合方式检测承轨台差值，步骤繁琐，施工过程中往往无法真正实施。为满足高速铁路“高速度、高平顺性”的要求和客运专线高速铁路高精度测量要求，需要使用精度高和自动化程度高的测量仪器设备。

3 具体操作步骤

3.1 电子水准仪测量承轨台高程

使用电子水准仪测量承轨台高程可采用普通电子水准测量方式进行，但需注意以下几点：

（1）电子水准仪预热

为确保测量精度，观测前30min将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温一致；并进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的[2]。

（2）适配器的使用

在后视观测时铟瓦尺不加设适配器，测量承轨台时再在尺底加设适配器，这样做即可以在后视时使铟瓦尺方便放置在水准球的最高点，又能准确测量到承轨台的点位高程，计算时只需把测量得数据减去适配器高度即可[3]。

（3）测量数值编号

此项为数据处理过程中关键的一个步骤，也是能够正确进行测量数据处理的先决条件。为使在测量数据导入Excel后方便排序，在测量时将测量数值统一使用7位阿拉伯数字编号,采用“钢轨号+桥跨号+板号+承轨台号”。例如编号1161011代表第161跨第1列钢轨下第1块板第1个承轨台（见图1）。将“钢轨编号”放到首位，一方面方便在Excel中排序，另外也使得绘制CAD图形时能够将同一钢轨下的承轨台生成一条线形。在此特别提醒要重视编号格式，否则会给后期Excel数据处理增添不必要的麻烦。

图1 编号命名

3.2 测量数据在excel中的处理（见表1）

表2 承轨台测点及测点编号信息

（1）首先把电子水准仪内存卡中的.dat文件导入电脑中，选取承轨台编号及高程列复制到打开的Excel中，将列分别命名为：承轨台编号、承轨台高程[4]。

（2）将以上数据按照承轨台编号进行排序。

（3）在Excel中新建3列，分别为：承轨台间距、绘图二维坐标、绘图点位、编号。

（4）把承轨台间距数值（由设计图纸算出）输入“承轨台间距”列，并将其数值除以1000（用合适比例绘图利于图形显示高程变化），用连接符把“高程”和“承轨台间距”列连接成二维坐标。

（5）用CAD圆环命令“donut”连接“高程”、“ 承轨台间距”、“承轨台编号”，以便在CAD中生成承轨台测点及测点编号。

该命令全部内容为:

IF(OR(A2=FALSE,C2=FALSE,J2=FALSE),"","_donut00.00 02"&ROUND(H2,3)&","&ROUND(Q2,5)& " "&" -text j ML "&R OUND((H2+0.0001),3)&","&ROUND(Q2-0.0002,5)&" 0.0001 0"& A2)，公式意思是：如果a或c或j列为FALSE则返回空格，否则以0为圆环内径，以0.0002为圆环外径，以h(取3位小数)为x坐标,以q(取5位小数)为y坐标画圆环，并且连接单元格j（位置以h+0.0001为x坐标，以q-0.002为y坐标，字体高度为0.0001，旋转角度为0。

此命令为自动生成CAD图形关键一步。

3.3 测量数据在CAD中的处理(见图2)

图2 承轨台高程变化曲线图

打开CAD，用多段线命令将“二维坐标”列粘贴入命令栏内生成承轨台高程变化曲线，将“点名标识”列粘贴入命令栏生成承轨台点位及点位编号，操作后即可自动生成如下图形。

至此，我们就得到了想要的承轨台点连线CAD图形，由图我们可以清晰看出承轨台高程的平顺性情况，也可以一眼发现哪个承轨台高程出现突变，并能轻松量取该点变化量的大小。

将图2局部放大后我们能够查看每个承轨台的具体情况，如图3所示：我们可以看出161跨第一、第二块轨道板中间均出现了上拱现象，第一块板的最高点为第5号承轨台处，第二块板的最高点为第5号承轨台处，两块板间搭接基本平顺。在CAD图形中我们还可以量取到其具体数值。

图3 承轨台局部放大图

4 结论

目前郑徐高铁施工已进入轨道精度阶段，通过轨检小车测量所得数据，与前期电子水准仪检测承轨台高程数据进行对比，二者具有较好的吻合性。我们探索的综合使用电子水准仪、Excel和CAD软件生成承轨台波形图技术，既弥补了前期轨道板精调软件检板功能的不足，又具有后期轨检小车所不具备的简便灵活性、超前及时性，利用这一技术实现了轨道板精调施工和承轨台精准检测的同步，使得轨道板精调结果能够得到及时反馈。