軌檢小車(chē)測(cè)量原理

1、軌檢小車(chē)測(cè)量原理技術(shù)規(guī)格 軌道的任務(wù)是確保列車(chē)按規(guī)定的速度安全平穩(wěn)不間斷運(yùn)行，因此軌道幾何狀態(tài)亦應(yīng)保持與列車(chē)運(yùn)行相匹配的規(guī)定狀態(tài)。隨著客運(yùn)專(zhuān)線等高速線路的建設(shè)，列車(chē)速度將大幅提高，對(duì)軌道幾何形位標(biāo)準(zhǔn)要求也是越來(lái)越高，故而采取動(dòng)態(tài)檢測(cè)的周期也越來(lái)越短，但靜態(tài)檢測(cè)還不能完全由動(dòng)態(tài)檢測(cè)來(lái)替代，因?yàn)殪o態(tài)檢測(cè)可隨時(shí)，測(cè)量軌道的幾何形位，指導(dǎo)施工和維修作業(yè)。列車(chē)運(yùn)行速度越高，軌道幾何形位允許偏差越小，傳統(tǒng)的軌道檢測(cè)工具，例如道尺等已不能滿(mǎn)足量測(cè)精度要求，使用軌檢小車(chē)測(cè)量軌道幾何形位勢(shì)在必行，這也是鐵路檢測(cè)工具現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。使用設(shè)備儀器軌道檢測(cè)小車(chē)是一種檢測(cè)靜態(tài)軌道不平順的便捷工具。它采用電測(cè)傳感器

2、、專(zhuān)用便攜式計(jì)算機(jī)等先進(jìn)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，可檢測(cè)高低、水平、扭曲、軌向等軌道不平順參數(shù)。國(guó)外鐵路在動(dòng)靜態(tài)不平順差異較小的高平順線路、無(wú)碴軌道線路，以及在新線施工中，整道、檢查鋪設(shè)精度、驗(yàn)收作業(yè)質(zhì)量時(shí)，廣泛應(yīng)用軌道檢測(cè)小車(chē)。GRP1000測(cè)量系統(tǒng)主要由手推式軌檢小車(chē)和分析軟件包兩大部分組成。即可單獨(dú)測(cè)量軌道水平，軌距等相對(duì)結(jié)合參數(shù)，也可配合LEICA TPS全站儀來(lái)實(shí)現(xiàn)平面位置和高程的絕對(duì)定位測(cè)量，上述絕對(duì)定位測(cè)量通過(guò)全站儀的自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)功能以及與GRP1000之間持續(xù)無(wú)線電通訊來(lái)完成。測(cè)量外業(yè)完成后，系統(tǒng)能產(chǎn)生軌道幾何測(cè)量的綜合報(bào)表。用戶(hù)可根據(jù)需要定義報(bào)表的輸出界面，選擇性的輸出軌道位置、軌

3、距、水平、軌向（短波和長(zhǎng)波）、高低（短波和長(zhǎng)波）等幾何參數(shù)。GRP1000在德國(guó)高鐵竣工測(cè)量、西班牙高鐵無(wú)碴軌道施工、京津城際軌道第三方檢測(cè)及武廣客運(yùn)專(zhuān)線施工中得到了很好的應(yīng)用。 Leica TCRP 1201全站儀 Amberg GRP 1000SGRP1000軌道測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理GRP1000軌檢小車(chē)精度如下：項(xiàng) 目精 度里程光電記數(shù)器測(cè)量方式測(cè)量誤差< 0.5%里程分辨率±5mm 軌距（mm） 1435 軌距傳感器量程 -25mm+65mm 軌距傳感器精度 ±0.3mm 水平傳感器量程 -10°+10°換算成高差±225mm 水平

4、傳感器精度 ±0.5mm水平位置和高程測(cè)量精度 ±1mm第 12 頁(yè)1. 檢測(cè)內(nèi)容及方法1) 中線坐標(biāo)及軌面高程軌道中線坐標(biāo)和軌面高程的檢測(cè)，是對(duì)線路軌道工程質(zhì)量狀況的最基本的評(píng)價(jià)。通過(guò)檢測(cè)軌道實(shí)測(cè)坐標(biāo)和高程值與線路設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較得出的差值，可以全面直觀的反映軌道工程質(zhì)量。在進(jìn)行軌道中線坐標(biāo)和軌面高程檢測(cè)時(shí)，使用高精度全站儀實(shí)測(cè)出軌檢小車(chē)上棱鏡中心的三維坐標(biāo)，然后結(jié)合事先嚴(yán)格標(biāo)定的軌檢小車(chē)的幾何參數(shù)、小車(chē)的定向參數(shù)、水平傳感器所測(cè)橫向傾角及實(shí)測(cè)軌距，即可換算出對(duì)應(yīng)里程處的中線位置和低軌的軌面高程。進(jìn)而與該里程處的設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)和設(shè)計(jì)軌面高程進(jìn)行比較，得到實(shí)測(cè)的線路絕對(duì)位置與理

5、論設(shè)計(jì)之間的差值，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)對(duì)軌道的絕對(duì)位置精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。坐標(biāo)換算中所用到的軌檢小車(chē)獨(dú)立坐標(biāo)系示意圖如下。軌檢小車(chē)獨(dú)立坐標(biāo)系示意圖2) 軌距檢測(cè)軌距指兩股鋼軌頭部?jī)?nèi)側(cè)軌頂面下16mm處兩作用邊之間的最小距離。軌距不合格將使車(chē)輛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)軌距的標(biāo)稱(chēng)值為1435mm。在軌距檢測(cè)時(shí)，通過(guò)軌檢小車(chē)上的軌距傳感器進(jìn)行軌距測(cè)量。軌檢小車(chē)的橫梁長(zhǎng)度須事先嚴(yán)格標(biāo)定，則軌距可由橫梁的固定長(zhǎng)度加上軌距傳感器測(cè)量的可變長(zhǎng)度而得到，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)測(cè)軌距與設(shè)計(jì)軌距的比較。軌距示意圖如下。軌距示意圖3) 水平（超高）檢測(cè)列車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，將產(chǎn)生向外的離心作用，該作用使曲線外軌受到很大的擠壓力，不僅加速外軌

6、磨耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)擠翻外軌導(dǎo)致列車(chē)傾覆。為平衡離心作用，在曲線軌道上設(shè)置外軌超高。檢測(cè)時(shí)，由軌檢小車(chē)上搭載的水平傳感器測(cè)出小車(chē)的橫向傾角，再結(jié)合兩股鋼軌頂面中心間的距離，即可求出線路超高，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)測(cè)超高與設(shè)計(jì)超高的比較。在每次作業(yè)前，水平傳感器必須校準(zhǔn)。超高示意圖如下。1.5m超高示意圖4) 軌向/高低檢測(cè)（中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）軌向指軌道的方向，在直線上是否平直，在曲線上是否圓順。如果軌向不良，勢(shì)必引起列車(chē)運(yùn)行中的搖晃和蛇行運(yùn)動(dòng)，影響到行車(chē)的速度和旅客舒適性，甚至危及行車(chē)安全。高低是指鋼軌頂面縱向的高低差。高低的存在將使列車(chē)通過(guò)這些鋼軌時(shí)，鋼軌受力不再均勻，從而加劇鋼軌與道床的變形，影響行車(chē)速度與旅客舒

7、適性。實(shí)測(cè)中線平面坐標(biāo)得到以后，在給定弦長(zhǎng)的情況下，可計(jì)算出任一實(shí)測(cè)點(diǎn)的正矢值；該實(shí)測(cè)點(diǎn)向設(shè)計(jì)平曲線投影，則可計(jì)算出投影點(diǎn)的設(shè)計(jì)正矢值，實(shí)測(cè)正矢和設(shè)計(jì)正矢的偏差即為軌向/高低值。軌向/高低（10米弦長(zhǎng)為例）檢測(cè)示意圖如下。軌向/高低檢測(cè)示意圖5) 短波和長(zhǎng)波不平順（德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）a) 短波不平順假定鋼軌支承點(diǎn)的間距，或者說(shuō)軌枕間距為0.625m，采用30m弦線，按間距5m設(shè)置一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，則支承點(diǎn)間距的8倍正好是兩檢測(cè)點(diǎn)的間距5m。檢測(cè)示意圖如下。短波不平順檢測(cè)示意圖上圖中的點(diǎn)是鋼軌支承點(diǎn)的編號(hào)，以到表示。與間的軌向檢測(cè)按下式計(jì)算：由于與的正矢為零，故可檢測(cè)（對(duì)應(yīng)點(diǎn)）到（對(duì)應(yīng)點(diǎn)）的軌向。新的弦線則從

8、已檢測(cè)的最后一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始。b) 長(zhǎng)波不平順假定鋼軌支承點(diǎn)的間距，或者說(shuō)軌枕間距為0.625m，采用300m弦線，按間距150m設(shè)置一對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，則支承點(diǎn)間距的240倍正好是兩檢測(cè)點(diǎn)的間距150m。檢測(cè)示意圖如圖7-2。圖7-2 長(zhǎng)波不平順檢測(cè)示意圖上圖中的點(diǎn)是鋼軌支承點(diǎn)的編號(hào)，以到表示。與間的軌向檢測(cè)按下式計(jì)算：由于與的正矢為零，故可檢測(cè)（對(duì)應(yīng)點(diǎn)）到（對(duì)應(yīng)點(diǎn)）的軌向。新的弦線則從已檢測(cè)的最后一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始。2、CP3控制點(diǎn)簡(jiǎn)介平面控制網(wǎng)按分級(jí)布網(wǎng)的原則分四級(jí)布設(shè)，第一級(jí)為框架網(wǎng)點(diǎn)（CP0），第二級(jí)為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CP），第三級(jí)為線路控制網(wǎng)（CP），第四級(jí)為基樁控制網(wǎng)（CP）。各級(jí)平面控制網(wǎng)的作用為：

9、1 CP0、CP主要為勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；全線設(shè)兩個(gè)CP0點(diǎn)，12km設(shè)一對(duì)CP點(diǎn)2 CP主要為勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn)；每200300m設(shè)一個(gè)點(diǎn)。3 CP主要為鋪設(shè)無(wú)碴軌道和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。橋上每60m左右在下、上行兩側(cè)的防撞墻上各設(shè)一個(gè)點(diǎn)，路基也在下、上行兩側(cè)的電氣化桿基座上每100多米各設(shè)一個(gè)點(diǎn)。線路中線CP說(shuō)明圖1.0.6無(wú)碴軌道二、三、四級(jí)平面控制網(wǎng)示意圖CPCPCP60-200 mCPCPCPCP4 km1000m200-300 m第二、三、四級(jí)控制網(wǎng)之間的相互關(guān)系如說(shuō)明圖所示檢測(cè)作業(yè)流程 線路中心處自由設(shè)站，后視 8 個(gè) CPIII 控制點(diǎn)，由機(jī)載軟件解算出測(cè)站

10、三維坐標(biāo)后，開(kāi)始配合軌檢小車(chē)進(jìn)行軌道檢測(cè)。軌檢小車(chē)由人推著在軌道上緩慢移動(dòng)，由遠(yuǎn)及近地靠向全站儀。檢測(cè)點(diǎn)一般位于軌枕之上。作業(yè)流程如下：1) 前往現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)之前在計(jì)算機(jī)中對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（平曲線，豎曲線，超高）復(fù)核無(wú)誤后輸入到測(cè)量控制軟件中 2) 把CPIII成果輸入到全站儀中。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行檢查，確?？刂泣c(diǎn)數(shù)據(jù)(平面坐標(biāo)及高程)正確無(wú)誤，檢查控制點(diǎn)是否受到破壞。3) 為了確保全站儀與軌檢小車(chē)之間的通視，以及測(cè)量的精度，測(cè)量區(qū)域應(yīng)盡量避免其它施工作業(yè)。4) 使用8個(gè)控制點(diǎn)（CPIII）進(jìn)行自由設(shè)站;全站儀自由設(shè)站時(shí)，平差后東坐標(biāo)、北坐標(biāo)和高程的中誤差應(yīng)在1mm以?xún)?nèi)，方向的中誤差應(yīng)在2秒以?xún)?nèi)，否

11、則應(yīng)重新設(shè)站。5) 進(jìn)行正確的測(cè)量設(shè)置，比如高程以?xún)?nèi)軌為基準(zhǔn)、超高以1.5米為基長(zhǎng)等6) 軌檢小車(chē)每次測(cè)量作業(yè)之前都要對(duì)超高傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)7) 全站儀搬站后前后兩個(gè)區(qū)間的測(cè)量需交疊5-10米。8) 測(cè)量完成后，輸出軌道幾何參數(shù)，制作報(bào)表并進(jìn)行評(píng)價(jià)?？筛鶕?jù)需要定義報(bào)表的輸出內(nèi)容，選擇性的輸出軌道平面位置、軌面高程、軌距、水平/超高、軌向（長(zhǎng)波和短波）、高低（長(zhǎng)波和短波）等參數(shù)的偏差。精調(diào)測(cè)量質(zhì)量控制措施 在三個(gè)區(qū)間的平行檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在水平、軌向超限的問(wèn)題，經(jīng)進(jìn)一步分析，查明水平超限主要是由于超高傳感器未及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，軌向超限主要是由全站儀搬站后交疊補(bǔ)償處理不當(dāng)以及軌排架自身的變形引起的。

12、 經(jīng)平行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，施工單位基本掌握了精調(diào)設(shè)備的操作方法，但在質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析方面還有所欠缺，特別是在施工初期精調(diào)不夠熟練的情況下。鑒于此種情況，監(jiān)理聯(lián)合體項(xiàng)目部在已經(jīng)發(fā)布的無(wú)砟軌道質(zhì)量監(jiān)控要點(diǎn)基礎(chǔ)上，總結(jié)以下精調(diào)測(cè)量質(zhì)量控制措施： 1) 嚴(yán)格檢查設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（平曲線，豎曲線，超高，控制點(diǎn)） ，檢核無(wú)誤輸入到計(jì)算機(jī)中； 2) 到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后檢查控制點(diǎn)是否發(fā)生變形或遭到破壞； 3) 每天開(kāi)始測(cè)量之前檢查全站儀測(cè)量精度：正倒鏡檢查全站儀水平角和豎角偏差，如果超過(guò) 3 秒，在氣象條件較好的情況下進(jìn)行組合校準(zhǔn)及水平軸傾斜誤差（）校準(zhǔn)；檢查全站儀 ATR照準(zhǔn)是否準(zhǔn)確（照準(zhǔn)偏差少于 3 秒） ； 4) 全站儀采用

13、后方交會(huì)的方法進(jìn)行設(shè)站，設(shè)站距離應(yīng)控制在 70 米以?xún)?nèi)；測(cè)量條件較差時(shí)，根據(jù)具體環(huán)境縮短目標(biāo)距離（建議 5060m，實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果應(yīng)穩(wěn)定在0.7mm 以?xún)?nèi)） ；惡劣條件下禁止作業(yè)； 5) 為了確保全站儀得設(shè)站精度， 建議使用8 個(gè)控制點(diǎn)， 如果現(xiàn)場(chǎng)條件不滿(mǎn)足，至少應(yīng)使用6 個(gè)控制點(diǎn)。設(shè)站中誤差為東坐標(biāo)、北坐標(biāo)和高程：1mm；方向：2”；與軌檢小車(chē)同向的控制點(diǎn)自由設(shè)站計(jì)算時(shí)棄用要謹(jǐn)慎；6) 全站儀設(shè)站的位置應(yīng)靠近線路中心，不可在兩側(cè)控制點(diǎn)的外側(cè)； 7) 設(shè)站后要使用控制點(diǎn)檢核全站儀設(shè)站，搬站前也要再次檢核，以證實(shí)此次設(shè)站測(cè)量結(jié)果的可靠性；如測(cè)量條件不佳，測(cè)量期間可增加檢核次數(shù)； 8) 每天測(cè)量之前都要在穩(wěn)固的軌道上對(duì)超高傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后可在同一點(diǎn)進(jìn)行正反兩次測(cè)量，測(cè)量值偏差應(yīng)在 0.3mm以?xún)?nèi)；如發(fā)生顛簸、碰撞或氣溫變化迅速，可再次校準(zhǔn)； 9) 采集數(shù)據(jù)時(shí)小車(chē)要停穩(wěn)，棱鏡要正對(duì)全站儀；全站儀采用精確模式； 10) 測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量保證工作的連續(xù)性，軌檢小車(chē)應(yīng)由遠(yuǎn)及近靠近全站儀的方向進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)殡S著時(shí)間的增加，全站儀的設(shè)站的精度在降低，而測(cè)距的精度隨著距離的縮短在增加。如果選擇由近及遠(yuǎn)遠(yuǎn)離全站儀的方向進(jìn)行測(cè)量的話(huà)，測(cè)距和設(shè)站的精度都在降低，不利于測(cè)量結(jié)