铁路工程无砟轨道施工测量技术分析论文
摘要：无砟轨道在平顺性以及线路中心线几何线性的准确性方面具有较高的要求，而且无砟轨道的敷设工艺较为复杂，必须要将误差控制在毫米级以内，但想要对无砟轨道施工的各项要求进行有效的满足，需要对相关测量技术进行有效的落实，并做好精度控制工作。只有如此，才能使无砟轨道施工质量得到保证，不仅能够提升工程的使用寿命，还能对铁路工程建设事业的发展产生一定的推动作用。因此，本文针对铁路工程当中的无砟轨道施工测量技术及精度控制进行讨论，对相关测量技术加以了解，并探讨实现精度控制的具体措施，意在提升铁路工程的建设水平。
关键词：铁路工程；无砟轨道施工；测量技术；精度控制
传统形式的有砟轨道，在受到列车荷载作用影响下，会导致道床出现道砟粉化及磨损的问题，从而导致结构变形，使轨道使用寿命受到严重影响。在列车高速行驶的情况下，还可能造成道砟飞溅，容易引发安全事故问题，无砟轨道不仅具有较高的稳定性和平顺性，而且几何变形不高、便于维护，具有较长的使用寿命。也正是受到这些特点的影响，无砟轨道的施工具有较高的要求，需要通过准确的测量来确保施工的质量，所以有必要针对无砟轨道施工过程中的测量技术以及精度控制进行深入的研究。
1铁路工程中的无砟轨道施工测量技术
1.1轨道测量控制网
在铁路工程当中，测量控制网分为高程控制网和平面控制网，而根据施测阶段、功能以及目的，又可以分为施工控制网、勘测控制网以及运维控制网。为了确保控制测量质量能够对勘测、施工以及运维等阶段的要求加以满足，确保铁路工程建设及运营管理等工作的顺利进行，需要保证各阶段中的高程、平面控制测量能够具有统一的标准，即在平面控制方面应统一采用CPI作为标准，而高程控制则可以将二等水准基点作为标准，在铁路工程中的平面测量控制网主要是由线路平面控制网、基础平面控制网以及轨道控制网组成。高程测量控制网包括轨道控制网和线路水准基点控制网，其中前者主要作为运营维护、轨道精调以及铺设调整等工作的高程控制基准，而后者主要用于铁路施工、勘测工作的高程基准。
1.2板式无砟轨道板精调技术
当前阶段，我国在客运专线当中应用的无砟轨道形式主要有以下几种：CRTSⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型无砟轨道，其中CRTSⅡ型无砟轨道又分为板式和双板式。而CRTSⅠ型无砟轨道主要是在钢筋混凝土底座上利用水泥沥青砂浆铺设调整层。其中设置了凸形挡台限位，在确保轨道板铺设能够满足相关精度需求的基础上，通常会通过调整扣件的方式对钢轨最终的几何状态进行控制，其系统构成包括混凝土底座、GA砂浆层、轨道板、凸形挡台、钢轨以及扣件系统等。即便隧道、路桥在线下基础方面存在差异，但CRTSⅠ型板式无砟轨道的构成并不会发生改变，而我国首条应用无砟轨道结构形式的铁路，已经对相关技术进行了有效的消化，并对制造Ⅱ型板的工艺进行研究和实验，经过不断的摸索和总结，已经开发出了独具特色的Ⅱ型板制造工艺，而这种轨道结构形式即为CRTSⅡ型板无砟轨道形式。
1.3无砟轨道平顺性检测技术
在完成轨道板精调以后，需要使用CA砂浆进行浇筑，而铺设精度在通过验收以后，就可以进行铺轨和扣件安装，完成轨道铺设需要使用轨检小车来测量轨道的几何状态，并利用扣件进行轨道的调整，使其进度能够达到设计要求。从理论上来讲，要求线路中心轴为轨距中心，在直线段当中要与两根铁轨平行，在曲线段当中要与曲线切线平行，我国标准轨距是1435mm，轨距变化率要保持在1mm/1.5m，以±1mm作为验收标准，在活动端设有复位弹簧，确保在轨检小车运行过程中能够与轨道内侧紧密相连，而具体测量范围在-35～35mm。在铁路工程中，轨面高程以及轨道中线是工程质量的直观反映，通过将线路高程、坐标与设计值进行对比得出其中的偏差，可以对轨道自身的几何状态进行全面的反映，在测量轨道高程和坐标的过程中，需要通过高精度全站仪对轨检小车当中的'棱镜中心三维坐标进行实测。根据标定好的轨面情况、线路中心线以及小车几何参数，将对应里程中的轨面高程及中心线位置换算出来，并与设计参数进行对比，从而得出设计和实测的差值，利用相关技术规范完成评价。水平轨向就是轨道里程方向上的内线状态，而高低轨向则是轨道顶面部分的线形状态，如果横向轨道不良，会导致列车在横下加速度过程中缺乏稳定性，而高低轨向不良则会对列车垂向加速度造成影响，对于高低轨向和水平轨向的平顺检测，可以对德国长、短波不平顺检测法加以借鉴，并使用300m弦或30m弦的轨道平顺性核检。走行轨、支脚以及模板的安装，需要通过支脚对无砟轨道进行测量精度控制，这种测量方法主要是将加密基桩和控制基桩作为依据，根据线形设计资料将各模板及支脚的位置计算出来，然后在施工现场进行放样，并完成定点和划线。在对走行轨、支脚以及模板进行固定时，需要保证左右支脚的中轴线位置位于线路中心线的法线上，而支脚前后间距即为轨枕间距，对于曲线路段，外侧两支脚间距要大于内侧两支脚间距，因此在安装支脚的过程中，要将外侧作为基准。
1.4全站仪自由设站程序设计
在对轨道的几何状态进行测量时，应该针对测区钢轨中的8个CPⅢ控制点运用边角后方交会的办法完成全站仪的自由设站，利用无线控制端，实现全站仪的有效控制，从而达到自动观测的目的。在对全站仪进行换站处理时，相邻站之间需要对4个CPⅢ控制点进行搭接，使数据之间能够具有较强的关联性，下述内容为相关设计流程。第一，利用全站仪对2个CPⅢ控制点进行手动瞄准，结合后方交会原理对近似的全站仪位置进行确定；第二，根据待测点坐标以及近似全站仪坐标，对待测控制点自身的棱镜方向值进行计算，并通过相关指令，使全站仪将剩余控制点的自动观测完成；第三，针对CPⅢ观测值对数据稳定性进行检测，查看观测值是否存在超限问题，并将其中不合格的点剔除在外。
2控制无砟轨道施工测量精度的具体措施
2.1做好测量仪器设备的配置工作
第一，要对高精度全站仪加以准备，要求其具有ATR自动照准功能；第二，准备精密水准仪，要求该仪器能够对数据进行显示和存储，且误差要小于0.3mm/km；第三，对电子轨道尺加以配置，要求具有数码显示功能，且精度误差在0.5mm以内。
2.2线路基标测设
对于无砟轨道施工而言，线路基标是其实现精度控制的基础，具体测设内容包括加密基标记控制基标，基标方面的测设精度不但会对无砟轨道施工精度造成影响，同时还会影响到施工的效率，具体测定方法为：第一，选定CPⅢ控制点，并以此为基础，采用精密水准测量以及设站极坐标法对施工高程和平面进行测设；第二，在直线段中以100m为一个间距进行控制基标的设置，而曲线段则每间隔60m就要设置一个控制基标；第三，对特殊路段需要进行控制基标的加密设置，结合轨排长度，在直线段中应以12.5m为一个间隔进行设置，而曲线段要以6.25m为一个间隔进行设置；第四，在混凝土地板强度达到一定水平以后，对控制基标以及加密基标进行布设，并做好标识，在完成基标布设以后，要在道床板顶面使用墨线标记中心线位置。
2.3轨排架精确调整
为了确保测量数据的准确性，在借助轨道检测小车完成测量时，应该严格按照测量规定要求进行，通常在测站20～80m的范围内测量准确度较高，所以顺接段以及搭接段的测量长度应控制在62.5～20m，具体长度需要结合两次测量数据对比以及测量距离来确定。在此过程中，需要对测站位置、数据的收集和分析保持重视，在精调过程中，需要将小车静置在待测轨道当中，利用全站仪进行小车棱镜点的测量，从而对设计位置、轨道位置、位置偏差以及调轨方向进行实时的显示，使现场调轨作业能够获得相应的指导。
2.4测量控制网复测
第一，在进行复测以前，需要对线路测量的相关资料进行检查，并与设计单位针对现场桩橛进行交接，包括控制点、水准点、导线点以及GPS点等；第二，针对水准点高程、GPS点坐标以及导线点间距和右角进行展开复测，如果复测结果和设计单位的勘测结果存在差异，应在此进行复测，如果是设计单位的勘测资料存在误差，要通过协商之后进行及时的更正；第三，完成复测以后需要对复测报告加以编制，并反馈给设计和监理单位，在完成批复以后才能进行后续测量。
2.5测量精度控制中的注意事项
第一，不管是粗调还是精调，在对棱镜进行移动的过程中，都要一直面向全站仪，且棱镜与全站仪之间不能有阻碍物；第二，在精调轨排架时，工作区域当中严禁无关人员的进入，且在测量过程中要保证轨排架轨面具有较高的清洁性；第三，由于在精调过程中，轨排架和鱼尾夹板相连，所以在调整时要对连续2～3榀轨排架展开联测，就是要求每榀排架调整以后，都要对与之相连并完成调整的轨排架进行复测，确认是否存在影响，如果受到影响需要进行适当的调整。
3结束语
综上所述，在铁路工程中，针对无砟轨道施工落实相关测量技术，并做好精度控制工作能够使无砟轨道施工质量得到有效的保证，因此相关部门在进行铁路施工的过程中，一定要将各项工作做好，以此来推动铁路建设事业的发展。
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论文：运用惯性法测量波磨的实践及应用
【摘 要】 基于当前检测方法，弦测法的传递函数不恒等于1，不能正确反应轨道的不平顺性，惯性基准法受速度影响较大，低速时加速度信号比较微弱，信燥比低，要做积分运算，且低频信号容易引起积分饱和，考虑积分稳定性问题，误差较大。因此当前检测方法还有许多不足之处。随着光电技术的发展，在弦测法和惯性基准法基础上需开发一种采用光电位移计或光电摄像技术获得位移信号的检测方式，检测精度会大大提高。本文在朔黄铁路应用波磨检测系统基础上，指导钢轨铣磨，探索铣磨周期。
【关键词】 波磨 RMS值 铣磨
波磨是出现于铁路线路钢轨顶面呈波浪型的磨耗，轨面光带忽明忽暗。它有波长和谷深两种属性。波长是相邻的两波峰之间的纵向距离，谷深是相邻的波峰与波谷间的垂直距离。
1 钢轨波磨对列车运行的影响
1.1 增加工务部门的维修费用，破坏轨道
（1）加速石砟粉碎。当轨道受垂向作用力加大后，石砟受挤压，换砟及补砟工作增多。
（2）空吊、泛白接头、翻浆冒泥的增多。接头空吊会使白色底砟翻到轨道表面，是空吊的典型特征，长期空吊加上自然灾害的影响会使轨道形成翻浆冒泥。（3）枕木裂纹、失效增多。在波磨地段，波峰对枕木载荷和垂向作用力加大，对轨道压溃增加，多处枕木会形成裂纹、甚至失效。
2 组成及功能
波磨检测系统由软件和硬件两部分组成，硬件主要包括左右轴箱加速度计、实时采集计算机、前置预处理装置、波磨波形机等。软件主要包括钢轨波磨实时检测软件、数据接收软件、超限编辑和报表生成软件以及波形分析软件。
2.1 系统各部件功能
（2）前置预处理装置。前置预处理装置由±15V和±5V集成一体化稳压电源、左（L）右（R）加速度处理板组成。前面板设有调试和检测孔，可在此监视各路传感器的原始信号及经过处理板进入A/D采集板的信号。左（L）右（R）加速度信号处理板分别对左右加速度信号进行预处理，包括调零点、调增益、抗混叠滤波等。
（3）波磨实时处理计算机。波磨实时处理计算机是波磨系统的核心和大脑，在波磨实时处理平台下实现对原始加速度信号的等距离采用、显示、存储，同时通过数字处理、积分滤波等技术，计算钢轨顶面相对于轴箱的位移，输出钢轨波磨幅值。开启工控机后需在该界面正确设置检测信息。
实时处理界面在采集前应正确设置检测线路、方向、起始里程、状态，界面自上至下共显示3组波形，依次为波磨峰值波形图、波磨RMS值波形、原始触发信号波形，并将数据实时传递给波形机。
（4）波磨波形机。波磨波形机位于车内波磨实时处理计算机下方，主要功能是数据存储和波形显示，并能对波形进行历史数据对比、实时输出超限报表，可对数据进行编辑、统计、打印。
（5）超限报表包含超限位置、类型、峰值大小、长度、等级、速度、检测标准。
（6）波形图包含实时检测速度和里程、左右股原始触发信号、左右股原始值波形、左右股RMS值波形，浏览波形图可以纵观轨面波动情况及趋势，点击缩放功能，放大波形图，点击测量，可以获取任意点的波磨原始峰值、任意区段波磨的均方根值，还可以通过波形历史数据对比，预见病害发展趋势，指导钢轨维护和评价轨道维护质量。
2.2 检测原理
钢轨波浪磨耗检测系统是一个对钢轨顶面波浪磨耗进行动态在线检测的系统。它采用惯性基准法，在QNX实时操作系统平台下实现对原始加速度信号的等距离采样、显示和存储，由计算机对原始触发信号进行二次积分和滤波处理，计算出钢轨顶面相对于轴箱的位移，从而得到波磨幅值。
2.3 实践及应用
因为波磨病害主要发生在曲线下股，当前波磨检测系统指导钢轨打磨，主要依靠曲线下股RMS均值进行降序排列，从而制定铣磨或打磨计划（如表1所示）。
（2）评价轨道维护质量。不论是铣磨作业还是打磨作业，利用波磨检测系统可以利用波形图对施工前后的作业质量进行评价。利用波形图的`缩放及测量功能，可以读取具体数值，灰色波形代表铣磨前轨面波磨幅值，蓝色波形代表铣磨后波磨幅值，通过对比发现铣磨后波磨幅值明显下降。
（3）建立波磨观测台账。波磨为轨面主要病害，为了探索线路打磨（铣磨）周期，研究重载铁路延长钢轨使用寿命的综合技术措施，因此需要现场验证来研究综合技术措施的有效性和实用性。基于此，我们采取对铣磨地段建立观测台账的方式，来探究打磨（铣磨）周期。如表2所示。
如表2中，4月代表铣磨前波磨情况，5、6、7、8、9月代表铣磨后波磨的发展情况，明显看出，铣磨后较铣磨前波磨明显下降，随着时间推移波磨幅值逐月上升。通过追踪观察，当波磨幅值与铣磨前相等时，即得到铣磨周期。
3 结语
基于当前检测方法，弦测法的传递函数不恒等于1，不能正确反应轨道的不平顺性，惯性基准法受速度影响较大，低速时加速度信号比较微弱，信燥比低，要做积分运算，且低频信号容易引起积分饱和，考虑积分稳定性问题，误差较大。因此当前检测方法还有许多不足之处。
随着光电技术的发展，在弦测法和惯性基准法基础上需开发一种采用光电位移计或光电摄像技术获得位移信号的检测方式，检测精度会大大提高。
无损检测是一门综合性的应用科学技术,它是在不改变或不影响被检对象使用性能的前提下,检验和分析材料,零件和构件的一种非破坏检测方法。无损检查是提高产品质量,确保安全的重要手段.钢轨探伤仪具有特殊的技术条件,环境适应性强工作湿度范围在-20°C—-50°C。有五个通道，五条基线，可同时用五只探头对钢轨作全面探测。其中上方二条基线的回波向上，下方三条基线的回波向下，有利于分辨各类不同的伤损。每个通道都有独立的粗衰减器，细衰减器和培益旋钮，调节方便，互不牵。牵每台仪器共设置5只探头前后37°探头，前后50°探头和一个0°探头，前后37°探头和前后50°探头是利用横波进行探行，而0°探头是利用纵波进行探伤的。三种不同的探头都具有不同的报警声道和声音。在超声波钢轨探伤中，根据钢轨的几何形状和尺寸，可将钢轨分为三个区域，轨头部位为70°探头探测区，轨头中的核伤一般与轨头侧面近似垂直，这对核伤的检测十分有利根据理论推算，轨型尺寸核伤存在的规律，对核伤的回波信号进行鉴别，以及对核伤的校对。在校对时要注意采用多方位，多角度，多方式，灵活运用，来提高校对的精度。要求对核伤定位，定量综合判定。37°探头探测轨腰部位的螺孔裂纹，探测时二孔和三孔的螺孔部位的几何尺寸发生变化，不符合标准孔的要求，在实践中不断摸索经验，从而总结出了一种更好的行之有效的方法（倒打螺孔波）。加强了轨端到一孔之间的探测。0°探头主要探测轨底部位，根据0°探头所具有的特点，探测轨底纵向裂纹及横向裂纹。还可以与37°探头互补综合判定轨腰部位的螺孔水平裂纹。超声波钢轨探伤中，最重要的前提是应该保证探伤仪的技术指探头的技术指标以及探伤仪和探头的综合性能指标，在国家规定的允许误差范围内。误差的大小直接影响到伤损的检测能力。综上所述，只要保证各项技术指标标准。性能完好，这样才能及时发现伤损钢轨，对防止钢轨折断，保证行车安全起到重大作用。
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