高速铁路有砟道岔插铺过程精准定位的方法

胡伟明

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[摘要]

高速铁路道岔具有列车通过速度高、安全性高、舒适度高的特点。为使线路能达到好的平顺性，有砟道岔铺设时的测量定位和精调工作对运营质量具有极大的影响。有砟轨道道岔插铺过程测量难点在于平面位置和高程的控制。本文根据道岔的施工经验，结合42#道岔的特点，采用全站仪、水准仪并且引入激光水平仪和刻度尺，对之前的方法进行了改进，严格控制每一步工序，减少了测量造成的误差，提高了监测效率和测量精度。

[关键词] 道岔   插铺  有砟  全站仪

高速铁路道岔是保证高速列车运行高速度、高安全性、高平稳性、高舒适性、高精度的关键设备。道岔插铺测量精度控制是轨道施工的重要内容，是高速铁路轨道施工的关键环节，测量是控制施工及检测施工成果的主要手段，测量数据的精度和准确性对轨道施工影响最为直接。测量作业的质量将直接影响轨道系统的整体平顺性和稳定性，提高道岔插铺质量确保轨道设备质量达标，保证轨道达到设计状态有着至关重要的作用。

保证道岔的精确安装，道岔的定位精度是关键。线型及结构监测质量是保证精确定位的前提。道岔插铺包括准备工作、过程控制、就位监测等。道岔的精密定位受到施工控制网的布设质量、测量仪器的精度、温差的大小、线型及监测质量等的影响。各种不利因素的影响对定位精度造成一定的困难，目前多数采用水准仪控制高程，全站仪控制平面位置。插铺过程中现场施工人员多、机械多，对测量干扰大，影响观测质量。因此要保证道岔定位精度，引入激光水平仪控制高程，大大提高了现场的定位效率。

1道岔定位测量概述

下面以京唐铁路上行42#道岔插铺过程精准定位为例，针对有砟道岔插铺过程中的测量技术进行探讨。

北京市京唐铁路客专线（07）011，型号为单开60kg-42号，混凝土枕，道岔全长157.200m。其中：岔前长为60.573 m，岔后长为96.627 m其设计道岔直向容许通过速度为旅客列车350km/h（货物列车120km/h）；侧向容许通过速度为旅客列车160km/h（货物列车120km/h）。既有京哈上行线插入42#道岔的里程为K28+239.427~K28+412.227（岔心里程为K28+300，含岔后过渡枕15.6m），此区段京哈上行线为上坡、纵坡为0.42‰，京哈上下行线间距为4.6m，上下行轨面高差为5cm。

测量是道岔施工最主要的控制方法，测量数据的精度和效率对道岔施工影响最大。为了提高测量成果质量，需要选择适宜的测量控制方法、高精度测量仪器以及有经验的测量人员等各项保证因素。

2道岔定位原理

道岔施工前，编制科学的测量方案，测量仪器要检定合格，消除仪器造成的测量误差，提高测量定位精度。

高速铁路控制网采用CPI、CPII分级布设，道岔施工控制网要根据设计控制点进行加密布设。

道岔采用平面与高程分开定位，即通过全站仪采用坐标法测设目标的X、Y坐标，利用水准仪和激光水平仪控制高程的方法进行作业，横移过程中滑轨粘贴刻度尺记录前进距离。

道岔横移全部由液压系统控制，行走过程防止道岔变形，必须确保平行前进。道岔平面位置定位是根据设计图纸给的中心里程及道岔实际长度确定的，因道岔重量大及既有线锯轨位置的限制，必须一次性精准就位。通过激光水平仪的测量进行高程的控制，预留20mm到设计高程的位置。精调数据由惯导小车采集并导入捣固机进行数字化捣固。道岔的定位精度按照《铁道工程测量规范》允许偏差要求主要是：一平面位置的允许误差5mm,二是道岔的高程允许误差为±5mm。

3道岔插铺前的准备工作

首先，建立道岔施工控制网，然后利用全站仪测量既有线上预铺道岔的岔头、岔心、岔尾平面位置，然后将点位平移到护栏外侧，设置固定控制桩，作为道岔组装的依据。开始搭设平台进行组装，拼装完成根据方案安装滑轨，并且调整滑轨的高程和方向。横移施工前，滑轨侧面粘贴刻度尺。道岔入位时高程控制利用既有线下行钢轨做参照，从岔头开始向岔尾方向每5m测量一个点位高程，标出与设计值得差值；并且量取每个点位的上下行相邻轨间距。道岔插铺时利用激光水平仪控制高程。

3.1测量控制网的布设

根据工程特点，结合设计及规范要求，针对道岔周围的实际清楚。选择优化的测量方案，经过选点、埋石、外业测量到平差完成控制网布设，建立精度等级高的道岔施工控制网。道岔独立控制网加密既要保证道岔插铺过程中的定位要求，又是道岔精调控制的依据。避免不同的的测量控制点造成误差，而影响到道岔的安装。

本区段周围选取CPI017、CPI018、CPII078、CPII079两对控制点。点位的选择考虑道岔插铺时测量需求，又为后续轨道精调奠定了基础。应地形限制，如图1所示现场在一侧布置了JM01、JM02、JM03三个加密点。为保证建立的控制网的精度高，整体网型好，按照附合导线四等的方法进行观测，数据处理采用严密平差，导线要求见表1。

表1导线测量等级要求

等级	测绘中误差	测距相对中误差	方位角闭合差	导线全长相对闭合差
四等	2.5	1/80000	5√n	1/40000

加密点高程从CPI018开始闭合CPII078，按照二等水准规范要求完成水准测量。加密点每千米高差偶然中误差M△≤1mm，每千米高差全中误差≤2mm。

在道岔独立控制网的设计过程中，为保证插铺过程中定位精度，要考虑平面控制点位的最优选择，如点位布置不合理，造成使用时误差增加影响平面精度。因此，为保证施工精度，充分考虑各方面的因素，布设一个高质量、高精度的控制网。

图1 控制网布置图

3.2道岔组装

拼装平台的位置确定后，铺设轨枕、钢轨，搭设轨道平台。上行平台纵坡与既有线路纵坡一致，新铺道岔轨面高程要与既有京哈上行线相同。

3.2.1 铺设岔枕

铺设岔枕时，各部分岔枕按编号顺序摆放，以直股为基准股，岔枕垂直于基准股。先利用后方交会法测量岔前、岔后桩定出直股第一根、岔后最后一根及直股中间4根岔枕位置，以此6根岔枕为基准，依次摆放其他岔枕，并将垫板、滑床板、胶板按照道岔摆设图摆放安装到位，按顺序将道岔钢轨铺设连接后安装扣件。

3.2.2铺设轨件

铺设钢轨顺序为先直股后曲股，先辙叉后尖轨。首先根据道岔理论咽喉位置和心轨第一牵引点位置确定辙叉位置，再由辙叉组件与尖轨组件的位置来定位尖轨位置。道岔粗调内容包括：道岔方正、轨距、支距、尖轨及辙叉组件框架尺寸等，调整顺序为先尖轨、后导轨、最后辙叉。

组装完毕后及时复测，加强过程中质量控制，充分利用道尺、钢尺等测量仪器。

3.2.3 岔内连接

道岔岔内接头均采用铝热焊焊接（德焊）。单组道岔内部接头共14个，焊接顺序为1～14。

3.2.4道岔精调

利用电子道尺、支距尺测量各部位尺寸并进行精调，满足道岔出厂试铺标准。

3.3滑轨布设

道岔组装完成后进入下一步工序铺设滑轨。清理平整好的道床上按照滑轨方案确定的位置搭设枕木垛。枕木垛设置为“井”字形双层码放，采用木板微调高度，枕木长边垂直于走行轨放置。枕木垛上放置滑轨，接头采用夹板连接。滑轨两端安装限位器，限位器位置依据技术交底设置。

滑轨安装具备走行条件，上行道岔横移7.7m。滑轨共布置30道，1-19号滑轨间距6m，19-30号滑轨间距为4.2m。道岔预铺段3#、8#、13#、18#、23#、28#滑轨位置作为基准轨，平行道岔5m做一个基准点H1、H2、H3、H4、H5、H6，详见图3。首先利用全站仪放样，调整每根滑轨的方向。调整完成后每根滑轨保持平行，以基准轨控制相邻两根位置。方尺方正滑道轨方向，确保滑道轨全部垂直于道岔直股；每两根滑道轨间拉横距，确保滑轨相互平行。利用水准仪测量滑轨顶面，确保滑轨在一个水平面上；

要点作业前在滑轨轨侧面粘贴反光贴刻度尺，作为量取走行距离控制基准线。

图3滑轨定位示意图

3.4横移时监测点位布设

3.4.1道岔纵向位置监测点布设

道岔组装完成后，如图2所示距离直股中心5m的位置，岔头、岔心、岔尾三个方向各埋设一个控制点A1、A2、A3。顶推前，在岔头和岔尾两端粘贴50cm工具尺，超出钢轨10cm；岔心位置粘贴10cm长的反光刻度尺。控制点架设全站仪，以相邻点位基准定向，旋转90度测量岔头、岔心、岔尾位置。有两个作用，一是可以控制两端的锯轨的位置，二是可以监测行进过程中道岔纵向位移变化。

图2道岔定位示意图

3.4.2道岔横向位置监测点位布设

为保证道岔横向移动时保持同步，在基准滑轨侧面处贴1:1刻度尺，在道岔上钢轨粘贴指针，根据道岔走行时指针所到刻度尺位置读取数值。道岔横移采用液压同步动力滚轮的方法，横移过程中，每2m作为一个横移单元，每行走2m做一次设备检查、调整、监测读数；通过每个基准轨的刻度尺读数确定调整量。

3.4.3下行既有线点位布设

插铺过程中道岔平面和高程采取下行既有线为基准，因此要在施工前在既有线钢轨对应道岔每5m做一个基准点。首先用卷尺量取上下行外轨间距，用油漆笔标记在下行既有线。下一步准备好上行道岔的设计高程数据，测量下行每个基准点位置轨顶高程，将差值②标记在下行既有线钢轨侧面。

4道岔插铺过程中定位控制

道岔正式插铺前应进行仪器的校正，并且到现场进行一次试验。根据现场实际测量数据对插铺时监测工作进行合理安排。

滑轨必须保证与设计道岔纵向垂直，且相互之间是平行的。采用全站仪控制主轨方向，利用主轨控制两侧各两根滑轨间距。最终很好的控制滑轨的方向，确保行走过程平顺前进，不发生扭曲变形。

道岔横移过程可能会发生纵移，以及温度的变化都会影响道岔长度，导致锯轨位置发生变化。通过全站仪定向道岔端部刻度尺，很好的控制道岔纵向的变化值，道岔横移快到位时，确定了锯轨位置，最终零误差就位，使得顶进指标满足设计要求。

道岔横移就位后，高程控制就是关键。通过利用激光水平仪+塔尺进行测量，确保每个起道机位置高程达到要求后，开始回填石渣再振捣。此方法节省时间，不需要重复起道，但是需要精准的控制轨面高程。

4.1道床高程和范围测量

本项目区段为有砟道床要点施工，需要点内拆旧。控制关键点是道床高程和清理范围。

测量人员根据现场基准轨3#、8#、13#、18#、23#、28#分为六组，每组测量范围为基准轨到左右侧两根滑轨范围。采用激光水准仪和5m塔尺配合控制道床高程。开始清理道床时，将激光水平仪架设在道岔附近，开启水平激光束。一人将塔尺利于下行既有线基准点位置，读取激光束位置的数据①，道床位置读数h1=激光束位置读数①+下行钢轨侧面标记的数据②+h(钢轨和枕木高度③+预留量④)。根据计算的数据，将塔尺利于对应基准点方向的道床上，得出差值即为道床需要填挖量。机械和人工清理完成后，重新测量数据，直到道床夯拍后满足枕底50mm停止，操作示意图见图4。道床底高程误差为-20mm。

提前测设道床清理范围、长度、宽度，道床清理范围利用RTK的方法进行放样。根据下行既有线基准点的数据进行控制，确保超出枕木端头50-70mm。

图4激光水平仪测量道床高程示意图

4.2滑轨测量

道岔横移时利用滑轨向前行走，滑轨的方向和高程时保证顺利就位的关键，滑轨平行可以减少横移时道岔的变形。道岔横移时需要接长滑轨，接长部分的方向和高程采用全站仪和塔尺进行调整。

滑轨方向的控制：

首先在H1-H6架设全站仪，以相邻点位为基准定向，然后旋转90度。开启全站仪激光，塔尺立与滑轨顶面确定激光位置，然后将塔尺立于新接长滑轨位置，对照激光在塔尺的位置进行左右移动滑轨。

滑轨高程的控制：

基准滑轨处，全站仪目镜竖直角调为90度，激光照在塔尺的位置读取数值，然后将塔尺利于新铺滑轨端头调整高程。其他滑轨利用激光水平仪进行调整。

基准滑轨调整完成后，用卷尺量取两侧滑轨距离调整方向，确保滑轨相互平行；同时利用激光调整高程。

4.3道岔就位测量控制

道岔横移到预定位置后取出滑轨。道岔利用起道机调整平面位置和高程。道岔粗调测量应以加密控制点、既有线基准点为准，采用全站仪配合激光水平仪进行。道岔平面位置及高程粗调偏差均应不大于±2mm。在整平道床后，道岔组需要对道岔的水平、方向与间距进行调整，调整完后反复测量轨道的直线度与水平，使其达到规范的要求。在调整中需要以直股为标准，转辙器与部分轨距根据直轨调试，保证调好的轨距达到设计值。

1）纵向岔位控制

要点时间开始前，A1、A2、A3各架设一台全站仪，以相邻点为基准定向完成后旋转90度。观看道岔上的标尺，横移过程一直观察位移变化。距离岔尾2m左右位置，通过读取岔头、岔尾的刻度尺数据，确定既有线锯轨位置。锯轨位置误差大将增加工作量，必须根据激光的指向精准确定切口点位。

2）横向岔位控制

横移接近设计位置时，测量人员利用下行既有线布置的基准点，量取线间距。如与设计位置有偏差，利用拨道机点动进行逐步移动到设计位置。特别是接近设计点位时，一定要准确读取数据。

3）高程控制

每个测量小组利用一台激光水平仪控制道岔的高程，比设计值底20mm作为精调的预留量。道岔高程调整好开始回填石渣，振捣后撤出起道机。

4.4道岔精调

道岔进入设计位置后进行精调工作。精调原则先整体后局部、先直股后曲股、先高低后方向、转辙区和辙叉区少动、两端线路顺接。使用经过评估合格后的CPIII控制网成果，利用全站仪自由设站，采用轨检小车采集道岔及岔前、岔后各200m范围内的起道量和拨道量，使用道岔捣固设备，捣固车根据轨检小车采集的数据进行起拨道、捣固作业。经过三捣三稳作业后，道岔轨向、高低已经接近设计位置，道岔刚度和稳定性达到设计要求。

道岔精调以直股为基准轨，通过轨距、支距来控制其余钢轨的方向、水平、高低。道岔精调应先进行道岔直股测量，再进行道岔曲股测量。

直向基准股高低、轨向调整。捣固车捣固后，使用轨检小车对道岔及线路前后各200m进行数据采集，使用起拨道机确保直股高低和方向相对平顺，最终达到表2允许偏差。

曲股水平调整。使用电子轨距尺逐枕采集非基本股高低数据，使用起道机使基本股和曲股水平一致，误差小于0.5mm,起道后使用捣固设备振捣密实。

再次对道岔轨距、支距、道岔构建进行检查，若不满足规范及设计要求时进行调整。最终使道岔各项指标满足规范要求。

道岔精调后，应采用轨道几何状态测量仪对道岔几何状态进行检测，详见表2。道岔定位中线允许偏差为±5mm，轨面高程允许偏差为-5～5mm。

表2高速铁路道岔（直向）静态平顺性允许偏差

序号	项目	容许偏差/mm
1	高低	2
2	轨向	2
3	水平	2
4	扭曲（基长3m）	2
5	轨距	±1

5结束语

本文的方法将为用液压同步走形动力设备插铺42号道岔施工提供技术支持，解决了保持道岔同步行走难题，道岔入位实现零误差。零误差精准就位的成功，为以后道岔插入工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的测量技术将促进道岔工程施工技术进步，为以后道岔插铺施工打开思路，具有良好的社会效益。施工过程中采用先进的测量技术，为岔区轨道精确定位提供了保障。道岔插铺时需要要点作业，时间紧任务重，因此不断探索道岔插铺监测技术，不断优化作业流程，使轨道整体平顺性不断改善，最大限度减少后期养护维修成本投入，是需要进行研究的课题。

参考文献

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