测量与检测数据在大机上的应用

1、测量与检测数据在大机上的应用有砟线路大机精捣一、学习的目的从工务轨道检测和测量方面入手，重点分析轨检车波形图谱，结合捣固车起、拨道作业数据构成的原理，制定出较为科学合理的数据处理方法，利用数字化捣固技术，有效改善线路平纵断面的线形线位，消除70米长波不平顺。二、主要学习内容1、捣固车作业数据构成原理1.1、0832、0932、捣稳联拨道测量系统构成1 = 测量拨道正矢“H1”的拨道传感器2 = 测量拨道正矢“H2”的拨道传感器3 = 零点电位计5 = 人工输入曲率修正值（V、F、W及相应的HV、HF、HW）的数字电位计6 = 人工输入移动量（拨道误差）的调整电位计7 = 遥控输入移动量（TEL

2、E操作、激光或准直装置的遥控操作）的调整电位计8 = 三点测量系统选择器（A = 后张紧小车、B = 测量小车、C = 拨道小车、D = 前张紧小车）9 = TELE操作选择器10 = 拨道指示器 11 = 所有输入信号的全部数值12 = 自动拨道控制信号（由捣固镐下插信号触发）13 = 拨道系统的人工控制14 = 液压拨道系统的伺服控制15 = 修正值指示器16 = 三点拨道的弦固定叉17 = GVA系统（轨道几何形状自动调整）18 = 遥控接收调整马达S = 拨道弦i = 正矢比例H1:H21.2、08475道岔捣固车拨道测量系统构成1.3、拨道系统的几何原理捣固车拨道系统测量采用弦测法，

3、通过B、D两点固定弦线，带动正矢测量传感器拨叉测量C点位置偏差，经拨道控制板计算，采用电液伺服控制方式，由拨道油缸自动拨移到位。因前端D点小车弦线位置固定，不能检测到设计轨道中线值，其拨道系统存在的误差“FD”值，系统把相对减小的拨道误差被传送到拨道小车“C”上，拨道仅保证在测量弦线长度范围直线方向或曲线园顺，并不能解决长大直线或整条曲线精确定位。1 = 理想线路 2 = 拨道前的线路 3 = 无输入误差时拨道后的线路 4 = 拨道量5 = 拨道弦的实际位置 6 = 拨道弦的理论位置 7 = 有输入误差时拨道后的线路如果线路必须拨移到设计的位置上，则必须使用3点精确法，必须在前端2号位输入轨道

4、与设计中线的偏移量。这个偏移相当于前弦的固定端在理论上正确的轨道位置上移动，与相应的正矢相互叠加，可使线路达到准确的几何位置。缓和曲线线型方程：y=X3/6RLf(vi)=f(v1实测偏矢)+f(v2理论偏矢)+f(v3前端偏移量)+f(v4激光测量前端偏移量)+f(v5偏矢修正量)+ f(v6曲线超高影响偏矢修正量)前端输入拨道输入值正矢或修正值轨道拨道值手动电位器计算机ALC/GVA手动电位器遥控激光/无线电计算机ALC/GVA 进入拨道系统三点法测量系统的几何原理B点的偏矢“H2”测量传感器接地输出电压为零，弦线被固定在B点中心，轨道方向按三点进行测量，C点的拨道偏矢“H1”根据曲半径、

5、缓和曲线长度和捣固车进入缓和曲线长度确定。三点测量系统误差的减少量与消除误差的减少量B点位于机器后方已经拨好的轨道上，弦的前端点D点存在拨道误差“FD”，在C点进行拨道直到“H1”与所设定的理论正矢符合为止。设定理论正矢“H1”，移动C点到所需曲线半径为R的位置，残留误差“FR”取决于测点距离的比例。继续向前拨道作业，B点处存在残留误差并因此影响下一步的测量。1 = 理论线路2 = 拨道前的线路3 = 拨道后的线路误差的消除在弦的前端点测得的误差“FD”依照外侧边作修正，并自动以正确的比例通过拨道控制系统传送给拨道正矢。轨道在C点进行拨道，拨道量为设定的理论正矢“H1”加上误差调整值“FD/n

6、”。这样，半径和角度位置被完全修正。测量系统的残留误差“FR”= 0。1 = 理论线路2 = 拨道前的线路3 = 拨道后的线路4 = 拨道弦的实际位置5 = 拨道弦的理论位置1.4、直线激光准直拨道原理在前张紧小车“D”上安装激光准直接收装置，与激光发射装置按基准轨对中校直成一直线，激光接收器自动跟踪激光光束，伺服电机跟踪过程中，左、右位移值转换成前端偏移电压值。D = 前张紧小车P = 准直小车S = 测量弦1 = 带有TELE电位计的调整马达2 = 激光接收器3 = 马达控制装置4 = 激光装置侧向调整5 = 激光发射器激光发射器与接收器示意图直线激光准直工作原理示意图2、起道测量系统构成

7、2.1、纵断面的测量线路左、右钢轨同时采用三点弦测法：捣固车前端测点“F”，检测前端的横向水平和确定前端实际纵向位置。捣固装置区域的测点“M”，为抄平传感器，测量左、右单根轨道高低。捣固装置后面的测点“R”，位于已修正好的轨道上，作为已达到纵断面标高的基准轨。超平弦位于每根轨的上方，在参考点“F”与“R”之间拉紧，两根弦彼此相互独立。抄平测量传感器安装于中间测量装置的测量杆上，传感器的控制臂与抄平弦相连，输出量输入到左右抄平控制板自动控制起道液压伺服阀。2.2、横向水平的测量测点“F”、“M”和“R”处的横向水平值，采用电子摆来测量。前测点“F”处横向水平的理论值与实测值之差，自动地传递到左、

8、右起道控制系统。起道和捣固作业过程中，中间测点“M”处（位于捣固装置区域内）检查作业区域的横向水平。后测量点“R”以下作用：检测起道和捣固过后的轨道横向水平；参与左、右起道控制；用电子记录仪记录横向水平。起道抄平系统实际上进行两个方向上的起道作业：一是对横向水平的控制，以实现超高；二是对纵向高低的控制，以实现轨道线路前后高差。2.3、起道值的输入起道量由捣固车前端2号位手动输入或ALC录入自动实现，并以一定的比例传送到抄平控制板与中间 “M”处的抄平传感器相叠加。2号位操作人员只需输入一股钢轨的起道量，另一股钢轨通过电子摆检测横向水平差，自动计算该股实际起道量。抄平系统可按下列方法使用： 近似

9、法不需对轨道进行纵断面测量，只需选定一个固定的起道量进行捣固作业，该方法误差较大，现有的纵向误差得到修正减小，横向水平误差被消除。精确法轨道需由专业测量人员测量，捣固作业时测量人员将一股钢轨的起道量标记在轨枕上，作业过程中起道量由人工同步给定。有准直测量装置的精确法这种精确法不必事先对轨道进行测量，可使用下列系统：伺服控制纵向准直测量装置：用一种专门的抄平装置，此装置固定在机器前方的轨道上，而在前抄平测量杆上装有用于自动跟踪的目标板。作业时，通过伺服控制将目标板调整至同一纵断面的高度，调整量自动地叠加到起道量的设置中。激光系统激光光束照射到装于前段平面二维的接收器上，产生一个纵向高程值，并以此

10、作为轨道所要求的起道量。数据录入模式专业测量基准轨选择：直线可选左或右股，曲线必须选低股轨。纵断面修正值: 捣固车作业过程中，在竖曲线或变坡度点起始点处开始，前端2号位必须手动录入修正值，保证过渡区域线型不变，否则纵断面竖曲线桩点因捣固作业移位。也可选择“自动模式”, 通过捣固车计算机“ALC”或“GVA”自动将修正值传至前端起道给定，计算机显示器显示修正。变坡点修正竖曲线修正3、起、拨道作业要求3.1、捣镐深度设定3.2、 异步夹持原理利用非同步均衡压力原理进行压力振动捣固。所有的镐掌均以同样的压力下插到道砟中，与其在道砟中的运动无关。这说明所有镐掌表面的压力是均衡的，使其可在道床中独立运动

11、，其表面压力相当于道砟的阻力。捣固过程中， 阻力在每对镐掌的前方。一旦阻力达到予设的压力，相应一对镐掌自动停止挤压道砟。其余的镐掌继续挤压直至达到预定的压力。采用的异步夹持原理可保证每根轨枕下的道砟均匀压实。图1：Unomatic捣固机每根轨枕下的空隙大小不同，每个镐掌在不同的空隙中的运动也不同。3.3、压实过程捣固头埋在道砟中，随着面向轨枕的夹持运动，形成一个正弦形的摆动。镐头运动的频率、振幅、夹持速度和夹持力的协调决定道砟的稳定（压实）质量。具体的研究证明频率和振幅的迭加振动对道砟的稳定性有很大的影响。下列的图形表明（图2）当频率为35 Hz，振幅为5mm时将产生均匀有力的向上提升的作用。

12、图2：轨道高度的稳定性取决于捣固频率源;频率和振幅对道砟表面稳定性的影响图3 ：配合镐掌的挤压速度和振幅，通过冲击力将道砟捣实道床的重新布砟和成型要求适当的压力和时间。在捣固过程中的道床密实的程度，是由镐掌夹持运动的的暂短时间内施加的，并且带有短时间的冲击力。捣固深度，夹持时间和夹持压力都是重要的作业参数。3.4、起道对捣固过程的影响实现均匀压实的重要要求是起道。起道应在捣固作业前进行。起道在轨枕下造成孔穴，使道床形成新的基础构成。如果没有起道，或起道不足，道砟结构将不会令人满意。同时，不能有效地重新分布道砟。由此将导致轨枕敷设十分不平整。起道过量不能产生均匀的压实（即使反复捣固）及良好的道砟

13、结构。在此情况下，需要多次起道和捣固，并补充新道砟，几层道砟可构成所需的道砟厚度。频率最佳的捣固频率是35Hz。镐掌的振幅通过镐掌的振动实现道砟最佳密实的振幅是3-5mm。夹持型式为了实现密实的轨枕支撑效果， 每次捣固所有的镐掌都必须达到所要求的挤压力（异步）。只有采用异步夹持，使所有的镐掌均以相同的压力完成作业，才能均匀密实道床。捣固压力当使用异步压力振动捣固方法时,只有当达到预定的捣固力(挤压力)时, 作业循环才结束。最佳的捣固压力值为115-125bar。夹持时间为了使所需的捣固压力有效，需要有最佳的挤压时间。根据道砟的具体条件，最佳时间为0.6s。捣固深度捣固深度对枕下道砟的密实程度有

14、很大的影响。如果镐掌下插深度太浅，将使道砟顶压轨枕侧翼，达不到密实的目的。而且将会损坏轨枕和镐掌。如果下插太深又回导致不均匀和不密实。最佳的下插深度取决于道砟的粒径，一般镐掌顶面与轨枕底之间有15-20mm的自由空间。4、有砟线路线形线位大机捣固作业方法原有精捣作业存在以下不足：轨道平、纵断面数据密度不够，不能满足按捣固车作业步进量测量给值。08475道岔捣固车为1根枕，0832、0932捣固车为2根枕，捣稳联为3根枕，每2.5m或5m提供的平、纵断面数据为内插数据，内插点存在误差；数据录入人员进行捣固车ALC数据录入时数据不完整。通常捣固车2号位操作人员只录入平面曲线数据，没有录入纵断面数据

15、，造成纵断面没有线型依据，纵断面变坡点移位、竖曲线线型不良；捣固车2号位精捣作业时同步人工输入起道量、前端偏移量精度不够。捣固车精捣起、拨道构造数据由前司机室2号位同步给定，由于提供数据密度不够需进行内插计算，2号位操作时需2位操作人员，在捣固车作业行进时计算、调整起、拨道构造数据，造成人为操作误差；捣固车在长大直线激光准直作业时，在激光发射、接收对位、转点过程中，因基准点变动频繁引起的位置误差；客专线捣固车精捣2号位输入起道量、前端偏移量工作繁重，严重影响施工效率。武广高铁以及东环线有砟轨道大机精捣采用平、纵断面数据输入到ALC方法进行数据化施工，但由于操作人员录入数据工作量极大，如：东环线

16、第7遍捣固安博格每3m提供一数据，15km范围需输入5000组数据，现场录入需要7个小时以上，处理数据效率低，录入过程中可能出现人为录入错误。5个已解决关键点：测量精度高，测量误差小于捣固车作业系统误差，密度满足大机步进量；捣固车起、拨道系统标定零点及放大准确；捣固车操作人员必须把平、纵断面线路资料录入到ALC；实现安博格测量后内业处理数据与录入捣固车ALC起道量、前端偏移量数据的快速导入；捣固车作业使用数据交换自动化，作业过程中人工不具体执行，只监控仪器、仪表。精捣方案制定：根据轨检车波形图、人工添乘和现场静态测量及检查资料，制定详实的作业方案，明确作业项目、作业量、作业方法和人员分工，并绘

17、制相关方案设计图形（设计线、实测线和优化线形）。具体流程按照：轨检车波形分析（确定偏差项目、处所）测量仪器现场静态检查（复核、查找偏差地点）专业技术人员综合分析，线路优化设计（查找原因，确定整修作业方案）作业方案审批作业方案实施作业质量回检。4.1人员组织工务部门：动态分析小组、线路科技术资料复核小组、测量小组、线路优化方案设计小组、线路数据放样小组、大机配合施工小组；客专基地：测量数据与大机计算机数据方案设计小组、设备精确标定小组、质量动态实时检查小组、大机施工车队。4.2 设备及工机具工务部门：全站仪、水平仪、L形道尺等客专基地：0932或捣稳联机组4.3作业前期准备4.3.1工务部门4.

18、3.1.1 线路技术资料核对工务技术部门提供大机捣固地段平面曲线、超高，纵断面坡度、变坡点、竖曲线设计资料。4.3.1.2 现场线路数据标注精确里程标注：要求每5m用油漆标注一点，误差每100m范围小于20cm（最好是每100m/单元,分20小段编号管理）。平面、纵断面线路要素点标注，现场要求精确标注好：曲线ZH、HY、YH、HZ点及超高值，纵断面坡度值、变坡点、竖曲线ZY、QZ、YZ点及矢距值。4.3.1.3 现场线路平、纵断面测量（测量后禁止改变线路几何尺寸动道作业）平面：直线地段使用全站仪每100m测量当前实际线路位置与设计中线偏差值；曲线（含曲线前后100m直线）每5m测量平面当前位置

19、与设计中线偏差值。纵断面：使用水平仪每5m测量当前位置与设计中线偏差值。 4.3.1.4 测量数据内业分析与线路优化方案设计（结合部）工务部门与客专基地方案设计人员对测量数据进行图形绘制；动态分析小组复核线路检测与实际测量是否吻合；制定平、纵断面优化方案；绘制3个图形：测量线形、优化线形、设计线形；客专基地方案设计人员编制捣固车计算机数据文件。4.3.1.5 现场优化数据放样起、终点要求在100m范围每5m 标注一组平纵断面偏差数据（小里程往大里程方向向右拨为正，向左拨为负；起道向上为正，落道为负）；激光点每100m标注距设计中线偏差，画好方向；数据变化量大、线路要素控制点、缓和曲线按每5m一

20、点标注平、纵断面与设计中线偏差值；其他地段按每100m一点标注平、纵断面与设计中线偏差值，为捣固车提供位置核对数据。4.3.1.6 工务部门线路检查仪器精度校核4.3.2 客专基地4.3.2.1 捣固车设备作业精度检查拨道系统精度检查，系统误差小于1mm，前端偏移量总零数值小于3mm,弦测法几何约束条件误差小于1mm；左、右起道系统精度检查，系统误差小于1mm，前端起道量总零数值小于5mm,弦测法几何约束条件误差小于1mm；前、中、后电子摆测量精度误差小于0.5mm；起道零点在不同坡度系统约束数据相同；车体支撑良好，整车刚性连接，无抖动。4.3.2.2 停靠站线试作业4.3.3 工务、客专基地

21、作业前期线路联合调查4.5精捣作业4.5.1 捣固车作业数据使用直线地段：第一台捣固车录入平、纵断面线形数据，导入纵断面与设计线位置偏差数据，平面数据均设为零，ALC显示5个图形窗口，捣固车2号位采用激光准直拨道，起道采用ALC自动提供数据，不实时操控起道数据，仅复核里程因测距引起的位置误差，及时停车修正；曲线地段：第一台捣固车录入平、纵断面线形数据，导入平、纵断面与设计线位置偏差数据，ALC显示5个图形窗口，捣固车2号位不实时操控数据，仅复核里程因测距引起的位置误差，及时停车修正；第二台捣固车录入与第一台捣固车相同的平、纵断面线形数据，ALC显示3个图形窗口，捣固车2号位前端偏移量归零，起道

22、量顺坡后保持固定值，起道量作业过程调整值由工务看道人员目测线路提供。4.5.2大机维修作业方式采用跟进式捣固作业方式，如为09-32捣固机组， 采用2捣2夯拍1稳定（单台捣固车1捣1夯拍）作业模式；如为捣稳联机组，采用2捣2夯拍2稳定作业模式。4.5.3作业过程关键点控制4.5.3.1 起、终点顺坡率控制在0.2（客专线）；4.5.3.2 第一台捣固车作业起始段，分2个过程，一是起道预置量给定，按照0.2顺坡率使捣固车由零顺为5mm实际起道量，确保整车在均匀起道状态；二是纵断面线形线位绝对控制，所有纵断面线形、线位均由测量后线路优化方案提供起道量数据，起道数据只能因坡度改变而变化。4.5.3.

23、3 直线段竖曲线、圆曲线内竖曲线形成的复合空间曲线起道值必须由线路专业技术人员通过计算机软件计算得出。4.5.3.4 作业过程对平、纵断面线形线位采用单元化管理，平、纵断面线形线位发生变化时，由工务、客专基地提前共同确认。4.5.3.5 捣固车数据控制系统故障禁止精捣作业。4.5.3.6 工务部门需上捣固车确认当天数据是否全部录入到ALC，线路验收人员及时检查作业后线形线位情况，及时将未达到作业要求的现场数据提供给第二台捣固车进行微调。5、广铁大机数字化捣固案例分析以海南东环线前期精捣为例，下列图形是按照分层精捣后安博格测量数据绘制而成，如实地反映大机精捣实际质量。附图1：附图2：附图3：附图

24、4：附图5： 5.1 现场试验2010年8月30日-10月3日，集团工务处与广州客专维修基地线路捣固二车间联合现场试验，在三个捣稳联车队先后采用安博格数据导入ALC进行精捣作业新方法，新工法有以下优点：测量数据导入内业处理不占施工时间，可节省现场录入时间；整个作业过程全部采用ALC数据自动交换方法，原有精捣方法因数据自动交换的实现转变为普捣作业方法，直线地段不需使用激光准直方法；ALC在作业过程中实现平、纵断面、起道量、前端偏移量同时应用；简化2号位劳动强度，现场大机施工2号位操作人工给定数据全部为“0”，只需输入起点里程，只参与作业过程监控；优质高效，可效率最大化；减少大机操作激光架设人员及

25、辅助2号位适时录入人员。现场试验作业质量统计：实验组选择东环铁路中铁三局与中铁十七局标段交接处k153+000-k182+000上下行线进行试验，新方法的应用轨检车（250km/h检测标准）扣分情况见下表。10月3日东环线K153-K182有碴轨道轨检车扣分情况统计表（上行线）项目四级三级二级一级个数扣分总计个数/公里百分比总计扣分/公里百分比高低0 0 0 1 1 0.03 0.59%10.03 0.56%轨向0 0 0 2 2 0.07 1.18%20.07 1.12%轨距0 0 0 7 7 0.23 4.12%70.23 3.93%水平0 0 0 0 0 0.00 0.00%00.00

26、0.00%三角坑0 0 0 1 1 0.03 0.59%10.03 0.56%垂向加速度0 0 0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%横向加速度0 0 1 126 127 4.23 74.71%1314.37 73.60%高低70米0 0 0 13 13 0.43 7.65%130.43 7.30%轨向70米0 0 0 3 3 0.10 1.76%30.10 1.69%曲率变化率0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%轨距变化率1 15 16 0.53 9.41%200.67 11.24%横加变化率0 0.00 0.00%00.00 0.00%总和0 0 2 16

27、8 170 5.67 100.00%1785.93 100.00%累计检测：30km优良公里：30km优良率：100.00%失格公里：0km每公里平均扣分：5.93 分合格公里：0km合格率：0.00%失格率0.00%10月3日东环线K153-K182有碴轨道轨检车扣分情况统计表（下行线）项目四级三级二级一级个数扣分总计个数/公里百分比总计扣分/公里百分比高低0 0 0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%轨向0 0 0 1 1 0.03 1.49%10.03 1.33%轨距0 0 0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%水平0 0 0 0 0 0.00 0.00%

28、00.00 0.00%三角坑0 0 0 2 2 0.07 2.99%20.07 2.67%垂向加速度0 0 0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%横向加速度0 0 1 55 56 1.87 83.58%602.00 80.00%高低70米0 0 0 4 4 0.13 5.97%40.13 5.33%轨向70米0 0 0 1 1 0.03 1.49%10.03 1.33%曲率变化率0 0 0 0.00 0.00%00.00 0.00%轨距变化率1 2 3 0.10 4.48%70.23 9.33%横加变化率0 0.00 0.00%00.00 0.00%总和0 0 2 65 67 2.23 100.00%752.50 100.00%累计检测：30km优良公里：30k