铁路曲线轨道方向整正方法的研究与改进百度文库

1、铁路曲线轨道方向整正方法的研究与改进摘要从解决现场整正实际问题出发,对铁路曲线轨道整正方法进行了研究与改进,提出了正矢和不闭合的处理方法,得出了一种在曲线上设置人为控制点限制拨量、分段有限度地对计划正矢及拨量进行修正的实用方法,能兼顾小拨量和曲线的良好圆顺度两方面要求,并易于计算机编程计算,最后给出了施工方法。关键词铁路轨道曲线整正分段修正圆顺度1曲线轨道整正计算方法现状目前,现场曲线整正方法不少,大体有两类:一类是刚性拟合,即采用单一曲线半径的理论计算方法,不论拨量多大,只要条件允许就应使曲线形达到理想状态;另一类是柔性拟合,认为应根据现场实际情况,对存在隧道、桥梁、深路堑、高路堤等限制拨量

2、的特殊地段,将单一曲线变化为几种不同半径的圆弧去拟合曲线轨道的实际情况,以减小拨道量。显然,这两种方法各有利弊:刚性拟合较理想,但实际上有时很难实现;柔性拟合容易实现,但曲线的圆顺度不理想,线形与设计不符,并且由于超高、轨距等设置不配套,不能保持理想的曲线参数。曲线整正计算方法也有一些,以传统的绳正法应用最广,但其也存在一些问题,主要有两方面:一方面,理论计算以实测正矢和与计划正矢和相等为前提,即正矢和要闭合,而实际绝大多数情况不闭合,对此没有明确的处理方法;另一方面,当曲线较长、拨量限制点较多时,计算繁锁,而且往往算出的拨量太大,不符合实际要求。因此,曲线整正的计算方法仍然是一个很值得探讨的

3、课题,笔者针对施工中遇到的问题进行研究,摸索出了一套实用的方法,在多条铁路新线施工实际应用,效果很好。2 对现有方法的改进思路2.1曲线整正原则综合刚性拟合与柔性拟合的优点,根据理论线形设置人为控制点分段点分段拟合,即:采用单一曲线半径的理论,首先按传统方法计算,当出现大拨量时,由计划正矢推算出理论线形,由实测正矢确定实际线形,对比理论线形和实际线形,在适当的测点设置若干人为控制点以限制拨量,然后分段对计划正矢进行修正。这样,由于以理论线形为根据,自然满足圆顺性要求,同时由于分段修正,经现场试用,确实能将拨量限制在较小范围内。2.2曲线整正计算的限制条件(1曲线整正前后两端的切线方向不变,即实

4、测正矢总和必须等于计划正矢总和(=(2曲线整正前后始、终点位置不变,使曲线终点的d=0;(3曲线上控制点的拨量限制条件得以满足;(4曲线整正拨量要合理;(5整正后曲线正矢误差须符合规范规定。2.3曲线整正计算步骤(1计算理论计划正矢,按文献1计算缓和曲线与圆曲线上各测点计划正矢i;(2若,修正计划正矢,保证正矢和闭合;若=,进行下一步;(3修正计划正矢,保证曲线始、终点位置不变,使曲线终点d=0;(4若存在实际控制点,如桥梁、隧道等,修正计划正矢,使控制点拨量满足实际要求;(5若所得拨量过大,推算理论线形,据此设人为控制点,分段修正,使拨量合理;(6计算最终修正计划正矢和拨量,检查是否满足规范

5、要求。3 修正计算方法(1保证曲线两端切线方向不变的计划正矢修正理论上,如果曲线两端直线不转动,实测正矢总和应等计划正矢总和,但是,由于测量和计算精度限制,实际上大多不等于,即终点d0,而且有时相差很大。对这种情况,规范、教材等均未涉及。对此,建议按以下步骤处理。重新计算圆曲线计划正矢c根据现场实测正矢重新推算出圆曲线计划正矢cic=ny+( n1+n2/2 (1式中:i所有测点(包括曲线两端各自延伸的一点曲率为0的测点的现场实测正矢总和;ny圆曲线内测点数;n1、n2分别为第1及第2缓和曲线上的测点数,包括ZH点(HZ点和HY点(YH点。总测点数M = ny+ n1 +n2+2对于单圆曲线i

6、cc=N - 1 (2式中:N曲线上年有测点数(包括ZY点、YZ点。重新计算曲线上各测点的计划正矢及计划正矢和(i“ 用公式(1算出的c代替理论公式算出的理论计划正矢c,按文献1计算各测点的计划正矢修正值i“,并据此算出计划正矢和i“消除计算误差如果=i“,则i”即为各测点计划正矢。如果=i“仍不成,则有2种可能:如果相关较大,那么是计算有误;如果相关较小,一般是由于计算时四舍五入取整为1mm产生的误差积累,这时,考虑到缓和曲线上,特别是始(终点附近,曲率较小,在这些点上修正引起的相对误差较大,所以应将差值消化在圆曲线的计划正矢中,且以中段为好,使=i“。(2证曲线终点拨量为0的计划正矢修正拨

7、量计算公式en=2 n-1j( i i = 2d ij=0 i=0式中:d i测点的实测正矢与计划正矢之差,称测点正矢差;i、i测点的实测正矢、计划正矢(或修正计划正矢。保证终点拨量为0的修正计算按传统方法计算正矢差d i、差累积d i和半拔量d i,应注意以下几点。A、确定修正范围。修正区间的确定要考虑两方面情况。一是使误差尽可能小,一般取缓和曲线上正矢大于5mm的测点作为修正区间端点为宜。二是保证修正能够完成,如果曲线很短,中间测点少,按误差小的考虑致使修正发生困难,则庆适当扩大修正范围。B、确定计划正矢修正量a值,a值的选定要符合规范要求,为使曲线保持最大可能的圆顺度,a应尽可能小,最好

8、为1mm。如果测点少,修正困难,再根据规范调整。C、根据终点的d 值,从修正区间最外测点开始成对加减a值,逐步向内移动直到完成修正;若d 为正值,修正应先增后减,反之则应先减后增。若修正区间测点很少,所有测点都进行1 mm的修正也不能满足终点d =0,则调整修正范围和修正量,选择适当测点适当增加其修正量,达到使曲线终点拨量为0的要求。(3曲线上有控制点时的修正计算由测点正矢确定曲线形建立如图1所示坐标系,取ZH点为原点,测点I(xi,yi可用其正矢表示xi = xi-1+cosi = xi-1+cos(2n-1 fj (3yi = 2n-1( i-j i cosaj (4(i = 1,2,n式

9、中:i -i - 1测点与i测点连线与x轴的夹角(弧度;-相邻两测点间的距离,一般取10 m;ai i - 1与i + 1测点连线与x轴的夹角(弧度,ai = i + i/将测点的实测正矢i和计划正矢i(或i“,代入式(1、(2,得到测点的实际位置坐标(xis,yis和理想位置坐标(xil,yil。将曲线的理论线形与实际线形放置在同一坐标系内,测点i处实际位置与理想位置偏差用心下公式计算: dxi = xis xildyi = yis yildi = (xis xil2+(yis - yil2其中:dxi、dyi分别表示i点x、y坐标的偏差,di表示偏差距离。人为控制点及其拨量限制量的确定人为

10、控制点应先在出现圈套拨量的曲线段内;人为控制点应距曲线始、终有一定距离;如果有实际控制点时,还要距实际控制点有一定距离;为减小修正计算量,人为控制点应先在di较小测点上。由于钢轨是刚性的,所以测点至原点的曲线长应不变,这样dxi、dyi,符号必然相反。当dxi 0,dyi 0时,曲线应向外拨动,拨量就限制为di;当dxi 0,dyi 0时,曲线应向内拨动,拨量应限制为-di。保证控制点处的拨量限制得到满足的修正计算当使曲线终点拨量为0的修正完成后,若曲线上没有实际存在的限制拨量的控制点,且拨量合理时,即可结束计算。若曲线上有限制拨量的实际控制点,或者算出的拨量太大,则应进一步修正。修正时,先选

11、择好控制点总数Ic(包括人为控制点与实际控制点和各控制点的测点号IJ(k,k=1,2,Ic。这样,整个曲线分成Ic+1个区间:曲线始点IJ(1.IJ(1IJ(2,IJ(Ic曲线终点。在每个区间内,修正方法与使终点拨量为0的修正方法一样,只是控制点的拨量限制不同,可以为0,也可以不为0,计算时应认真计算、核对无误后,分段修正计划正矢,最后使各个控制点的拨量满足规定的限制条件,当然,曲线终点的拨量仍应为0。(4计算改正后的正矢i* = i + ei 1/2 (ei-1 + ei+1 (5式中:i* i点拨后正矢i i点拨前正矢ei i点拨量,向外侧拨动为正,内侧为负;ei-1 、ei+1 i点前后

12、邻点的拨量拨后正矢i*与消除计算误差后的计划正矢i“相比,其差值应符合规范规定,曲线正矢误差规定值可参照文献3相关规定。4 曲线轨道方向整正的实施(1准备工作新线应进行几次粗拨,将两端直线拨正、拨直,对曲线头尾有反弯或“鹅头”的进行整治,使曲线大至圆顺后,用绳正法进一步进行精确计算和调整。测量曲线正矢前,先在曲线外轨内侧轨顶面以下16mm处间隔10m用红油漆作好测点标记并编号,曲线头尾的测点最少延伸到直线部分2个测点。测量正矢应在无风无雨的天气进行,弦线必须拉紧,线的两端及量尺的位置要正确一致,每点正矢至少要测2次,取其平均值,精确到毫米。了解轨缝情况,如曲线两头或中间轨缝有连续瞎缝等情况,应先进行轨缝调整,以利于拨道工作顺利进行。(2计算理论计划正矢,然后进行各项修正。(3拨道在每一测点曲线外设置曲线标桩,根据计算结果仔细拨道;拨道时应按半拨距拨动,以便较快拨好,这是由于轨道是连续的,当拨动曲线上任何一点时,不仅本身正矢改变,前后邻点的正矢也随之变化。拨道时,应根据各段轨道的拨动方向,预先将轨缝调整好,使拨正后的轨缝符合规定标准。(4检查拨道后,重新测量曲线正矢,使拨后曲线正矢误差在允许限度以内,确保行车安全。5 结语(1铁路曲线轨道整正计算研究与改进