有砟线路三维定位及精确测量

刘延军

(大秦股份有限公司太原南工务段，山西太原 030000)

随着高速铁路迅速发展，无砟轨道和有砟轨道都有着不同的发展规模，无砟轨道因其覆盖精测网和相配套的精密测量仪器，能够为维修养护提供准确的作业数据，而有砟轨道无论新开通线路还是大提速后的既有线，精测网覆盖不到位，没有相配套的精密测量仪器，不能为维修养护提供准确作业数据，因此如何做好有砟轨道的维修养护是我们面临的问题。

为了做好有砟轨道线路设备维修管理，提高维修技术水平，满足线路高平顺性、高稳定性、高可靠性的要求，需要对线路进行精确测量并准确定位，因此我们应积极采用新技术和先进的测量、施工作业方法，优化作业组织，提高线路检修质量，“线路三维定位”系统就是其中一项新方法。

近些年三维定位技术在铁路线路中逐步应用，通过建立永久性定位桩，固定轨道结构，为日后维修养护制定标尺，但对定位桩如何定位及精确测量，在各个地方都不相同，在此谈谈自己的想法。

1 三维定位概述

1)“线路三维定位”系统是通过在线路上设立定位桩，对线路横向、纵向距离，高程进行定期观测控制管理的系统。

2)“线路三维定位”系统能够监测控制线路形状的固定位置，指导大中维修及日常线路的施工养护维修，它能够准确固定保持线路位置，进而保证和提高线路设备质量，对确保线路高平顺、高稳定性、高可靠性起着重要的作用。

3)“线路三维定位”系统是高速铁路和提速干线实施线路定位管理的新方法，它对保证有砟线路的质量发挥了重要作用。同时它对其他线路的线型控制也有很好的作用。

2 “线路三维定位”系统的布置

定位桩的布置包括直线定位、曲线定位、道岔定位。

1)直线定位:每50 m布置1个桩，可布置于两线间或上下行分别布置(建议上下行分别布置不仅是因为路肩处容易布置:而且可以为日后大机作业提供方便);

2)曲线定位:每条曲线于曲线要素处布桩分别为直缓点、缓圆点、曲中点、圆缓点、缓直点，进入缓和曲线和圆曲线内每10 m布置1个桩;

3)道岔定位:在进入岔区前50 m开始布桩，每10 m布置1个桩(上下行可共用此桩)，进入道岔后，每组道岔设置5个定位桩，其中在基本轨轨头、尖轨中部、导曲线中部、尖轨限位器、辙叉根端各安装1个桩，夹直线每10 m布置1个桩(上下行可共用此桩)。

直线、曲线、道岔布桩应结合现场实际情况科学布桩;

直线和曲线定位桩编号按照里程由小到大进行，道岔区单独编号按照里程由小到大进行。

3 “线路三维定位”系统的测量方法

首先确定测量目标:

一是定位桩即预先布置的有十字标志的控制桩;

一是轨面测量点即与定位桩对应钢轨轨面，其中曲线高程需测量曲线下股，偏距需测量曲线上股。

1)CPⅢ精测网测量法。

当线路布置有精测网时，利用轨道三维控制网(CPⅢ)，通过使用全站仪对CPⅢ点进行测量，与CPⅢ网建立坐标系，可以采用后方交会法。

a.使用全站仪进行定位桩测量，得到定位桩坐标x，y，z值(x，y为平面坐标，z为高程)。

b.使用全站仪进行轨面测量点测量，得到轨面测量点坐标x'，y'，z'值。

c.通过定位桩坐标 x，y，z值及轨面坐标 x'，y'，z'值，使用里程对应公式得到定位桩所对应里程位置Y里程，并得到该里程线路中心坐标X，Y，Z值，根据坐标值计算出定位桩到线路中心的理论高差H理，定位桩到线路中心的理论偏距L理。

e.计算起道量H起和拨道量L拨:

当定位桩在所测行别线路中心的左侧时:

L实-L理＞0，拨道方向为左;

L实-L理＜0，拨道方向为右;

当定位桩在所测行别线路中心的右侧时:

L实-L理＞0，拨道方向为右;

L实-L理＜0，拨道方向为左。

f.数据标记:在钢轨外侧标记定位桩到轨面测量点的设计偏距L标=LL±L拨和设计高差H理=HL+H起，为日后维修养护作业提供调整标准。

2)参考点测量法。

当线路并未覆盖精测网时，通过选取一个固定点作为参考点，使用全站仪对参考点进行测量并建立临时坐标系。

a.使用全站仪进行定位桩测量，得到定位桩坐标x，y值(x，y为平面坐标)。

b.使用全站仪进行轨面测量，得到轨面坐标x'，y'值。

c.对多个轨面测量x'，y'数据进行线性拟合，选取最理想线性函数，得到轨面理论坐标X，Y值。

d.使用L形轨道卡尺测量，得到定位桩到线路轨面测点的实际高差H实，定位桩到线路轨面测点的实际偏距L实。

e.计算拨道量L拨:

当定位桩在所测行别线路中心的左侧时:

L拨＞0，拨道方向为左;

L拨＜0，拨道方向为右;

当定位桩在所测行别线路中心的右侧时:

L拨＞0，拨道方向为右;

L拨＜0，拨道方向为左。

f.使用高程标尺对定位桩进行高程测量，得到定位桩高程h1。

g.使用高程标尺对轨面测量点进行高程测量，得到定位桩高程h2。

h.对一系列轨面h2数据进行拉坡重计算，得到轨面测量点的理论高程H理。

i.计算起道量H起:

j.数据标记:在钢轨外侧标记L标=L实±L拨和H标=H理-h1，标记数据为日后维修养护作业提供调整标准。

上述最后指导现场作业的数据是起道量H起和拨道量L拨，起道量永远为正值，拨道量以小里程到大里程方向为依据，分为向左拨道和向右拨道。

4 建立“线路三维定位”系统台账

因新线路开通后，随着运营时间的增加，线路结构逐步变化，与设计资料比较，线路轨道设备发展不均衡，不能保持良好状态。

既有线路没有设计资料，在进行拨道量和起道量计算时，使用的是优化参数，同时坐标系为临时坐标系，作业后的线路没有设计资料可以比较，因此必须对“线路三维定位”系统建立台账。

1)定位桩台账:对每一个定位桩编号并记录在册，包括损毁和新建情况;

2)轨面测量点台账:对每一处轨面测量点编号并记录在册，包括测点所在位置，线路基本情况(线型、坡度、钢轨型号、作业次数)等内容;

3)数据台账:分为测量数据台账，计算数据台账，作业数据台账，复测数据台账。

通过系统台账的建立，我们可以对“三维定位”系统的了解做到及时性、系统性、准确性。

随着铁路事业的高速发展，通过认真学习和借鉴国外高速铁路建设和运营的成功经验，坚持博采众长，加强自主创新，系统设计，系统集成，在此基础上，构建具有自主创新的技术体系，才能创造我国自有的铁路运输体系。随着大提速的步伐对线路的要求越来越严格，不能只凭借经验和照搬其他国家体系系统，因此通过自己建立数据系统来整理适合自身的工作系统，三维定位系统的建立能通过长期对线路观测，整理和总结数据资料，从而建立适合我国铁路工务管理养护的系统模式。

［1］ 王兆祥.铁道工程测量［M］.北京:中国铁道出版社，1998:25-27.

［2］ 铁道部.中华人民共和国高速铁路有砟轨道线路维修规则［M］.北京:中国铁道出版社，2013:3.

［3］ 周玉辉.高速铁路工程测量有关技术问题的探讨［J］.铁道勘察，2005(30):67-69.