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无碴轨道测量系统软硬件培训2008年10月陕西铁路工程职业技术学院测绘教研室第一部分相关背景介绍第二部分无碴轨道精密定轨测量控制体系第三部分轨检小车软、硬件学习第四部分无碴轨道检校车测量部分总体方案设计第五部分国内轨检小车发展现状主要内容第一部分相关背景介绍1高速铁路的定义2高速铁路的现状与发展3高速铁路的效益4我国高速铁路的发展高速铁路的定义：有碴轨道结构历史悠久，在长期的应用中，人们积累了丰富的施工和养护经验，轨道本身又有弹性好的优点，加之铺设费用低，维修容易，所以人们认为它是比较经济的结构型式。然而，随着铁路行车速度的提高，对线路的要求也越来越高，特别是列车动力荷载的增加，对道床的稳定性、线路的平顺程度的要求更高，这样，容易变形的有碴道床就难以适应了。为了满足使用要求，就必须加大养护维修的频率和工作量，稍有不慎就可能造成行车中断，维修费用则因此而大幅度提高，导致铁路运输经济效益下降。为了适应列车高速运行的需要，解决线路维修的困难，世界各国研究和开发了多种结构型式的无碴轨道，主要有板式、长枕埋入式、弹性支撑块式、Rheda型、双块式等。高速铁路的定义：无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式。无碴轨道：用整体混凝土结构代替传统有碴轨道中的轨枕和散粒体碎石道床的轨道结构（中华人民共和国行业标准《客运专线无碴轨道铁路设计指南》2005）。它具有良好的轨道稳定性、平顺性、耐久性；其结构高度低、自重轻，可减小桥梁二期恒载和降低隧道净空；道床整洁美观，可消除列车运行时的道碴飞溅和粉化；轨道变形缓慢，不仅可显著减少轨道养护维修工作量，更为重要的是可减少施工“天窗”（施工“天窗”是指列车运行图中预留的供工程、工务、电务等部门进行基建、更改和设备大、中修施工的固定时间。）的需求，对通车后的运输组织极为有利。无碴轨道初期相对较大的建设投资也能在运营中得到回报。基于此，无碴轨道在世界各国新建高速铁路中比例接近100%。无碴轨道技术：“碴”的意思是岩石、煤等的碎片。在铁路上，“碴”指作路基用的小块石头。传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在枕木上，之下为小碎石铺成的路碴。路碴和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助铁轨承重的作用，防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里。此外，路碴还可以减少噪音、吸热、减震、增加透水性等。这就是有砟轨道。传统有碴轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用较大。同时，使列车速度受到限制，不适于列车高速行驶。世界高速铁路的发展证实，高速铁路基础工程如果使用常规的轨道系统，道砟粉化严重，线路维修频繁，安全性、舒适性、经济性相对较差。无碴轨道的主要技术特点良好的结构连续性和平顺性良好的结构恒定性和稳定性良好的结构耐久性和少维修性能工务养护、维修设施减少免除高速条件下有碴轨道的道碴飞溅有利于适应地形选线，减少线路的工程投资减少客运专线特级道碴的需求无碴轨道弹性较差建设期工程总投资大于有碴轨道对地震和环保的适应性关于线下工程的“工后零沉降”建设理念高速铁路的现状与发展：目前新建高速铁路和经过更新改造提高性能的线路是全球铁路网中增长最快的部分，在欧洲的发展更是方兴未艾。根据铁盟(2005)的统计和最新资料，到2006年，全球新建成(包括正在试运行)的高速铁路达到7196km，其中欧洲拥有4299km时速达到250km以上的新建高速铁路，还有大约20000km的铁路线可运行高速列车。预计到2010年，除中国以外还将有6000km新建高速线投入运营。高速铁路的现状与发展（法国）：法国国土面积55万km2，是最发达的工业国家之一，国内生产总值仅次于美、日、德、中、英，居世界第六位。1981年法国第一条高速铁路线正式投入使用，虽然起步比日本略晚，但技术水平一直居世界领先地位。据统计，1890—1990年的100年间，世界铁路创造的17次速度记录有9次是法国铁路创造和保持的，最新时速记录是法国1990年5月18日创造的515．3km。迄今法国共建成高速铁路1573km，TGV（TGV是法文中TrainàGrandeVitesse的缩写，翻译做中文是高速列车的意思。）可通达里程达到7500km，法国国家铁路公司(SNCF，简称法铁，下同)在欧洲高速铁路的市场份额(以周转量计)中占到55％。1981年以来，TGV共运送了12亿乘客。尤其是在进出巴黎的客运中，TGV占到54％的份额。高速铁路的现状与发展（瑞典）：瑞典国土面积约45万km2，人口906万。国土呈狭长形状，南北长约1500km，东西宽仅400km，90％的人口和主要工业、消费区域集中在中南部，矿山、森林等大量自然资源分布在人口稀少的北部，南部约82％的人口在城市，因此，铁路在本国交通运输和与欧洲大陆的交流联系中发挥着重要作用。目前铁路轨道长度17000km，年客、货运量分别为7900万列车公里和4300万列车公里。无碴轨道技术在国际高速铁路建设领域应用较为广泛：德国科隆—法兰克福高速铁路有90%区段采用无碴轨道；日本盛冈—八户高速铁路80%以上区段采用无碴轨道；九州新干线新八代—鹿儿岛间线路90%区段采用无碴轨道。无碴轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。无碴轨道是当今世界先进的轨道技术，完全可以满足列车200公里/小时的高速运行的要求。无碴轨道是高速铁路工程技术的发展方向高速铁路的经济效益：高速铁路具有很强的社会效益。一是提供大容量的交通，欧洲高速铁路每天30万人以上的运量，可以有效减少地面交通拥堵。二是环境友好，并具有较高的能源利用效率。三是有助于经济快速发展。四是有利于区域开发、优化国土结构和推进城市化发展。欧洲高速铁路土地占用仅为高速公路的I／3，能源效率一般是飞机的9倍，汽车的4倍。据铁盟统计，在土地占用上，德国科隆至法兰克福的高速铁路占地宽度约15m，运量相同的双向6车道高速公路占地约50m。法国巴黎至里昂高速线长470km，占地仅与戴高乐机场相同。在能耗和环境影响上，高速铁路百人公里耗能分别只有私人轿车和飞机的42％和37％，百人公里二氧化碳排放量只有私人轿车和飞机的28．6％和23．5％。在社会成本上，巴黎～布鲁塞尔交通走廊大力神(Thatys)高速列车的千人公里外部成本只有汽车和飞机的23％和21％。我国高速铁路现状与发展：①“十一五”期间，我国将建成9800公里客运专线，占我国《中长期铁路网规划》中1.2万公里客运专线总长的逾80%。而到2020年的这段规划期间，我国铁路建设预计的2万亿元总投资中，将有1.25万亿元在这最初的5年中投入。②“十一五”及其以后几个五年规划期间，铁路运输需求增大：铁路客运需求进入快速增长期；铁路货物运输需求持续增长；对铁路运输服务质量的要求不断提高；③国外的经验表明，铁路发展必须确立适度超前理念。1997年4月1日，第一次大面积提速，以沈阳、北京、上海、广州、武汉等大城市为中心，京沪、京广、京哈三大干线全面提速，开行最高时速达140公里；1998年10月1日，第二次大面积提速，京沪、京广、京哈三大干线的提速区段最高时速达到140～160公里，广深线采用摆式列车，最高时速达到200公里；2000年10月21日，第三次大面积提速，重点是欧亚大陆桥、陇海、兰新线、京九线和浙赣线。2001年11月21日，第四次提速，提速范围超过1.3万公里，基本覆盖全国较大城市和大部分地区。我国铁路的六次提速2004年4月18日，第五次大面积提速，提速后，京沪、京广、京哈等干线铁路提速区段列车最高时速可以达到160公里；同时增开北京至上海、杭州、南京、哈尔滨、武汉、西安、长沙等19对一站到达的直达特快旅客列车。2007年4月18日，第六次大面积提速，涉及京哈、京沪、京广、陇海、沪昆、胶济、广深、京九、兰新等十八点条线路。并增开了时速在200公里/小时的“和谐号”动车组。中国主要城市间旅行时间平均缩短百分之三十左右。从以上我国铁路的发展历程可以看出高速铁路的建设已经成为铁路建设的发展方向，而传统的路轨技术远远不能满足高速列车行驶的要求，于是无碴轨道技术便应运而生。第二部分无碴轨道精密定轨测量控制体系“无碴轨道项目要获得成功，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统—否则必定失败。”弗莱德尔轨道系统执行副总裁巴哈曼平面坐标偏差绝对限差±10mm高程偏差绝对限差±10mm超高偏差限差±2mm轨距标准偏差±2mm水平短波不平顺偏差限差±2mm水平长波不平顺偏差限差±10mm竖直短波不平顺偏差限差±2mm竖直长波不平顺偏差限差±10mm高速铁路规范要求无碴轨道的测量控制体系客运专线无碴轨道铁路工程测量平面控制网宜按分级布网的原则分三级布设：第一级：基础平面控制网第二级：线路控制网第三级：基桩控制网为勘测、施工、运营维护提供坐标基准为勘测和施工提供控制基准为铺设无碴轨道和运营维护提供控制基准控制网级别测量方法测量等级点间距备注CPⅠGPSB级≥1000m≤4km一对点CPⅡGPSC级800～1000m导线四等CPⅢ导线五等150～200m10～20m一对点后方交会50～60m客运专线无碴轨道铁路工程测量各级平面控制网布网要求：控制点可重复性测量精度相对点位精度CPⅠ108+D×10-6CPⅡ1510CPⅢ导线测量65后方交会测量51控制点的定位精度要求①可重复性测量精度：控制点两次定位坐标差的中误差或补设、增设控制点时，由现有已知控制点发展的新控制点相对于已知点的坐标中误差；②表中数据为X、Y坐标方向的中误差；③D为基线边长，单位为mm。第三部分轨检小车软、硬件学习我国高速铁路尚处于兴建初期，在国内尚无专门针对高速铁路无碴轨道几何参数进行绝对模式测量的设备或装置。在日本，KANEKO公司有改进型手推式轨检小车（KS5735系列），适用于一般区间检测、道岔检测、竣工验收检测等。在欧洲，最具代表性是瑞士徕卡公司和瑞士安伯格测量技术公司联合研制的“LEICAGRP多功能轨道测量系统”，该系统分为GRP1000、GRP3000、GRP5000三个型号，可分别完成轨道测量、轨道和限界测量及隧道全息成像测量。该系统是当今世界上先进轨道静态测量技术的代表作，首次引入绝对测量概念，将全站仪自动跟踪目标功能用于轨检小车的绝对坐标与轨检小车自身的轨距测量、水平超高测量有机结合，在专业的功能完善的机载软件控制下，可完成轨道静态测量的各种测量功能，是一个高级的功能完善测量系统。安伯格GRP1000轨道测量系统包括：◆TGSFX手推轨检车◆GBC100棱镜◆GRPwin软件模块——基本模块和选配的数据输出到捣固机模块◆LEICA全站仪TPS1100/1200/2000系列等测量：GRP1000与LEICA全站仪结合，能实时提供精确的轨道三维坐标。自动的照准轨道目标，全站仪和GRP系统之间持续电台通讯完成高速自动测量。集成的高精度传感器测量所得的轨距和轨道超高数值为全面的轨道几何测量提供了需求的数据。注：总长约为460公里的郑州-西安高速客运铁路专线，采用的是德国先进的“旭普林无碴轨道建造体系”。该体系经联邦铁道署（EBA）审查并通过认证。无碴轨道铺设施工测量：轨道检测小车是一种无列车轮载作用时可检测静态轨道不平顺度的便捷工具。它采用电测传感器、专用便携式计算机等先进检测和数据处理设备,可检测高低、水平、扭曲、轨向等轨道不平顺参数。国外铁路在动静态不平顺差异较小的高平顺线路、无碴轨道线路,以及在新线施工中,整道、检查铺设精度、验收作业质量时,轨道检测小车得到了较为广泛的应用。瑞士安伯格技术公司生产的GRP1000,由手推式轨检小车及相应的控制单元、传感器装置(可测量高低、轨向、水平、轨距、里程等),全站仪以及测量和分析软件等组成。在实现精确测量轨道内部几何参数之余,还可配合全站仪测量轨道的外部绝对位置。目前,该设备在欧洲无碴轨道高速铁路、中国台湾高速铁路和国内的遂渝线无碴轨道试验段等工程上得到了很好的应用。GRP1000测量系统主要由TGSFX手推轨检车、GBC100棱镜