CRTSII无砟轨道施工培训资料.doc

《CRTSⅡ型板式无砟轨道施工》

技术培训资料

2009年12月
30

目录
前言 2
一、II型板施工布板软件的作用和地位 2
二、II型板施工布板软件的起算数据 6
三、II型板施工布板软件主要功能 11
（一）、计算放样点坐标数据 11
（二）、基准点测设数据平差 12
（三）、计算轨道板精调数据 13
（四）、轨道板精调成果评估 14
（五）、其它功能 15
四、II型板施工布板软件数据计算及测量 18
（一）、 II型板式无砟轨道施工数据处理流程 18
（二）、支承层、底座及基准点测量 19
（三）、轨道基准网的测量 21
（四）、轨道板精调数据计算 24
（五）、 轨道板精调成果检测及评估 26

前言
CRTSII型板式无砟轨道施工布板软件，简称：II型板施工布板软件，是用于CRTS II型板式无砟轨道的施工测量数据计算和管理。它可以进行无砟轨道各个施工断面的放样点坐标计算、轨道基准点测设数据平差、生成轨道板精调数据文件(FFC和FFD)、轨道板精调成果评估。
一、II型板施工布板软件的作用和地位
京津城际铁路是我国首条设计时速350km的高速铁路，采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，该技术是在引进德国技术的基础上形成的，为做好引进技术的消化、吸收和再创新工作，完成制造、施工工艺改进、创新及配套设备工装的研究，形成我国自主知识产权的无砟轨道系统技术，我们进行了CRTSⅡ型板式无砟轨道施工关键技术及成套装备的研发，但施工测量的核心部分——施工布板软件由于不属于引进技术范畴，在京津项目仍然采用了德国软件。
随着CRTSⅡ型板式无砟轨道技术的广泛应用，为彻底摆脱对国外技术的依赖，做为Ⅱ型板测量技术核心组成部分的施工布板软件必须要实现全面国产化开发。
CRTSⅡ型板式无砟轨道结构主要由承载层、水泥乳化沥青砂浆充填层、轨道板、钢轨及扣件系统组成。其中承载层采用了纵向连续板带结构，使得轨道板可以连续铺设并且大幅减少了异型板的数量；轨道板承轨台在工厂内精确打磨使得轨道板在线路中具有唯一里程位置，同时打磨后的承轨台部分地、预先地形成了线路几何，减少了后续钢轨调整量。
由于上述特点，CRTSⅡ型板式无砟轨道从设计到施工采用了以布板软件为核心测量管理体系。布板软件系统包括设计布板软件和施工布板软件两部分，二者数据交流相互关联，功能上又相对独立。
设计布板软件根据线路参数和强制点要求计算出每块轨道板在线路上的位置，并向制板厂提供打磨数据和向铺板单位提供布板施工数据。

由此可见，CRTS II型无砟轨道施工测量主要有5个过程：
1) 支承层中桩及底座板边模板立模放样；
2) 轨道基准点和定位锥点放样；
3) 实测基准点平面和高程数据，进行基准点实测数据平差，生成基准点坐标数据文件DPU；
4) 轨道板精调数据(FFC、FFD)计算；
5) 轨道板精调成果复测及评估；
上述每一个施工测量过程中都需要使用施工布板软件计算的断面点坐标数据进行现场放样，同时通过测量获得现场测量数据结果，再用施工布板软件进行GRP点坐标和高程的数据平差计算或进行轨道板精调成果评估。
施工布板软件主要功能是：① 接受设计软件提供的轨道几何及轨道板布置参数，使施工布板软件与设计基础数据相关联；② 考虑各种工况桥梁荷载的变形情况计算各施工断面上控制点放样的三维坐标；③ 考虑各种工况桥梁荷载的变形情况和打磨误差因素，准确计算出每块轨道板上的支点（承轨台上左右钢轨顶点及对应的轨中点）在实际里程的空间位置；④ 根据与CPⅢ点和轨道基准点实际联测的原始数据，平差计算获得轨道基准点的精确三维坐标，为轨道板精调提供起算坐标；⑤ 对精调结果及轨道板复测数据进行检查计算评估，监控精调作业队施工情况，同时可对复测结果进行平顺性分析，对超限位置模拟扣件调整。
下图为Ⅱ型板测量管理体系构成。
从图中可以看施工布板软件在整个Ⅱ型板测量管理体系中处于核心位置，上游既与设计院在轨道几何和布板参数密切统一，同时需要设计理论数据、板场打磨数据、梁场变形监测数据做为施工计算的原始数据，下游又与作业队形成往来数据交换，控制现场测量、精调和结果评估，实现现场管理功能。因此施工布板软件在Ⅱ型板无砟轨道施工中起着不可替代的中间作用。
Ⅱ型板施工布板软件是为CRTS Ⅱ型板技术实施应用而形成的专用软件。目前只有德国博格公司拥有对该软件的设计研发能力。国内仅铁三院完成了设计布板软件的开发和施工布板软件部分模块编制，中铁十七局集团公司和成都普罗米新科技有限责任公司，于2008年开始着手全套施工布板软件的开发编制工作，是国内最早展开此项工作的单位。开发内容在完全等效实施德国博格公司软件功能的基础上又增加扣件调整方案，更适应国内施工需要。

CRTSⅡ型板式无砟轨道测量管理体系设计布板软件
à轨道几何项目数据
à轨道板布设
à打磨数据
施工布板软件
à检测跨梁顶面
à底座板/支承层放样数据
à计算轨道基准网(CPⅣ)
à板精调系统数据
设计院

施工单位
..

轨道板制造
à毛坯件类型数据
à成品件数据 ( 打磨+检测)
制板厂

造梁
à制造日期
à设计荷载检测
梁厂

特大桥梁
à跨梁类型
à跨梁布设
à设计荷载

设计院
建轨道基准网
à承载层放样
à轨道基准点布标
à轨道基准网平差

测量作业队
轨道CPⅢ网
à CPⅢ点布标
à CPⅢ网平差

施工单位

检测跨梁顶面
à底座板放样前需检测跨梁表面!

施工单位
轨道几何项目匹配
à补偿 – 坡度线

轨道板板精调系统
à基于轨道基准网进行轨道板精调
精调作业队
施工期间需对CPⅢ 进行检测!

记录

跨梁种类

荷载检核
荷载与采用比例

二、II型板施工布板软件的起算数据
II 型板施工布板软件计算必须的起算（输入）数据有：线路定线参数（平曲线、纵断面、断链）、II型轨道板打磨数据文件(.FFB)、跨梁分布数据、跨梁类型及其荷载变形参数、记录板打磨偏差的数据文件（.FFS）。

1. 线路定线参数
线路定线参数包括：线路平曲线定线参数、纵坡定线参数、断链参数。
1) 线路平曲线定线参数采用交点输入法，其参数有：交点里程、交点的东坐标、交点的北坐标、线路偏角、圆曲线半径、缓入长度、缓出长度、设计超高等。

2) 纵坡定线参数采用边坡点输入法，其参数有：坡段起始里程、坡段结束里程、坡段起始高程、坡度、竖曲线半径等。

3) 断链参数有：断链起始里程、断链结束里程、里程差等。

2. 布板分布参数
布板分布参数是线路上铺设的轨道板编号与其对应的铺设里程以及板类型等参数，主要由II型板打磨数据文件(.FFB)导入本软件系统获得。

3. 跨梁分布参数。
如果线路上有桥梁，需计算由于桥梁徐变和荷载形变的高程变化修正，则需提供线路梁跨分布参数。

4． 跨梁类型及其荷载变形参数
根据设计院提供的跨梁类型及其荷载变形参数，再根据跨梁分布，计算桥梁上的各个放样点或者轨道板精调的支点坐标的高程形变修正。

下图为某40米梁的荷载形变参数，包括：30/60/90/1000/10000天的徐变数据、0/180mm超高的底座荷载形变数据、轨道板荷载形变数据、桥面铺装荷载形变数据。

5． 板打磨偏差数据
II型板经过打磨后，最终将检测每个轨座位置的承轨槽打磨偏差数据，生成轨道板打磨偏差数据文件(.FFS)。在生成轨道板精调时使用的30个轨座支点数据文件(.FFC)时，系统使用该数据文件，对每块轨道板轨座的横向位置进行改正。

其字段分别为：
轨道+GTP板号+轨座号，左轨座至右轨座凹槽外部尺寸，1/2凹槽尺寸差，打磨日期
三、II型板施工布板软件主要功能
（一）、计算放样点坐标数据
根据线路定线参数和布板分布数据，通过定义施工断面，计算各个放样点的放样坐标，主要是计算底座立模放样坐标、基准点和定位锥点放样坐标。对于特大桥梁，考虑桥梁二期恒载和收缩徐变的变形预拱量。
计算放样点断面定义：

考虑桥梁二期恒载和收缩徐变的变形预拱量计算结果：

（二）、基准点测设数据平差
根据CPIII起算网大地坐标数据，对基准点与CPIII点联测的平面测设数据和水准高程测设数据进行平差计算，得到用于轨道板精调的基准点坐标数据文件（DPU）。

（三）、计算轨道板精调数据
根据线路定线参数和布板分布数据，计算用于轨道板精调的支点数据文件（FFC）和棱镜配位文件（FFD）。在计算过程中，自动加入板打磨偏差数据以及桥梁变形修正数据，最终满足Ⅱ板精调施工的要求。

（四）、轨道板精调成果评估
在轨道板精调后，对现场轨道板精调系统调整结果数据进行检查。在轨道板灌浆后，对轨道板位置进行复测检查。通过对轨道板的偏差和平顺性数据进行分析，对轨道板修建成果进行评估，另外还提供对超限位置的扣件进行预调整的功能，解决了轨道板精调和灌浆后的轨道板数据检查、评估和调整的问题。

（五）、其它功能
1. 具有与设计布板软件的接口功能。
具有导入PVP设计版导出的线路定线参数文件、导入板打磨数据文件.FFB、导入跨梁分布数据文件、导入荷载变形参数文件的数据接口。

2. 计算坐标检查功能。
可以读取计算的坐标数据文件进行，计算与理论断面的点的横向和高程的偏差，检查该坐标数据文件是否在计算时存在错误。

3. 数据文件格式转换功能。
可以在DPU、GSI、DPU三种数据文件格式中任意转换，即读取一种格式的数据文件，转换为另一种格式的数据文件。

四、II型板施工布板软件数据计算及测量
（一）、 II型板式无砟轨道施工数据处理流程

其中：
a) 支撑层中桩及底座板边模板放样所需的断面点平面坐标及高程数据由II板施工布板软件的『断面点坐标计算模块』计算得到；
b) 基准点、定位锥点放样的平面坐标数据由II板施工布板软件的『断面点坐标计算模块』计算得到；
c) 实测基准点的平面和高程数据的平差由II板施工布板软件的『基准点平差模块』完成，并生成轨道板精调必需的基准点坐标文件DPU。
d) 轨道板精调必需的板轨座支点数据文件FFC、板棱镜配位文件FFD由II板施工布板软件的『板精调数据计算模块』计算得到。
e) 轨道板精调成果复测的数据由II板施工布板软件的『精调成果评估模块』处理，对轨道板精调成果进行评估。

（二）、支承层、底座及基准点测量
序号
设备
数量
要求及用途
1
高精度自动全站仪
1台
测角精度≤1″，测距精度≤2+2ppm
2
电子水准仪及配套铟瓦尺和对中尺座
1台
/套
用于基准点高程测量、底座边模板标高控制样、底座板及支承层高程复核
3
棱镜三脚座及配套反射棱镜
各
1个
用于平面放样
4
CPIII目标棱镜
8个
全站仪自由设站边角交会的目标
5
气象数据测量仪
1台
读取气温、气压、湿度，用于全站仪测距改正

2.1 支承层和底座板的测量
2.1.1底座板和支承层放样坐标计算，计算断面如下图，每板缝处一断面。
如下图对底座板断面进行定义：注意在此断面定义中没有考虑底座板边缘排水坡度。

如下图对路基支承层断面进行定义：

利用II板施工布板软件计算出如图各断面点三维坐标（每板缝处一个断面），计算结果为DPU格式，再利用全站仪进行立模点的放样（精度要求小于5mm），并在模板的外面把板缝标示出来便于以后检查时定位。
2.1.2底座板和支承层的检查验收
对底座板和支承层的测量验收主要是对其相应位置的高程检查，避免在铺板时出现底座板过高影响后续工作的进行。每处板缝检查两点，断面点如图：

由II板施工布板软件计算出每个板缝处4，5点的三维坐标，将计算结果DPU格式转换成GSI（莱卡全站仪标准格式）格式，测量班组接到数据后利用全站仪对各检测点进行测量。平面位置尽量接近理论值，将各点实测的三维坐标储存在记录卡里，（注意点号要与放样点一一对应，否则软件将无法对其进行高程检查），及时交项目部利用II板施工布板软件对各点进行检查，以及时发现不合格并处理。前期检查密度为每个板缝处一断面，随着施工水平的提高可对检查密度进行适当调整。
（三）、轨道基准网的测量
3.1.1 基准点的坐标计算。
如下图定义出基准点和定位锥断面点：

承载板顶面 右 3
承载板顶面 左 1
承载板顶面 中线 2
轨道基准点（GRP）位置
（侧视）

锥形梢及螺栓点位

利用II板施工布板软件计算出如上图1、3点三维坐标（每板缝处一个断面），计算结果为DPU格式，再利用全站仪进行定位锥点和基准点的放样。
3.1.2 基准点及定位锥点的放样。
底座板、支承层施工后各测量班组根据接到放样数据对基准点定位椎进行放样（精度要求小于5mm），并同时记录下放样时实测的三维坐标。目的在于检测放样点，并作为对底座板/支承层，高程的附加检测。放样点的实测三维坐标文件（记录卡里的电子文件，GSI格式）及时反馈项目部以利用II板施工布板软件检查。放出点后及时埋设基准点测钉，和定位椎。测钉的埋设要求牢固且不得高于底座板表面，并尽可能的铅垂。定位椎锚杆要求垂直底座板/支承层表面。

定位锥点位置
轨道基准点（GRP）位置

轨道板定位锥点与轨道基准点位置示意
3.1.3 轨道基准点的测设和轨道基准网的平差计算。
1） 采用高精度全站仪测量平面坐标，而采用数字水准仪测量高程。
下面以徕卡TCA1800/2003全站仪测量数据格式，和徕卡DNA03测量数据格式为例进行说明，如果是其它类型的全站仪或数字水准仪，须采用测量数据格式转换软件将其它格式的测量数据文件转换为II板施工布板软件规定的测量数据文件格式。
2） 平面测量
测站应尽量靠近待测点连线，以利用全站仪的测角高精度性，所以对左右线的基准网分开测量。对基准点的测量应按组进行，对各组内的测量，全站仪不用倒镜，视线方向与测量运动方向相反。每组从64米（10块板）到104米（16块板）不等，视天气情况而定。也就是说从一站至少测11个基准点，其中5个为与上一站重合点。各组至少要3个测回。
Ø 测量步骤：
架设仪器并调平 观测CPIII点（至少6个点） → 观测基准点（11到16个点） → 再次观测前次测的CPIII点（以上为一个测回，每站至少测三测回） → 向前搬站观测CPIII点(至少要有4个点与上一站的CPIII点重合) → 测基准点（其中至少5点与上站测量重复）重复以上过程。
对点编号如下定义：
（举例：左轨道上基准点L00212记录为：8 00212 ）
1.数字 ……8 为左轨道、9为右轨道 、1为CPIII点
2.数字串 ……与该基准点对应的板号（5位）
下图为一组基准点部分实测数据，该测站步骤：设站、测CPIII点04201、04202、04181、04182、左线基准点02625、02626、……

3） 高程测量
电子水准仪测量基准点高程，测量基准点必须用因瓦水准尺适配座，而在不加适配座测量CPIII点情况下要说明。如同平面测量一样，水准测量时现场也不需要记录CPIII点的实际高程只需按照下述测量步骤进行测量并记录好点号及实测数据。注意记录格式选8位GSI格式。
Ø 测量步骤：
在两CPIII点中间设站 → 后视一个CPIII点(如CPIII1) → 测量(间视、中视) 基准点 → 前视一个CPIII点(如CPIII2) → 调整测站测CPIII2 → 测量基准点 → 测CPIII1（测完一组） → 向前搬站后视前一个CPIII点(如CPIII2) → 先测上一组的基准点(至少3个)再测本组的基准点 → 前视下一个CPIII点(如CPIII3) → 回测
4） 基准网的平差计算
将相关的CPIII点坐标文件、实测平面坐标的原始记录数据（储存在记忆卡的GSI格式数据，记录模式采用标准模式，只记录测量点的三维坐标数据）、电子水准仪对基准网的实测高层原始记录数据（储存在记忆卡的.徕卡的.GSI格式）直接纳入II板施工布板软件的数据库。利用软件对各点进行总体的平差计算。计算结果超限将无法通过，需重新测量，直到通过。合格的计算结果将做为轨道板精调系统精调的基准点数据。
5） 注意事项
① 平面测量原理就是测出基准点与CPIII点的相对坐标，然后利用软件将基准点与CPIII的局部坐标转换成各施工网或区域网，所以测量时不需确定测站的位置（任意设站后分别测量各CPIII和基准点，只记录所测站点和所测点的三维坐标）。
② 测量过程中不易发现测量数据的正确性，所以每组测量都要对仪器棱镜的安置仔细检查，防止测量结果偏差超限而返工。
③ 安置于CPIII点上的标准棱镜，每组的棱镜常数都比较接近，在施工时只输入一个平均值即可。为了保证对棱镜相对稳定性，棱镜插上连接杆后尽量不要插拔，棱镜插入CPIII前先正对准全站仪，之后不要转动棱镜方向。
④ 基准点的平面测量只能是在铺设轨道板之前测量，注意特别是高程测量必须消除各种荷载的影响，左右线轨道板粗铺后并且是早晨或阴天进行。
⑤ 由于尺垫不宜取下，在此统一规定在标尺架基准点，CPIII点上都要有尺垫。
（四）、轨道板精调数据计算
4.1.1 轨道板轨座支点数据文件FFC计算
1） 轨道板轨座支点数据文件FFC为精调系统提供每块轨道板(GTP)的30个轨座支点位置的理论坐标、对应承轨槽打磨轨距偏差等数据。
2） 轨道板轨座支点理论坐标值依据轨道几何参数、铺板分布等数据进行计算。
3） 轨道板轨座支点理论坐标值计算时，必须依据有关的桥梁设计荷载的徐变数据、二次恒载数据等，进行轨座理论坐标值的荷载形变计算，对处于沉降期内的桥梁由于设计荷载的徐变和二次恒载的引起的高程变形量进行补偿。
4） FFC中还须计入每个轨座位置的承轨槽打磨偏差得到的实际轨距数据。记录板打磨偏差的实测轨距数据的文件为FFS。
5） 最后作为结果输出到每块GTP板的单个文件中。
30个轨座支点位置及编号如下图所示。

FFC文件示例如下：

实测轨距偏差
轨座支点坐标（Y,X,H）

4.1.2 轨道板棱镜配位文件FFD输出
1) 在棱镜配位文件中，对每块GTP板上安置测量棱镜相应轨座号做了明确定义，以便轨道板精调系统根据测量棱镜编号调用FFC文件中对应的轨座支点的坐标数据。
2) FFD文件可一对一地相应于FFC文件用II板施工布板软件自动来生成，并必要时，可在精调系统中进行编辑。
FFD文件示例如下：
轨座支点编号
棱镜编号

（五）、 轨道板精调成果检测及评估
5.1.1 此处所描述的对轨道板的检测作业是在打磨好的承轨台上不安装钢轨的情况下进行的，也就是说，不考虑钢轨扣件要素的情况下进行的。
5.1.2 轨道板精调成果检测的主要任务是发现尤其在板接缝处平面和高程上的误差超限情况以及板中央的高程偏差。
5.1.3 轨道板精调成果检测基准是采用线路两侧的CPIII控制网。用线路两侧的3～4对CPIII控制点进行后方交会，设定全站仪的测站坐标和方位。
5.1.4 轨道板精调成果检测方法为：采用高精度全站仪+测量标架，测量左右轨座支点的坐标。测量标架可采用轨道板精调系统所使用的测量标架。
5.1.5 每块轨道板共检查6个轨座位置，编号分别为：1～6。

5.1.6 测量时点号的命名规则为：板号(6位)+测点编号(1位)。
5.1.7 检测步骤：
用3～4对CPIII点后方交会设站 → 标架紧靠在线路前进方向的左侧方向承轨台依次测量本站内所有板的4#、5#、6#测点坐标数据（如果有搭接，须测量上一站的最后一块轨道板上的4#、5#、6#测点） → 到本站测量终点后，标架掉头 → 标架紧靠在线路前进方向的右侧方向承轨台依次测量本站内所有板的1#、2#、3#测点坐标数据（如果有搭接，须测量上一站的最后一块轨道板上的1#、2#、3#测点） → 本站测量完成，换站
检测示意图如下所示：

5.1.8 测量换站时，应重叠观测上一站的最后一块轨道板上1～6#测点的数据，作为搭接数据过渡。

5.1.9 轨道板精调成果评估采用II板施工布板软件中的『精调成果评估模块』进行。
1）导入检测数据文件。

2）评估限差设定

3) 计算左右轨道的横向和高程偏差(与理论值相比较)。

4) 进行长、短波轨向、高低、扭曲等不平顺性分析，对轨道板精调质量进行评估。

5）可以对超限部位的轨座进行模拟扣件调整。