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IMS惯导系统轨检仪在高速铁路无砟轨道长轨精调施工的应用

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：耿信财

[导读] 摘要：IMS惯导系统测量仪采用绝对（高精度惯导）测量模式，快速检测轨道的轨向、高低、轨距、水平、三角坑等内部几何参数。

        中铁七局集团武汉工程有限公司湖北武汉 430000
        摘要：IMS惯导系统测量仪采用绝对（高精度惯导）测量模式，快速检测轨道的轨向、高低、轨距、水平、三角坑等内部几何参数。整个测量过程是由高精度惯导记录轨道轨迹和CPⅢ控制点进行绝对定位相结合的原理，得到的轨道信息更接近轨道的真实状态，改变了常规测量设备逐根轨枕进行数据采集的方法。在长轨精调数据采集过程中连续记录测量仪的绝对位置关系，实现了快速进行轨道几何状态进行数据采集的目的。
        关键词：IMS惯导系统、绝对测量、快速检测
        引言
        现在国内外高速铁路无砟长轨精调基本采用全站仪多点设站，利用轨检仪对每一根轨枕处的轨道几何状态进行绝对位置测量，测量效率低，很难满足工期紧的测量任务。IMS惯导系统轨道检测仪首次改变传统逐点测量模式，采用相对（高精度惯导）测量模式，快速检测轨道的轨向、高低、轨距、水平、三角坑等内部几何参数，在数据采集过程中受外界因素影响小，测量效率高。
        1、工作原理
        IMS惯导系统轨道检测仪根据惯导系统记录轨检仪的运行轨迹的特性和依据CPⅢ进行绝对定位相结合的原理，推算轨道的几何状况。它是把惯导系统、轨检仪、全站仪等设备结合为一体，在测量过程中连续记录轨道几何状态，且设站过程中无需进行搭接处理。

        图1 IMS惯导系统基于CPⅢ点绝对控制测量
        2、工程实施分析
        2.1 工程概况
        新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段3标三分部起止里程为：DK387+851.27～DK398+597.23、DK404+566.34～DK413+670(运营里程：K401+959.811～K412+648.82、K418+622.66～K427+721.59）上下行正线，线路全长19.849km，地处湖北省十堰市境内，全线以路基、桥梁和隧道结合，道床板为CRTS I 型双块式无砟轨道结构。该铁路为设计时速350km/h的双线高速铁路。

        图2 惯导系统轨道检测仪组成
        2.2 GRP IMS惯导系统轨道检测仪性能测试
        （1）测量精度对比分析
        选取5处位置做标记，分别用“0”级道尺、电子水准仪和全站仪测量5处的轨距、高程和平面位置。
        ①用IMS惯导系统测量仪测量5处标记位置的轨距和“0”级道尺测量的同一位置的轨距进行对比，对比偏差值规范要求小于1mm，说明仪器的轨距测量精度满足规范要。对比值如下表：
                                                              表1 IMS惯导系统和0级道尺测量轨距对比表

        ②用IMS惯导系统测量仪测量5处标记位置的高程和电子水准仪测量的同一位置的高程进行对比，对比偏差值规范要求小于2mm，说明仪器的轨距测量精度满足规范要。对比值如下表：
                                                             表2 IMS惯导系统和电子水准仪测量高程对比表

        ③用IMS惯导系统测量仪测量5处标记位置的平面位置和电子水准仪测量的同一点平面位置进行对比，对比偏差值规范要求小于2mm，说明仪器的轨距测量精度满足规范要。对比值如下表：
                                                             表3 IMS惯导系统和全站仪测量平面位置对比表

        通过对比分析IMS惯导系统和“0”级道尺、电子水准仪和全站仪测量数据，数据较差均小于规范限差值，说明该设备的测量精度满足高速铁路长轨精调的要求。

        图3 IMS惯导系统和GRP1000测量数据对比

        图4 IMS惯导系统稳定性分析
        （2）与传统轨检仪测量数据一致性分析
        选取1.5公里线路，分别运用传统的GRP 1000轨道检测仪和GRP IMS轨道检测仪进行测量，对比分析GRP IMS轨道检测仪测量数据。
        通过测量数据分析证明，GRP IMS和GRP1000测量的数据较差值小于规范要求的2mm，轨道波动趋势一致。
        （3）仪器设备稳定性分析
        选择合适地段200m，分别在不同的时间段用IMS惯导系统轨检仪进行数据采集，三次测量数据较差均小于无砟轨道静态铺设允许偏差值。
        通过以上三项测量数据对比分析，以图、表形式直观反映出IMS惯导系统测量仪的测量精度、测量稳定性以及和传统轨检仪测量数据的一致性均满足规范的精度指标和限差要求，该设备可用于高速铁路无砟轨道长轨精调数据采集。
        2.3 施工流程

        2.4 TQI值检验
        TQI值是轨道不平顺性指数，是一种采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法，该值的大小与轨道状态平顺性密切相关。
        通过采集的轨道相对几何状态数据，用TQI值来评价轨道平顺性质量。汉十高铁业主单位和介入组要求的TQI值：静态1.35，动态1.80，远远高于规范要求。
        汉十高铁3B标通过引进IMS惯导系统测量仪，解决了施工精调中的难题；通过一遍绝对和两遍相对精调，精调效果达到了预期的目标，轨道TQI值达到了业主单位和介入组的要求。
        2.5 效益分析
        采用GRP1000完成40km的数据采集约需要34天，而GPR IMS完成40km的数据采集约需要6天，节约工期28天。
                                                                   表4 汉十高铁3B标左线TQI报告

        其中，直接费用成本：包含节省的测量技术人员及防护人员劳务费用成本为：测量技术人员300元/天×4人+防护人员200元/天×2人，安伯格GRP1000测量仪和全站仪一天的租金约3000元/天，节约人员成本（300×4+200×2+3000）×28=12.88万元，采用GPR IMS轨检仪进行数据采集可少用1名测量人员：300×6=1800元；共计节约人员成本：13.06万元；间接费用成本：28天节约项目管理费用约129.75万元。合计共节约费用成本约142.81万元，经济效益良好。
        3、结束语
        采用IMS惯导系统轨检仪解决了在新建汉十高铁3B标中无砟轨道长轨精调测量中工期紧、任务重的问题。该设备简便易操作，在测量过程中受外界因素的影响较小，同时大大提高了高速铁路无砟轨道长轨精调数据采集效率，缩短了工期，降低了对施工线路上各工序的影响，节约了能源消耗和资源占用。
        参考文献
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