马文一
中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110013
摘要：结合CRTSⅢ型板式无砟轨道结构施工特点，充分借鉴CRTSⅠ、Ⅱ型板式无砟轨道施工工艺，按照类比法研究、精细化施工特点、高铁高标准质量要求及快速高效施工模式要求等研究思路，系统地对CRTSⅢ型板式无砟轨道精调、精测技术进行研究，确保高质量、高标准、高效率及创新性地完成CRTSⅢ型板式无砟轨道施工，力争为后续CRTSⅢ型板式无砟轨道施工提供有力而可靠的创新技术支撑。
关键词：（1）轨道板精调；轨道板精测系统；远程监控系统
本文以京沈客专辽宁段高铁建设项目为背景，在CRTSⅢ型板式无砟轨道施工研究过程中，拟采用定性与定量相结合、理论推导与实证分析研究相结合、系统研究与重点研究相结合、比较分析和规范分析相结合以及实践与创新相结合等的研究方法，结合CRTSⅢ型板式无砟轨道结构及其施工特点，重点对以下几方面对精调工艺进行研究和完善。
（1）轨道板精调工艺研究；
（2）轨道板精测系统研究；
（3）铺装进度和质量远程监控系统研究；
1.轨道板精调工艺研究
1.1 准备工作
（1）作业前组织精调人员进行工艺培训及技术交底。
（2）对作业区段CPⅢ控制网进行复测和成果确认。
（3）测量数据的计算和管理是轨道板精调施工中的关键，提前计算和核对好线路设计资料并输入PDA精测手簿。
（4）对精调机具和设备配置情况进行检查，确保所使用测量仪器满足使用和精度要求，精调机具性能稳定，精调软件系统可靠。
1.2精调建站
（1）采用测角精度1秒、测距精度1mm+1.5ppm全站仪且仪器具有自动跟踪、照准、伺服或马达等基本功能，能够多测回、多方向测角建站。仪器具有开放性开发平台，可根据用户需要随时进行程序设计与修改。
（2）建站采用自由设站法，在线路中线位置架设仪器，仪器距拟调轨道板5-60m，高度介于轨顶及CPⅢ点之间，仪器高和棱镜高设置为0，利用3~4对CPⅢ点进行后方交会自由设站。建站测量满足自由设站精度要求后，方可进行本次建站设置，否则应重新建站测量。每次测量放样范围≯60m，向前延伸搬站应重复上站1~2对CPⅢ点，仪器搬站后应检查测量上一块轨道板就位情况。
表1-1自由设站精度要求
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1.3精调测量
（1）精调测量系统
根据无砟轨道测量高精度、自动化要求，结合CRTSⅢ型轨道板结构特点，自主研发和配置精调测量系统，如下图所示。
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图1-1 轨道板精调测量系统
（2）精调工艺
首先，将安装标架1-2、3-4分别安放在待调轨道板第2、7号承轨台螺栓孔内，将安装标架5-6安放在已调轨道板第2号承轨台螺栓孔内，无线数字显示器1~6分别对应放置在安装标架旁。
其次，将无线终端与全站仪连接，建立“PDA+全站仪”的连接模式，启动PDA手簿上的“Ⅲ－PMS精测系统软件”，读取全站仪数据，打开对应线路精测文件，分别测量第1~6号安装标架上各棱镜中心三维坐标，通过软件分析得出各棱镜中心实际偏离设计线路（理论）位移值，将此位移值无线发送至对应的第1~6号显示器，第1~4号精调工人根据显示器上所显示的偏离值采用扳手对三维精调器进行位移调整，不断重复“测量+调整”模式，直至第1~4号显示器偏差值符合要求（第5-6号安装标架和显示器起检核和参考作用，以消除相邻两块轨道板的搭接误差），并保存最后一次精测数据。
精调过程中，测量人员一定要特别注意过渡段两作业面之间的搭接，搭接距离一般控制在100m左右，确保线形平顺。如下图1-2所示。
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图1-2 轨道板精调示意图
同时，该“Ⅲ－PMS精测系统软件”能同时进行左、右双线的精调作业，只需在另一条线上再配置一套安装标架、无线显示器及精调工人即可精调操作同上。由此大大节约了精测仪器的配置，并加快了双线同步精调作业，简化了现场作业工序等。
区段精调完毕立即启用软件“检测”功能，逐块复测，确保精调状态满足规范要求。复测确认后，立即安装防上浮装置，并配置跨线通道及“禁止踩踏、已精调”等标识。
表1-2轨道板精调精度指标
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（3）资料整理
测量完成后应提交以下资料：精调技术设计书；成果报告，包含内容：技术总结、轨道板精调成果文件、轨道板铺设精度检测成果文件；轨道板精调成果；在测量完成之后，应该对测量成果进行整理，并报监理审核之 后执行。
（4）精调机具
表1-3 每工作面主要精调设备
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2.轨道板精测系统研究
为高质量、高标准完成CRTSⅢ型无砟轨道板的精调施工，真正实现现场施工质量和进度的远程监控与质量控制信息化管理可视系统，全面实现CRTSⅢ型无砟轨道的智能化施工与管理，经充分剖析无砟轨道高质量高标准施工要求，利用科技的力量，特研发了“CRTSⅢ型无砟轨道板Ⅲ-PMS（即CRTS Ⅲ Precision Measurement System）精测系统暨远程监控与质量控制可视化信息管理系统”。
2. 1系统简介
（1）CRTSⅢ型轨道板Ⅲ-PMS精测系统
1）硬件配置：实现了仪器遥控操作与无线数字传输技术
Leica测量机器人、无线数传终端、PDA微电脑手簿、无线数字气象传感器、无线数字显示终端、轨道板Ⅲ型安装标架、小棱镜等。
2）软件功能
①利用图形绘制功能在PDA手簿上实时绘制所精调测量的每一块轨道板和测站位置，为双线同步精调切换作业奠定了基础，创造了无砟轨道双线同步施工的先例，也为轨道板铺设的可视化技术创造了条件；
②轨道板精调数据的导入与导出，为后续轨道板状态检查测量实现了全自动化的无人仪器操作；
③软件线路参数的输入与计算，可全线路进行，按照交点法坐标计算，较常规积木法的计算精度高，同时数据小数位保留较长，满足了0.1mm数据精度要求；
④软件的测量功能，涵盖了测量建站、气象导入、轨道板的规划与自动化测量、碎步点测量与辅助测量功能等，功能的全面性实现了轨道板的自动化精调、无砟轨道的底座和凸台的施工与检查测量及其它测量运用等高精度测量功能。其中轨道板的规划和自动化测量功能，界面人性化、信息化程度极高，也方便数据的查询与编制，与图形功能完美切换与协调，下一块轨道板测量完全自动化；辅助测量功能包括了线路坐标正反算、并完美的与坐标测量及放样功能协调一致，能自动的指导测量机器人进行测量与放样作业，放样数据的显示方便了普通仪器与自动化仪器的放样计算与检查，真正的为测量工作带来了方便；
⑤软件的文件管理功能全面，涵盖项目的新建、打开与保存，网络传输设置、通信参数和轨道板参数的输入，轨道板数据的导入与导出，轨道板精调误差的导出等。有利于项目文件的操作、无线数据传输设置、无砟轨道板不同参数类型的测量、轨道板自动化精调测量与状态检查、轨道板精调数据的管理与质量监督，通信参数统一的情况下，可实现开机即链接的通信等；
⑥软件界面的工具按钮，方便数据的保存、线路参数的输入、仪器建站、轨道板的规划与自动化测量等软件操作，其人性化操作程度极高；
可见，Ⅲ-PMS精密测量系统极其方便了CRTSⅢ型无砟轨道板的精调安装测量，软硬件设计严密、理念新颖、界面友好、功能完善、无线控制、操作简便、数据计算精密、数据管理方便、较好实现了系统的高智能化与高自动化、有效减少了人为操作误差对高速铁路无砟轨道高精度测量的影响，并且实现了CRTSⅢ型无砟轨道板施工的数字化控制与管理，为高质量、高标准无砟轨道建设创造了条件，提供了保证。
2. 2系统组网
（1）组网设备性能指标及要求
1）Leica测量机器人：测角精度1＂，测距精度1mm+1.5ppm，马达驱动，目标自动识别与照准ATR功能，导向光，RS232接口，2块电池，要求GeoCom串口开放。
2）数传终端：KYL-1020U无线模块，微功率，发射电流<30毫安，接收电流<10毫安，电压3.3V具有TTL和RS232串口电平接口，9600bps通讯波特率，433MHZ频率，8信道，收发一体半双工工作模式，要求传输距离大于200m，收发转换时间<10ms，高抗干扰能力和低误码率，供电电池充足等。
3）PDA微电脑手簿：操作系统Pocket PC 2003或Windows ce 5.0，内存RAM64M,Flash32M，工业用液晶屏，电压7.4V，电流<250毫安，电池4000mAH, 要求野外阳光下屏幕可见，电池工作时间大于8小时以上，携带和操作方便，适合野外作业，壳内空间尺寸较大，方便内置KYL-1020U无线模块，有SIM安装卡槽、外置串口通用等。
4）自动数字气象传感仪：内置KYL-1020U无线模块、瑞士Intersema数字压力传感器MS5534AP模块，要求传感器灵敏度高、测压范围300mbar～1100mbar、测压精度0.1mba，测温范围-40℃～+85℃、测温精度0.1℃，工作温度-40℃～+85℃，测湿度范围10%~100%、测湿精度1%，供电电池充足等。
5）无线数字显示终端：内置KYL-1020U无线模块和LED显示屏，要求显示屏分辨率能在阳光下清晰可见，供电电池充足等。
6）Ⅲ型安装标架：型材为合金钢，要求轻便耐用、温度变形小；各零件加工及安装精度0.2mm。
7）测量小棱镜：常数互差不大于0.2mm，各向互换性最大偏差0.2mm，钢质球壳表面特作耐磨防锈防反光处理等。
（2）无线组网通信设计
1）组网原理框图
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图2-1 组网原理框图
2）组网原理设计
①PDA微电脑手簿作为控制端，其身份识别令ID =‘0’。
②全站仪连接数传电台作为第一组客户端，数传电台作为中间连接纽带，接收来自PDA内置所研发的精调软件Ⅲ-PMS指令，测量、读取并发送数据回手簿参与软件数据处理，因为leica TCRA1201+测量机器人的串口采用GeoCom协
③无线数字显示终端作为第二组客户端，其身份识别令ID=‘1’…’8’。
其中‘1’..’4’为一个工作组，用于线路左线；‘5’..’8’为另一个工作组，用于线路右线；PDA可控制一台全站仪对两个工作组进行双线轨道板精调作业。
④自动数字气象传感仪作为第三组客户端，其身份识别令ID=‘9’；
⑤系统既可以通过变频与不同客户端进行通信，也可以通过同频进行
身份ID识别进行通信，为了避免众多客户端变频造成的频率混乱，同时在通信数据量又比较小的情况下，本系统采用了同频进行身份ID识别来实现。每个客户端只处理自己ID信息。
2.3Ⅲ-PMS软件设计与界面
Ⅲ-PMS软件的开发工具是VS.net 2005平台的vc++开发环境；运行环境是windows CE5平台下的windows mobile平台或基于windows CE5的其它平台；硬件要求是工业级别PDA，阳光下屏幕可见，RAM64M以上，能内置数传电台及GPRS模块等。
PDA手簿软件部分使用界面如下。
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3远程监控系统研究
3.1系统原理
该系统分为外业数据采集、内业数据接收与分析两部分。与Ⅲ-PMS精测系统配合使用，采用GPRS技术，把Ⅲ-PMS精测系统所采集的施工现场测量数据及精调误差数据通过无线网络传输到互联网，进而传输数据到服务器端，服务器端采用WindowsXP操作系统，利用Visual C++开发平台，通过图形编程技术，将施工现场轨道板铺设的精调进度及误差结果可视化显示在办公室终端的LED屏，实现CRTS-Ⅲ型轨道板施工实时可视化精调进度、精调结果及精调数据的有效分析与管理，真正实现无砟轨道高质量高标准要求下施工质量和进度的远程可视化监控与管理，实现了管理人员办公的自动化。
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图3-1工作原理示意图
3.2系统实现
（1）现场测量及软件
使用Ⅲ-PMS精密测量系统，控制测量机器人自动完成测量工作，同时把测量数据及结果通过无线网络和互联网传输到服务器。
（2）无线网络
采用GPRS或3G技术，把测量数据及结果通过无线网络传输到互联网，数据发送采用TCP传输协议。
（3）互联网
采用无线网络接入公用互联网网络传输数据到服务器端，数据发送用TCP传输协议。
（4）服务器及服务器软件
服务器采用WindowsXP操作系统，用Visual C++开发平台，通过图形编成技术，可视化显示测量进度及测量结果；同时可以事先导入铁路规划测量参数，实时可视化评定轨道板铺设进度及安装精度等。
4结论
（1）自主研发的Ⅲ-PMS精密测量系统，利用图形和ID身份识别技术，实时显示轨道板精调进度，方便左、右线同步精调施工的无缝切换操作，创造了左、右线同步精调的数字化控制与施工管理模式。
（2）自主研发的远程监控与质量控制可视化信息管理系统，实现了施工现场与后方多级管理机构对精调进度和质量的多重可视化监控管理与安装质量信息反馈，极大地保证了轨道板安装施工进度和质量，创造了精调作业可视化监控模式。
参考文献
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