【文章內容簡介】 ，采用高性能瀝青水泥砂漿提供粘結和均勻的支撐，并使用高精度快速便捷的測量系統(tǒng)保證軌道施工精度，其施工機械化程度很高。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 圖 左圖為傳統(tǒng)型 Rheda 右圖為 2021型 Rheda （ Zublin）無渣軌道：它與雷達型無渣軌道系統(tǒng)相似，都使在混凝土支撐層上鋪設雙塊式軌枕無渣軌道，只是所采用的施工工藝不同。施工中先灌注道床板 混凝土，然后將安裝好的雙塊式軌枕通過振動法嵌入壓實的混凝土中，直至達到精確的位置。（如圖 所示） 圖 旭普林（ Zublin）無渣軌道 （ Slab）：日本板式軌道經歷了由溫暖地區(qū)向寒冷地區(qū) .普通軌道板向防震軌道板 .堅實基礎向土質路上長達 30 多年的運營實 踐和不斷完善，并形成了標準。 （ Low vibration track）：它為減振型軌道，通過在支撐塊下設置橡膠彈性墊層和橡膠靴套，為軌道結構提供良好的彈性。彈性支撐塊式無渣軌道為瑞士首創(chuàng)，在很多國家得到廣泛使用 。（如圖 所示） 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 6 圖 彈性支撐塊式無渣軌道（ Low vibration track） 型無渣軌道 （ Pabed concrete track）：它是英國研究的就地澆筑鋼筋混凝土道床，鋼軌直接與道床連接，并連續(xù)支撐在軌道板上的連續(xù)帶狀橡膠墊 層上。 （ Ladder track）：是日本研發(fā)的新型軌道結構，該結構將兩根預制縱向軌枕通過橫向連接形成軌枕框架，既能用于有砟軌道，也能與基礎結合在一起成為無砟軌道。它具有自重輕 、 易維修 、 低造價等優(yōu)點。 （如圖 所示） 圖 梯子型軌道（ Ladder track） 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 7 第二章 無砟軌道測量 方法 客運專線鐵路無 砟 軌道與傳統(tǒng)有 砟 軌道相比，具有結構簡單、穩(wěn)定性高、軌道養(yǎng)護維修量小，鋪設方便和彈性好等優(yōu)點；但其結構和部件一旦破壞，修復十分困難。因此，設計和施工精度要求比有 砟 軌道更高，無 砟 軌道的施工質量應滿足高低與軌向 2 毫米，水平 1 毫米，軌距 177。1 毫米的要求。無砟軌道施工中測量的主要任務是采用必備的測量儀器 ,依據軌道設計參數和 CPⅢ 控制點 ,通過精調測量的方法 ,實現軌道幾何尺寸準確及確保軌道幾何尺寸的質量。 一般的無砟軌道測量方案主要由建立 CPⅢ 網，底坐板混凝土鋼模放樣 ， 凸形擋臺鋼模放樣 ， 軌道板精調 ， 鋼軌精調五個步驟組成。在本章中我們重點介紹 高速鐵路測量中的投影面的選擇、 CPⅢ 網的測量和 鋼軌精調 等 方面的內容。 一、高速鐵路測量中 投影面的選擇 高斯投影又稱橫軸圓柱等角投影 ， 其投影沒有角度變形，但有 長度變形和面積變形，高斯投影在中央子午線上沒有長度變形 ， 離開中央子午線就有長度變形 ， 且距中央子午線越遠長度變形越大。為控制長度變形 ， 我國采用經度為每 6176。 和 3176。 設一條中央子午線的 6176。 帶和 3176。 帶的分帶投影。國家三角點均為 6176。 帶或 3176。 帶的坐標。對于工程測量應用而言，一般都規(guī)定了投影的變形不能大于某一規(guī)定的限值。為了對變形加以控制，一般要構建獨立坐標系，建立的原理無外乎限制由于高差引起的變形和由于投影引起的變形。根據《客運專線無 砟 軌道鐵路工程測量技術暫行規(guī)定》的技術要求，客運專線無砟 軌道鐵路工程測量平面坐標系采用工 程獨立坐標系統(tǒng)，坐標系的設計應滿足如下要求：投影長度的變形值不大于 10 mm/km。對于東西走向的鐵路，如果采用高斯投影分帶設計，就需要劃分很多個投影帶才能滿足投影長度變形的要求，這將給勘察、設計和施工增加很多麻煩。為了既能滿足投影變形要求，又能減少投影帶，采用斜軸墨卡托投影就能解決上述問題。 （一） 、 距離投影長度綜合變形的分析 設實地測得兩點間的平距為 Js，用坐標反算求得兩點間的距離 D，二者之差為 △ S，△ S 就是規(guī)劃至某一坐標系所產生的變形，它是實測距離投影至參考橢球面 (或某一參考面 )的長度變形和投影到高斯 平面的長度變形之代數和。 將實際測量的真實長度歸化至國家統(tǒng)一的橢球面上時，將會產生高差投影變形 mm S/RHS ??? 1 式中： R－長度所在方向的橢球曲率半徑； mH －長度所在高程面相對于橢球面的蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 8 高差； 1S － 實際測量的水平距離。 表 高差投影變形相對精度變化 高差 H/m 10 20 30 40 50 60 70 80 90 變形 精度 1/637100 1/318500 1/212300 1/159200 1/127400 1/106100 1/91000 1/79600 1/70700 由表 可知，當不考慮高斯投影產生的變形時，要使長度變形小于 1/100000，則線路的高程至歸化高程面的距離不宜大于 60 m(長度變形比為 1/100000)。然后再將橢球面上的長度投影到高斯平面上，將會產生地圖投影變形，應加的改正數為： S)R(YS m ???? 222 2 式中： R－ 測區(qū)中點的平均曲率半徑； mY －距離的兩端點橫坐標平均值。 表 地圖投影變形相對精度變化 偏移量Y/km 5 10 15 20 25 28 30 35 40 變形 精度 1/3196200 1/799100 1/355100 1/199800 1/127800 1/101900 1/88800 1/65200 1/70700 由表 可知，當不考慮高差投影變形時，若使高斯投影變形值不大于 1/100000，應將投影帶邊緣至中央子午線的距離控制在 28 km 以內，即投影帶的寬度應不大于 56 km。 地面上的長度經過以上兩次改正計算，被改變了真實長度。這種高斯投影平面 上的長度與地面長度之差稱為長度綜合變形，其計算公式為 : s)R(HS)R(Yδ Amm ?????? 22 2 為了方便計算且不致損害必要的精度，可以將橢球面視為圓球，取圓球半徑 R ≈ AR ≈6371 km，又取不同投影面上的同一距離近似相等，即 S ≈ s，將上式寫成相對變形的形式，則為 δ/s＝（ 2Y － ） 510? 式中， Y 表示測區(qū)中心的橫坐標， H 表示測區(qū)平均高程， Y 與 H 均以 km 為單位。 由此可知，采用國家統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)所產生的長度綜合變形，與測區(qū)所處投影帶內的位置和測區(qū)平均高程有關。根據這一公式，若使長度綜合變形不大于 1/100000，可以計算出抵償地帶的高程 H 和相應的橫坐標 mY 之間的關系 (如表 所示 )。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 表 長度綜合變形變化 H/m 0 30 40 50 60 80 100 150 Y 最小偏差 /km Y 最大偏差 /km 高程抵償帶寬 /km 通過以上變形分析可知： ，當高程在 60m以內時，其變形很小，并能起到緩解投影差變形的作用，使得滿足要求的投影寬度最大。 60 m時，由于高差投影變形增大，其對長度綜合變形的影響占據主導地位，從而使得中央子午線附近地圖投影變形抵償作用相對變小，整個高程抵償帶變窄。 ，一種是當高差較小時，以中央 子午線為對稱軸的連續(xù)區(qū)域，如高差為零時，投影帶最大寬度可達 ；再有一種是高差較大時，為使高差引起的變形和投影引起的變形相互抵消，從而獲得最大寬度的投影帶，這樣的投影帶將偏離中央子午線?？筛鶕y區(qū)高差情況選擇投影帶。 （二） 、 客運專線獨立坐標系統(tǒng)的建立 根據上述變形分析可知，長度變形主要由高差投影變形和地圖投影變形兩部分組成。在實際的應用中，通常采用構建工程橢球的方法消除高差投影變形，即選擇相對于測區(qū)平均高程的某一高程面作為投影面，在保持原參考橢球扁率不變的情況下，根據測區(qū)的平均高程調整長半 軸 α的值，使得長半軸改變后的橢球面與測區(qū)地表面達到最佳吻合。采用移動中央子午線的方法消除地圖投影變形，即合理的選擇中央子午線位置，使長度投影到該投影帶所產生的變形，能夠抵償投影到橢球面所產生的變形，保持高斯投影平面上的長度仍和實地長度一致。 對于南北走向的線路，因其東西跨越的范圍不大，可采用任意高程面任意中央子午線建立施工獨立坐標系，使長度變形不大于 1/100000。主要通過以下兩個方面來控制： 可知，為使高差投影變形不大于 1/100000，可通過增加或減少參考橢球的長半徑，使得測區(qū)相對于變化 后橢球的平均大地高小于 60m。 可知，為使高斯投影變形不大于 1/100000，可通過選取中央子午線，使投影帶邊緣至中央子午線的距離控制在 28km 以內。 對于東西走向的鐵路，其東西范圍跨越較大，如果采用任意高程面任意中央子午線的辦法，由于高斯投影帶的寬度較小而使得投影帶的數量過多，導致施工過程中將頻繁進行投影換帶計算。為了避免該類問題的發(fā)生，同時保證變形不大于 1/100000，可采用蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 10 斜軸墨卡托投影，即將地球假設為一個圓球體，將鐵路線路走廊帶的中心線作為投影中心線，在圓柱投影時將圓柱面與線路的中心 線相切，使線路范圍內點到投影中心線的距離小于 28km，達到地圖投影變形的要求。同時，通過參考圓球的半徑選擇，使圓球表面與測區(qū)表面大致吻合，同樣可控制測區(qū)高差投影變形的影響。 （三） 、 斜軸墨卡托投影的應用 墨卡托投影是一種保角圓柱投影。它以圓柱作為投影面，將經緯線投影到圓柱面上，然后將圓柱面展成平面而成。圓柱面可與地球橢球相切或相割。根據位置的不同，分為正圓柱、橫圓柱、斜圓柱 3 種。 斜軸圓柱投影中，通常將地球橢球體視為半徑等于 R 的圓球體，斜軸投影與半徑 R的圓球體相切的大圓，稱投影中線，投影前后其長度保持不變。 離開投影中線的點，會產生長度變形，其變形性質與高斯投影類似。圓球體的選擇需要滿足以下兩個基本條件。 ：參考圓球體的中心與國家參考橢球體中心同位于國家坐標系中空間直角坐標系的 Z軸上。 ：參考圓球體三維坐標系的 Z軸與國家坐標系中空間直角坐標系的 Z軸重合，X軸和 Y軸則與空間直角坐標系的 X軸和 Y軸相平行。 可通過改變參考圓球體的半徑 R和參考圓球體相對于國家參考橢球的球體中心偏移量 S，使參考圓球表面與測區(qū)地表面達到最佳吻合狀態(tài)。 結論：在高速鐵路測量中 ， 斜墨卡托投影與目前常用的高斯投影相比較具有優(yōu)點 ，考慮到長度變形小于 1/10 萬的要求 ， 高斯投影東西方向只能控制約 176。 ( 56 km)的范圍 ， 而且為保持投影帶之間的銜接還必須有一定的重疊 ， 所建的每個獨立坐標系實際可控制范圍很小 ， 給工程施工帶來很多不便。而斜墨卡托投影在不考慮高程對長度投影變形影響 (高斯投影長度變形也同樣受高程的影響 )的情況下 ， 在我國大陸境內 ， 沿鐵路線方向投影實際上其長度可以說是不受限制的 ， 當鐵路線方向變化較大時 ， 才考慮重新建立坐標系。 二 、 CPIII 控制網的建網及測設 在無砟軌道施工中，鋪軌控制基樁不僅是加密基樁的基點，也是無砟軌道鋪設的 控制點，它的精確測量是保證軌道施工質量的關鍵。布設 CPIII 網的目的就在于準確的測量鋪軌控制基樁，確保無砟軌道施工滿足線路平順性要求 。 （一） 、起算基準設計 基樁控制網（ CPIII）可附合到 CPII 網和 CPI 網上，采用固定數據平差 基準，或采用獨立自由網平差基準，然后在 CPI 網中置平 CPIII 網。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 11 （二） 、 網形設計 圖 CPIII 網的網形可采用兩種布設方式：一種可采用導線網的布設方式，控制基樁的間距為 150～ 200m 左右；另外一種可采用德國建立 PS4（與《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定 》中的 CPIII 網的作用與精度相當）的方式， （如圖 所示三級控制網PS2,是在二級控制網 PS1 中加密建立的。） 每 60m 布設一對控制基樁（ PS4）。 各級平面控制網布網要求見表 表 各級平面控制網布網要求 控制網級別 布設階段 測量方法 測量等級 點間距 (m) 備注 CPⅠ 初測 GPS C 級 ≥1000 ≤4 km 一對點 CPⅡ 定測 GPS D 級 600～ 800 導線 四等 400～ 600 CPⅢ 無砟軌道鋪設 導線 五等 150～ 200 后方交會 50～ 60 10 ～ 20m一對點 注： （ 1） 當 CPⅡ 采用 GPS 測量時， CPⅠ 的點間距為 4km 一個點； （ 2） 當 CPⅡ 采用導線測量時， CPⅠ 的點間距為 4km 一對相互通視的點 。 Ⅲ 控制點的作用是： 作為測量標志 ； 安放供全站儀自動掃描的反射棱鏡 Ⅲ 控制點觀測注意事項： 根據第一步布控的 CPⅢ 控制網，進行外業(yè)的數據采集觀測，在這里主要包括全站儀和水準儀 。 1） CPⅢ 點的編號統(tǒng)一（左側為奇數，右側為偶數） 2）測量人員操作過程中要嚴格按照規(guī)范要求，避免不必要的認為誤差 3）外業(yè)觀測時，每個測站觀測的 CPⅢ 點為 8 個，每次搬站只向前移動一對棱鏡，且氣壓溫度值輸入必須正確，儀器自由設站，無