【正文】 ........................................................... 43 一、中樁坐標(biāo)計(jì)算的意義 ..................................................................................................... 44 二、中樁坐標(biāo)計(jì)算的方法分析 .............................................................................................. 61 1 第一章 緒論 一 、 客運(yùn)專(zhuān)線概述 (Passenger Dedicated LinesPDL) 客運(yùn)專(zhuān)線是以客運(yùn)為主的快速鐵路。 在本設(shè)計(jì)第二章主要是對(duì)高速鐵路的軌道測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇以及 CPⅢ 基樁控制網(wǎng)和軌 道的精調(diào)進(jìn)行了闡述； 第三章對(duì)鐵路中線坐標(biāo)計(jì)算的意義以及 計(jì)算過(guò)程怎樣通過(guò)程序語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行了闡述，并且對(duì)無(wú)砟軌道撥道量的計(jì)算程序的編程原理進(jìn)行了介紹。I 摘要 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)新建鐵路客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道測(cè)量問(wèn)題及線路中樁坐標(biāo)計(jì)算程序的編輯做了研究。 通過(guò)對(duì)國(guó)外國(guó)內(nèi)客運(yùn)專(zhuān)線的發(fā)展簡(jiǎn)況、客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、較為廣泛使用的幾種無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式、客運(yùn)專(zhuān)線特點(diǎn)、客運(yùn)專(zhuān)線控制測(cè)量方法與特點(diǎn)等的簡(jiǎn)單介紹；通過(guò) 對(duì) CPIII 控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)、網(wǎng)形設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、精度指標(biāo)和客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道施工要求要求等的全面介紹，進(jìn)行了鐵路中線坐標(biāo)計(jì)算程序編輯工作 ， 并對(duì)無(wú)砟軌道的撥道量計(jì)算進(jìn)行了試驗(yàn)性的編程。在附錄中給出了中樁坐標(biāo)程序的部分源程序。目前在我國(guó)，鐵路等級(jí)除 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 級(jí)外又 增加了 “客運(yùn)專(zhuān)線 ”等級(jí)，時(shí)速 200 至 350km/h 的鐵路統(tǒng)稱(chēng)為客運(yùn)專(zhuān)線，曲線半徑一般在2200m 以上。 1985 年 5 月歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) （ ECE） 對(duì)鐵路最高運(yùn)行速度的觀點(diǎn)是：高速客運(yùn)專(zhuān)線為 300km/h，既有線提速改造為 160～ 200km/h。 高速鐵路速度快 ,能力大 ， 運(yùn)輸量大 ， 準(zhǔn)點(diǎn)率高 ,外部運(yùn)輸成本低 ,安全可靠而且社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好 。 運(yùn)量大、效能高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。從發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)踐來(lái)看，客運(yùn)專(zhuān)線取得了非常好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。日本四條客運(yùn)專(zhuān)線自開(kāi)業(yè)以來(lái)客運(yùn)量增加 6 倍多，被日本人譽(yù)為 “ 經(jīng)濟(jì)起飛的脊梁 ” 。安全是人們出行選擇交通運(yùn)輸方式的首要因素。鐵路客運(yùn)專(zhuān)線是最安全的現(xiàn)代高速交通運(yùn)輸方式。信息化程度很高的行車(chē)設(shè)施診斷、監(jiān)測(cè)、預(yù)警設(shè)備和科學(xué)的養(yǎng)護(hù)維修，構(gòu)成了客運(yùn)專(zhuān)線現(xiàn)代化的、完善的安全保障系統(tǒng)。 而高速公路形成的四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò) ， 對(duì)于短途客貨運(yùn)輸顯示出其方便 ， 快捷的優(yōu)勢(shì) 。 另外 ， 航空運(yùn)輸業(yè)也在蓬勃發(fā)展 ， 乘飛機(jī)出行已不再是困難的事情 ， 豪華舒適的巨型運(yùn)輸機(jī)對(duì)于想節(jié)省時(shí)間的長(zhǎng)途旅客有很大的吸引力 。 但是世界各國(guó)都在為交通 運(yùn)輸面臨的石油短缺 ， 環(huán)境污染 ， 事故多發(fā)等 “ 三大難題 ” 而深感憂(yōu)慮 。 1964 年日本建成世界上第一條高速鐵路 ―― 東海道新干線 ， 而后法國(guó) 、 德國(guó) 、 意大利 、 西班牙 、 瑞典等國(guó)競(jìng)相發(fā)展 。 可以說(shuō)高速鐵路是用現(xiàn)代高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的典范 ， 它使鐵路運(yùn)輸事業(yè)重新煥發(fā)了青春 。 大致有四種類(lèi)型 ： ， 專(zhuān)門(mén)用于旅客快速運(yùn)輸 ， 如日本新干線和法國(guó)高速鐵路 ，均為客運(yùn)專(zhuān)線 ， 白天行車(chē) ， 夜間維修 ； ， 實(shí)行客貨共線運(yùn)行 ， 如意大利羅馬 —佛羅倫薩高速鐵路 ，客運(yùn)速度 250km/h， 貨運(yùn)速度 120km/h； ， 如德國(guó)柏林 —漢諾威線 ， 承擔(dān)著客運(yùn)和貨運(yùn)任務(wù) ； ， 這在歐洲國(guó)家多見(jiàn) ， 在美國(guó) ， “ 東北走廊 ” 擺式列車(chē)速度為 240km/h。 首先在廣州至深圳鐵路進(jìn)行技術(shù)改造 ， 最高運(yùn)行速度為 160km/h 的客貨混合運(yùn)行 ， 后來(lái)最高運(yùn)行速度提高到 200km/ 年 6 月 28 日鐵道部做出了在繁忙干線提高旅客列車(chē)速度的決定 ， 最高旅客列車(chē)速度提高到 140～ 160km/h,最高貨物列車(chē)速度提高到 85～ 90km/h。 創(chuàng)出了一大批 “ 夕發(fā)朝至 ” ， “ 朝發(fā)夕歸 ” ， “ 行包快運(yùn) ” 等品牌列車(chē) ， 為鐵路樹(shù)立了良好形象 ， 受到了人民群眾的熱烈歡迎 ， 社會(huì)各界給予高度評(píng)價(jià) 。 其各項(xiàng)設(shè)計(jì) ，施工技術(shù)均為我國(guó)第一次采用 ,科技含量極高 ， 是中國(guó)鐵路建設(shè)水平的標(biāo)志性工程 。 鄭西高速鐵路試驗(yàn)段 ， 鄭州到西安段共有橋梁四座 ， 長(zhǎng) 2150 米 ， 橋梁跨度全采用32 米預(yù)應(yīng)力混凝土單片整孔簡(jiǎn)支箱梁 ， 每片梁重約 898 噸 。 趙平溝大橋孔跨樣式為 532m， 平均橋高 15 米左右 .磚場(chǎng)大橋孔跨樣式為 7－ 32m， 平均橋高 10 米左右 。 所以易主要采用移動(dòng)模架造橋機(jī)的施工方法 ， 另外在濕陷性黃土中進(jìn)行鉆孔樁施工 ， 基礎(chǔ)的沉降量控制是關(guān)鍵 ， 必須通過(guò)試樁確定施工中控制參數(shù) 。 國(guó)家已經(jīng)批準(zhǔn)立項(xiàng)的客運(yùn)專(zhuān)線項(xiàng)目有 ： 鄭西 、 武廣 、 京津 、 石太 、 合寧 、 合武 、 甬溫 、 溫福 、 福廈 、 滬 —漢 —蓉通道 。 根據(jù)客運(yùn)專(zhuān)線出現(xiàn)的新特點(diǎn) ， 新技術(shù)的應(yīng)用 ， 主要采用大標(biāo)段 （ 40～ 60km， 30～ 35 億 ）， 小業(yè)主 ， 大咨詢(xún) ， 設(shè)計(jì) ， 施工工程總承包 ， 中外聯(lián)合體投標(biāo) ； 試驗(yàn)段先行 ， 全線緊跟 ； 無(wú)碴軌道 ，350km/h 速度 ， 路基 “ 零 ” 工后沉降的目標(biāo)要求等 。與有砟軌道相比，無(wú)砟軌道具有以下特點(diǎn)： 、 連續(xù)性和平順性； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 ； 、 維修設(shè)施； ； ； ，減少線路的工程投資； ，降低隧道凈空； ，修復(fù)困難， 要求有堅(jiān)實(shí) 、 穩(wěn)定的基礎(chǔ)。無(wú)碴軌道之所以經(jīng)久耐用的重要因素是在路基和土木工程之間對(duì)過(guò)渡段的沉降或剛性差異的均衡。無(wú)昨軌道經(jīng)過(guò)數(shù)十年研究和發(fā)展 , 已經(jīng)有多種結(jié)構(gòu)型式 , 德國(guó)、日本都是鋪設(shè)無(wú)作軌道較早的國(guó)家 ， 根據(jù)德國(guó)、日本和我國(guó)所使用的一些無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式，按照軌下承載板的施工方式劃分，無(wú)砟軌道 主要有板式和雙塊式；根據(jù)國(guó)際鋪設(shè)無(wú)作軌道較早的國(guó)家的施工方式和他們加工軌道板的工藝流程無(wú)砟軌道分類(lèi)如下： 分類(lèi)： 正線無(wú)碴軌道：采用板式、軌枕埋入式、彈性支承塊式或其它結(jié)構(gòu)型式。橋上無(wú)碴軌道通過(guò)橋面預(yù)埋鋼筋與橋梁相連。無(wú)碴軌道形式分類(lèi) ： 普通型板式無(wú)碴軌道（日本） ； 新型板式無(wú)碴軌道 (框架式 )； 梯子式無(wú)碴軌道 ； 博格公司的板式無(wú)碴道床 (德國(guó) )； 早期的軌枕埋入式無(wú)碴軌道，軌枕埋入式無(wú)碴軌道由彈性分開(kāi)式扣件 ， 預(yù)制混凝土軌枕 ， 混凝土道床板 ， 隔離層及混凝土底座等到部分組成 ； 新型的軌枕埋入式無(wú)碴道床 （ 德國(guó)雷達(dá) 2021） ； 彈性支承塊式無(wú)碴軌道。它在德國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 左圖為傳統(tǒng)型 Rheda 右圖為 2021型 Rheda （ Zublin）無(wú)渣軌道：它與雷達(dá)型無(wú)渣軌道系統(tǒng)相似，都使在混凝土支撐層上鋪設(shè)雙塊式軌枕無(wú)渣軌道，只是所采用的施工工藝不同。（如圖 所示） 圖 旭普林（ Zublin）無(wú)渣軌道 （ Slab）：日本板式軌道經(jīng)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)向土質(zhì)路上長(zhǎng)達(dá) 30 多年的運(yùn)營(yíng)實(shí) 踐和不斷完善，并形成了標(biāo)準(zhǔn)。彈性支撐塊式無(wú)渣軌道為瑞士首創(chuàng)，在很多國(guó)家得到廣泛使用 。 （ Ladder track）：是日本研發(fā)的新型軌道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將兩根預(yù)制縱向軌枕通過(guò)橫向連接形成軌枕框架，既能用于有砟軌道，也能與基礎(chǔ)結(jié)合在一起成為無(wú)砟軌道。 （如圖 所示） 圖 梯子型軌道（ Ladder track） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 無(wú)砟軌道測(cè)量 方法 客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú) 砟 軌道與傳統(tǒng)有 砟 軌道相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、軌道養(yǎng)護(hù)維修量小，鋪設(shè)方便和彈性好等優(yōu)點(diǎn)；但其結(jié)構(gòu)和部件一旦破壞，修復(fù)十分困難。1 毫米的要求。 一般的無(wú)砟軌道測(cè)量方案主要由建立 CPⅢ 網(wǎng)，底坐板混凝土鋼模放樣 ， 凸形擋臺(tái)鋼模放樣 ， 軌道板精調(diào) ， 鋼軌精調(diào)五個(gè)步驟組成。 一、高速鐵路測(cè)量中 投影面的選擇 高斯投影又稱(chēng)橫軸圓柱等角投影 ， 其投影沒(méi)有角度變形，但有 長(zhǎng)度變形和面積變形，高斯投影在中央子午線上沒(méi)有長(zhǎng)度變形 ， 離開(kāi)中央子午線就有長(zhǎng)度變形 ， 且距中央子午線越遠(yuǎn)長(zhǎng)度變形越大。 和 3176。 帶和 3176。國(guó)家三角點(diǎn)均為 6176。 帶的坐標(biāo)。為了對(duì)變形加以控制，一般要構(gòu)建獨(dú)立坐標(biāo)系，建立的原理無(wú)外乎限制由于高差引起的變形和由于投影引起的變形。對(duì)于東西走向的鐵路，如果采用高斯投影分帶設(shè)計(jì)，就需要?jiǎng)澐趾芏鄠€(gè)投影帶才能滿(mǎn)足投影長(zhǎng)度變形的要求，這將給勘察、設(shè)計(jì)和施工增加很多麻煩。 （一） 、 距離投影長(zhǎng)度綜合變形的分析 設(shè)實(shí)地測(cè)得兩點(diǎn)間的平距為 Js，用坐標(biāo)反算求得兩點(diǎn)間的距離 D，二者之差為 △ S，△ S 就是規(guī)劃至某一坐標(biāo)系所產(chǎn)生的變形，它是實(shí)測(cè)距離投影至參考橢球面 (或某一參考面 )的長(zhǎng)度變形和投影到高斯 平面的長(zhǎng)度變形之代數(shù)和。 表 高差投影變形相對(duì)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(dāng)不考慮高斯投影產(chǎn)生的變形時(shí)，要使長(zhǎng)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(zhǎng)度變形比為 1/100000)。 表 地圖投影變形相對(duì)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(dāng)不考慮高差投影變形時(shí)，若使高斯投影變形值不大于 1/100000，應(yīng)將投影帶邊緣至中央子午線的距離控制在 28 km 以?xún)?nèi)，即投影帶的寬度應(yīng)不大于 56 km。這種高斯投影平面 上的長(zhǎng)度與地面長(zhǎng)度之差稱(chēng)為長(zhǎng)度綜合變形，其計(jì)算公式為 : s)R(HS)R(Yδ Amm ?????? 22 2 為了方便計(jì)算且不致?lián)p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(xiě)成相對(duì)變形的形式，則為 δ/s＝（ 2Y － ） 510? 式中， Y 表示測(cè)區(qū)中心的橫坐標(biāo)， H 表示測(cè)區(qū)平均高程， Y 與 H 均以 km 為單位。根據(jù)這一公式，若使長(zhǎng)度綜合變形不大于 1/100000，可以計(jì)算出抵償?shù)貛У母叱?H 和相應(yīng)的橫坐標(biāo) mY 之間的關(guān)系 (如表 所示 )。 60 m時(shí)，由于高差投影變形增大，其對(duì)長(zhǎng)度綜合變形的影響占據(jù)主導(dǎo)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(duì)變小，整個(gè)高程抵償帶變窄?？筛鶕?jù)測(cè)區(qū)高差情況選擇投影帶。在實(shí)際的應(yīng)用中，通常采用構(gòu)建工程橢球的方法消除高差投影變形，即選擇相對(duì)于測(cè)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(jù)測(cè)區(qū)的平均高程調(diào)整長(zhǎng)半 軸 α的值，使得長(zhǎng)半軸改變后的橢球面與測(cè)區(qū)地表面達(dá)到最佳吻合。 對(duì)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(dú)立坐標(biāo)系，使長(zhǎng)度變形不大于 1/100000。 可知，為使高斯投影變形不大于 1/100000，可通過(guò)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?xún)?nèi)。為了避免該類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，同時(shí)保證變形不大于 1/100000，可采用蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 斜軸墨卡托投影，即將地球假設(shè)為一個(gè)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(shí)將圓柱面與線路的中心 線相切，使線路范圍內(nèi)點(diǎn)到投影中心線的距離小于 28km，達(dá)到地圖投影變形的要求。 （三） 、 斜軸墨卡托投影的應(yīng)用 墨卡托投影是一種保角圓柱投影。圓柱面可與地球橢球相切或相割。 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(chēng)投影中線，投影前后其長(zhǎng)度保持不變。圓球體的選擇需要滿(mǎn)足以下兩個(gè)基本條件。 ：參考圓球體三維坐標(biāo)系的 Z軸與國(guó)家坐標(biāo)系中空間直角坐標(biāo)系的 Z軸重合，X軸和 Y軸則與空間直角坐標(biāo)系的 X軸和 Y軸相平行。 結(jié)論：在高速鐵路測(cè)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(diǎn) ，考慮到長(zhǎng)度變形小于 1/10 萬(wàn)的要求 ， 高斯投影東西方向只能控制約 176。而斜墨卡托投影在不考慮高程對(duì)長(zhǎng)度投影變形影響 (高斯投影長(zhǎng)度變形也同樣受高程的影響 )的情況下 ， 在我國(guó)大陸境內(nèi) ， 沿鐵路線方向投影實(shí)際上其長(zhǎng)度可以說(shuō)是不受限制的 ， 當(dāng)鐵路線方向變化較大時(shí) ， 才考慮重新建立坐標(biāo)系。布設(shè) CPIII 網(wǎng)的目的就在于準(zhǔn)確的測(cè)量鋪軌控制基樁，確保無(wú)砟軌道施工滿(mǎn)足線路平順性要求 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （二） 、 網(wǎng)形設(shè)計(jì) 圖 CPIII 網(wǎng)的網(wǎng)形可采用兩種布設(shè)方式：一種可采用導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)