接触网参数无轨测量施工技术

张鹏强

摘要：

在电气化铁路施工中，轨道不成型影响接触网参数精确控制和施工工序开展，结合铁路CPIII控制网，使用专业测量工具和运用测量计算方法得到接触网无轨状态下的理论参数，实现了接触网参数的无轨测量，对解决现场难题意义重大。

关键词：接触网；参数；无轨测量

0 引言

在接触网工程中，接触网各项参数均依赖于轨道平面，过程中的原始数据采集亦是如此，而施工中，往往轨道无法完全到位甚至是无轨状态，接触网原始数据采集受限，影响后续工序的实施，进而会耽误接触网施工的最佳时机，造成施工工况变化，后期投入的增加。传统办法是采用模拟轨测量法，即测量出实际轨与理论轨的高差、偏移、超高偏差，后采用垫块或模拟轨道块配合激光测量仪进行测量，测量工序复杂，精度不高，容易出错，工作量巨大。为快速有效取得接触网相关参数，对测量方法和计算进行了研究，形成了接触网参数无轨测量施工技术。

1 技术准备

（1）测量人员经培训合格后持证上岗。

（2）接触网DJJ-8型激光测量仪、水准仪、GPS测量仪检测合格，并经监理单位验收合格准予使用。

（3）接触网承导线架设已完成，并报监理检验合格。

（4）测量所使用的工具、装备准备妥当，状态良好。

（5）联系监理单位组织站前单位、设计院进行线路参数、CPIII精测网成果和桩位移交，核验复测资料，并办理签认手续。

2 测量仪使用原理

（1）DJJ-8 主要的两种测量模式：一种为标准测量模式，能够测量的数据包括轨距L、超高h、导高H、拉出值a；另一种为自由测量模式，能够测量的数据有水平距离x与垂直距离y。

（2）水准仪原理：利用水准仪提供的一条水平视线，测出两地面点之间的高差，然后根据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。用于测量无轨状态下固定点与已知控制点的的相对高程。

（3）GPS测量仪原理：建立铁路的大地控制网和线路参数后可直接测设任意点对理论线路中心的里程和偏移值。

3 数据采集

（1）找寻稳定可靠的位置架设接触网DJJ-8型激光测量仪，调整激光测量仪轨距为标准轨距1435mm，并使用记号笔标定假想轨左侧轨的位置。

（2）使用接触网激光测量仪自由测功能测量出接触网承导线导高，读取假想轨的超高值，使用测量功能测量出接触网承导线拉出值。（注意正确使用激光测量仪，超高值有正负）

（3）使用水准仪测量出就近CPIII高程和假想轨的低轨标高，利用已知CPIII成果高程换算出假想轨标记点的高程。

（4）使用GPS测量仪测量出假想轨标记点对理论线路中心的偏移值，并换算出假想轨线路中心对理论线路中心的偏移值。

4 计算思路

以假想轨中心为原点，水平线为X轴，竖直线为Y轴建立直角坐标系，使用测量仪测得的参数计算出假想轨、被测点和理论轨在标系中的位置，使用点到直线的距离公式求得接触网导线对理论轨的导高和拉出值。

H：理论接触网导高

A：理论接触网拉出值

h：被测点对假想轨垂直高度

a：被测点对假想轨拉出值

H1:理论轨道高程（设计文件给定）

H2:假想轨轨道高程

H3:CPIII控制桩高程

Δh：假想轨实测超高

ΔH：理论轨道超高（支柱位于曲内时ΔH取正值，支柱位于曲外时ΔH取负值）

p：标记点对理论线路中心的偏移值

5 计算分析

以假想轨的线路中心竖直线为Y轴，轨面连线中点为原点，以水平线为X轴建立直角坐标系，设假想轨面连线所在直线的的数学函数为y=kx，则

k=（1）

则假想轨轨面垂线的直线函数为y=-x，即

y=x                                                     （2）

使用激光测量仪自由测功能，测量出接触网导线对假想轨的垂直高度h和轨道超高Δh，设接触网导线被测点B的坐标为（x1，h）

使用激光测量仪测量功能，测量出接触网导线对假想轨的拉出值a，即B点距（2）的距离为，根据点到直线的距离公式有：

=，

整理变形为：

（3）

根据一元二次函数求根公司公式得：

（4）

（5）

若实测a为负值，取大值（4）式，若实测a为正值，取小值（5）式。

设理论轨面连线所在直线的的数学函数为y=kix+bi，则

ki= （6）

在假想轨支柱侧测量仪固定测脚放置点设置标记点，设理论轨面连线中心坐标为（x2，y2），采用GPS测量仪测量出假想轨标记点对理论线路中心的偏移值p。则

x2=p-717.5                                                   （7）

（标记点在理论线路中心左侧为正，右侧为负，可通过设定GPS测量仪参数区别）

用水准仪测量出假想轨标记点处和CPIII控制桩的高差h2，则H2=H3+h2

查设计文件得到此处理论轨道高程H1，则

y2=（8）

（因设计文件规定理论轨道高程为低轨高程，因此，这里计算时取绝对值）。

由以上（6）（7）（8）公式可算得

bi=（9）

理论轨面连线所在直线的的数学函数为

y=（10）

则垂直于理论轨面连线并通过理论轨面连线中点的直线数学函数为：

y=，将（x2，y2）带入求得

b2=

则数学函数为

y=   （11）

B（x1，h）点到函数（10）的距离极为B点的理论导高H，到函数（11）的距离为B点的理论拉出值A。应用点到直线的距离公式可求得

H=

A=

6 软件开发

根据计算公式及几何模型，基于net对CAD进行二次开发形成接触网参数无轨测量计算软件，以Excel表格形式批量输入数据，利用仿真CAD图形进行模拟计算，计算结果再以Excel形式输出，实现了数据批量处理。并支持调取CAD图形验证数据，提高了测量人员处理数据的效率和正确率。

7 控制要点

（1）所有使用的测量设备经鉴定合格，并报监理单位检验准予使用。

（2）各测量仪按照说明书规定正确使用，并对测量仪操作人员进行专项培训，明确注意事项，防止因操作错误导致数据采集不正确。

（3）激光测量仪使用时，假想轨应在现场找寻稳固可靠。平坦的放置点，必要时可以人工整理，标记点标化要尽量准确，确保数据精确采集。

（4）GPS测量仪测量偏移值时要待水平气泡稳定居中时进行读数。

8 结语

该施工技术成功应用于银西铁路甘宁段接触网工程。应用该技术进行接触网无轨状态下的参数测量施工，消除了轨道施工对接触网吊弦安装及后续施工的制约；替代了传统的模拟轨测量法，在操作上更加简单方便，数据采集更加精准，测量效率大大提高，节约了人力和物力；由于采用软件处理数据，提高了测量人员处理数据的效率和准确率，为银西铁路的顺利开通提供了技术保障。

参考文献：

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M]. 成都：西南交通大学出版社，2003.

[2] 济南蓝动激光技术有限公司.DJJ-8数字化激光接触网检测仪使用说明书[Z].

[3] 赵东波.有砟轨道区段接触网吊弦测量计算分析[J]. 电气化铁道，2018，29（2）：45-46.