一种单元式CRTS双块式无砟轨道的布板数据处理方法与流程

一种单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法
技术领域
1.本发明属于轨道交通建设技术领域，具体涉及一种单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法。


背景技术：

2.crts双块式无砟轨道因其稳定的技术、相对较低的造价等因素，已日趋成为我国高速铁路建设的主要无砟轨道结构型式之一。
3.目前，国内外针对crts双块式无砟轨道的设计施工大多沿用传统模式，即设计单位提供蓝图，施工单位按图施工，施工过程若遇到与设计条件不一致时，设计单位需进行变更设计，施工单位再根据变更设计文件进行施工。根据施工方式的不同，crts双块式无砟轨道的施工既可以采用连续浇筑的方式，也可以采用单元化分块布置的方式，其中，采用单元化分块的方式进行浇筑时，目前还没有合适的数据处理方法来进行数据计算与组织，导致相关的施工存在一定的限制。
4.一般情况下，crts双块式无砟轨道结构从上至下依次由钢轨、双块式预制轨枕、道床板、底座或混凝土支承层组成，其中，道床板为现场浇筑而成，其浇筑质量和精度直接影响轨道结构的平顺性和钢轨铺设精度。然而，传统的轨道结构在平顺性和铺设精度上要求较低，导致在无砟轨道布板设计、安装定位、维护过程中没有合适的数据处理方法进行数据计算与组织，且设计、施工数据往往由不同的单位进行组织和管理。因此，在设计施工过程中，存在专业间协调不便、施工图信息更新不及时、设计建造信息难以追溯、项目参建单位间沟通困难等方面的诸多问题，无法充分满足单元式crts双块式无砟轨道的布板设计需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，能准确实现单元式crts双块式无砟轨道的布板数据管理，提升单元式crts双块式无砟轨道施工的精度和质量，提升施工效率，降低施工成本。
6.为实现上述目的，本发明提供一种单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.(1)采集线路设计参数，建立线路基础数据库，并在此基础上建立线路的三维空间模型，以线路里程为索引进行数据统一管理；
8.(2)根据线路道床板长度类型、桥梁梁长跨度、路基长度、隧道长度、道床板板缝范围确定各线下基础类型跨度的布板数据；
9.(3)选取区间起终点里程，以里程为索引，调用步骤(2)中得到的各线下基础类型跨度的布板数据，在区间内以里程为索引获取布板数据，并以此为基础生成对应该区间的布板图形文件；
10.(4)根据行车v
‑
s检算结果、线路曲线表，计算曲线超高；
11.(5)根据线路设计参数和线下基础分段表，建立单元式crts双块式无砟轨道结构模型，并对应计算单元式crts双块式无砟轨道各关键控点的平面坐标数据和高程坐标数据；
12.(6)根据所述平面坐标数据和所述高程坐标数据，计算沿线路中线布设的轨道基准网点三维坐标；
13.(7)根据现场实时测量情况，与步骤(6)生成的坐标情况进行比较，若偏差超过允许值时，则回到步骤(5)，并以现场实时的基础面标高进行坐标数据修正，动态调整底座板的厚度和/或道床板的厚度，指导施工立模。
14.作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，线路设计参数包括线路平面曲线参数、线路纵断面参数、线路路桥隧分段表和线路断链参数。
15.作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，所述线路的三维空间模型通过左线三维空间模型和右线三维空间模型的建立后组合而成。
16.作为本发明的进一步改进，步骤(3)中，区间布板数据包括该区间内各道床板的长度、宽度、板缝、扣件间距和布板图形文件。
17.作为本发明的进一步改进，步骤(4)中，超高的计算公式为：
[0018][0019]
式中，g
‑
重力加速度；h
‑
外轨超高；s
‑
两根钢轨轨头中心线之间的距离。
[0020]
作为本发明的进一步改进，步骤(4)中，超高的计算需考虑的因素包括超高最大值、超高最小值、欠超高允许值、过超高允许值、欠过超高之和允许值、超高顺坡率、站端曲线情况。
[0021]
作为本发明的进一步改进，步骤(5)中，单元式crts双块式无砟轨道结构模型包括直线地段结构模型、缓和曲线地段模型、圆曲线地段模型和竖曲线地段模型。
[0022]
作为本发明的进一步改进，所述直线地段结构模型中单块道床板的数据处理过程为：
[0023]
建立数据坐标体系，以道床板的起点为原点，沿线路纵向为y轴，与之垂直的为x轴，竖向以板的左右两股钢轨顶面连线的中点为z轴的坐标原点；以此为基准确定相应关键控点的纵向坐标、横向坐标和高程坐标。
[0024]
作为本发明的进一步改进，所述缓和曲线地段道床板的数据处理过程为：
[0025]
建立数据坐标体系，水平方向以道床板一端起始点为坐标原点，竖向以该起始点的轨顶面连线中点为坐标原点；根据轨道超高设计原则，道床板内侧轨顶面的高程保持不变，外侧轨顶面的高程渐变延伸，在此基础上确定各关键控点的坐标参数。
[0026]
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
[0028]
(1)本发明的单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其通过采集线路设计参数，建立线路基础数据库和线路的三维空间模型，并在此基础上确定线路各线下基
础区间的布板数据，进而结合无砟轨道结构模型的建立对应计算各关键控点的相关施工数据，为后续单元式crts双块式道床结构的施工提供数据支撑，保证单元式crts无砟轨道的施工质量和精度，实现单元式crts双块式无砟轨道施工过程中相关数据的统一管理。
[0029]
(2)本发明的单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其通过优选对应步骤中的数据类型和结构模型类型，利用“化整为零”与“集零为整”过程的先后进行，充分考虑到全线线路不同区段的布板设计，再通过相同类型区段内布板数据的统一应用，实现一套数据多次使用，保证线路全线布板设计准确性的同时，进一步提升线路布局设计与施工的效率。
[0030]
(3)本发明的单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其步骤简单，应用简便，通过建立具有统一性、贯穿性的单元式crts双块式无砟轨道结构设计、施工浇筑的线路基础数据，以线路里程为索引衔接各阶段，一套数据多次使用，以设计数据指导施工，并根据施工现场情况反馈修正，避免了传统无砟轨道建造期间计算数据在不同单位、不同环节之间流转带来的误差，实现了设计与施工数据管理的互联互通，提高了crts双块式无砟轨道施工质量和精度，提升了单元式crts双块式无砟轨道施工效率，降低了施工成本，具有较好的应用价值和推广价值。
附图说明
[0031]
图1是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的布板施工流程示意图；
[0032]
图2是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的断面示意图；
[0033]
图3是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的道床板平面坐标示意图；
[0034]
图4是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的圆曲线地段道床板矢距偏差示意图；
[0035]
图5是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的缓和曲线地段轨道超高渐变示意图；
[0036]
图6是本发明实施例中单元式crts双块式无砟轨道的竖曲线地段轨道高程渐变示意图。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0038]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0040]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0042]
实施例：
[0043]
本发明优选实施例中的单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其统一对单元式crts双块式无砟轨道的布板数据进行结构化设计，建立对数据(里程、经距、纬距、方位角、高程)坐标的管理模型，构建无砟轨道关键控点的空间坐标数据与线路里程之间的映射关系，使设计阶段的数据可直接指导crts双块式无砟轨道施工，打通设计与施工的环节壁垒。
[0044]
具体而言，优选实施例中对单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理包括如下过程：
[0045]
(1)采集线路设计参数，建立线路基础数据库，以线路里程为索引进行数据统一管理。
[0046]
在优选实施例中，采集的线路设计参数包括但不限于线路平面曲线参数、线路纵断面参数、线路路桥隧分段表和线路断链参数。
[0047]
同时，根据采集到的数据，对应建立线路左右线的三维空间模型。以线路左线为例，通过向计算机输入线路平面数据(起始里程、平面曲线、竖曲线、坡度等)、断链数据，创建平面曲线集合单元(包括缓和曲线、圆曲线、竖曲线)，形成左线三维空间模型，并在此基础上，以线路里程为索引进行管理。
[0048]
相应地，参考线路左线的平面模型建立方式，对应生成线路右线的三维空间模型，并结合左线、右线的三维空间模型组合而成线路的三维空间模型，以线路里程为索引进行相关的管理。
[0049]
(2)将全线的线路情况“化整为零”，根据线路道床板主要长度类型(该主要长度类型是可变的，根据施工单位模板长度灵活调整)、桥梁梁长跨度、路基长度、隧道长度、道床板板缝范围确定各种长度上的布板数据；
[0050]
各段落长度布板设计数据包括线路所采用的主要梁长梁跨长度、主要短路基地段长度、隧道长度等，确定线路道床板的主要长度，以及各长度道床板中的扣件间距。
[0051]
(3)选取区间起终点里程，以里程为索引，调用步骤(2)中得到的各线下基础类型跨度的布板数据，将区间“集零为整”，得到区间的布板数据，并生成对应该区间的布板图形文件。
[0052]
在优选实施例中，区间布板数据以段落起终点为索引，且区间布板数据包括该区间内各道床板的长度、宽度、板缝、扣件间距、布板图形文件等。
[0053]
(4)根据行车v
‑
s检算结果、线路曲线表，计算曲线超高。
[0054]
实际操作时，超高计算按照上下行分别计算，需考虑超高最大值、超高最小值、欠超高允许值、过超高允许值、欠过超高之和允许值、超高顺坡率、站端曲线情况等约束因素，具体项目最终超高需要以相关部门的批复情况为准。
[0055]
在优选实施例中，超高的计算公式为：
[0056][0057]
式中，g
‑
重力加速度g＝9.81m/s2；h
‑
外轨超高(mm)；s
‑
两根钢轨轨头中心线之间的距离(mm)，对于标准轨距，s＝1500mm。
[0058]
(5)根据单元式crts双块式无砟轨道结构特点，结合上述步骤中的线路设计参数、线下基础分段表、轨道超高等，建立单元式crts双块式无砟轨道结构模型，根据轨道结构模型的横纵断面图，考虑荷载引起的变形，计算crts双块式无砟轨道各关键控点的平面坐标数据和高程坐标数据。
[0059]
对于优选实施例中的轨道线路而言，其不同线下基础分段的轨道结构组成不一样，其中，在路基地段，轨道结构从上至下为钢轨、扣件、道床板、支承层(或底座)；在桥梁地段，轨道结构从上至下为钢轨、扣件、道床板、底座，如图2中所示；而在隧道地段，轨道结构从上至下为钢轨、扣件、道床板，没有底座。
[0060]
因此，优选实施例中需要根据线下基础分段表，确定不同地段的无砟轨道结构模型，生成不同控点的平面坐标数据和高程坐标数据。相应地，对应不同地段生成的文件格式也有所差异，需要对应区别开来。
[0061]
进一步地，优选实施例中的坐标数据包括道床板角点、底座板角点、道床板上承轨槽的各螺栓孔、轨枕对应钢轨顶面等关键控点的坐标数据和高程。同时，根据线下基础类型的不同，获取上述坐标数据的方式可以对应通过四个角点放样、中线放样等方法来对应生成。
[0062]
(6)根据步骤(5)中的无砟轨道各关键控点的平面坐标数据和高程坐标数据，计算沿线路中线布设的轨道基准网点三维坐标，用于后续无砟轨道道床板浇筑时模板定位位置的比较。
[0063]
进一步地，生成的三维坐标为设计理论坐标，其与实际施工时的具体坐标参数可能会产生一定的偏差。因此，可以将实际坐标值与设计理论值进行比对，并在偏差超限时进行修正。
[0064]
(7)根据现场实时测量情况，与步骤(6)生成的坐标情况进行比较，当偏差超过允许值时，回到步骤(5)，根据现场实时的基础面标高进行坐标数据修正，动态调整底座厚度，指导施工立模。
[0065]
现场情况与设计值偏差超限时，以现场实时的基础面标高为输入值，调整底座板厚度，直到道床板上表面的角点、钢轨顶面坐标偏差达到允许值。具体地，若现场情况与设计值偏差超限时，对应调整底座板的厚度和/或道床板的厚度。实际操作时，首先调整底座
板厚度，若底座板厚度调整不到位，再进一步调整道床板的厚度。
[0066]
对于优选实施例中的单元式crts无砟轨道线路而言，其整条线路由直线、前缓和曲线、圆曲线和后缓和曲线等组成，并包含路基地段、桥梁地段和隧道地段等不同线下基础。整条线的布板设计可以分解为不同的段落，每个段落又可以由很多具有相同长度的小段落组成，一条线路可以分成几个标段，每个标段的桥梁由很多简支梁和连续梁组成，例如，某一标段存在多个跨32.6m的简支梁，则各32.6m的简支梁采用相同的布板参数，而在布板设计时，首先把组成线路的具有相同长度的参数布置完毕，例如，在线路模型中首先把各标段中32.6m的简支梁布置完成，再在各段落里面调用32.6m的简支梁布板参数，以此做到化整为零。
[0067]
另外，在优选实施例中，布板设计时对直线地段单块道床板的数据处理方式优选为：
[0068]
(1)建立数据坐标体系，以道床板的起点为原点，沿线路纵向为y轴，与之垂直的为x轴，竖向以板的左右两股钢轨顶面连线的中点为z轴的坐标原点，如图3中所示，每个螺栓孔依次从上到下排序，每个孔有纵向坐标、横向坐标和高程坐标等参数；
[0069]
(2)每个计算点的横向坐标和竖向坐标相对原点的位置都是固定的，而纵向坐标为扣件间距的累加值。
[0070]
同时，在优选实施例中，布板设计时对圆曲线地段单块道床板的数据处理方式优选为：
[0071]
圆曲线范围内每个点的横向坐标有一个偏移值，竖向坐标是相对固定的，纵向坐标为扣件间距的累加值，如图4中所示。
[0072]
进一步地，在优选实施例中，布板设计时缓和曲线地段道床板的形式如图5中所示，对应该地段的数据处理方式优选为：
[0073]
(1)缓和曲线的各个点的是一个三维坐标。平面以板起始点为坐标原点，竖向以板起点的轨顶面连线中点为坐标原点。
[0074]
(2)根据轨道超高设计原则，内侧轨顶面的高程保持不变，外侧轨顶面由于有超高顺破率的关系，高程是渐变的，在前缓和曲线地段高程逐渐变大，在后缓和曲线地段高程逐渐变小；由于线路上沿线路方向每个点的曲线半径都不一样，因此每个点的横向坐标也不一样；
[0075]
此外，在优选实施例中，布板设计时竖曲线地段的轨道高程渐变形式如图5中所示，相应的布板数据处理方式优选为：竖曲线的各个点的平面坐标同直线地段和圆曲线地段，沿线路方向高程坐标渐变。
[0076]
本发明中的单元式crts双块式无砟轨道的布板数据处理方法，其步骤简单，应用简便，通过建立具有统一性、贯穿性的单元式crts双块式无砟轨道结构设计、施工浇筑的线路基础数据，以线路里程为索引衔接各阶段，一套数据多次使用，以设计数据指导施工，并根据施工现场情况反馈修正，避免了传统无砟轨道建造期间计算数据在不同单位、不同环节之间流转带来的误差，实现了设计与施工数据管理的互联互通，提高了crts双块式无砟轨道施工质量和精度，提升了单元式crts双块式无砟轨道施工效率，降低了施工成本，具有较好的应用价值和推广价值。
[0077]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以
限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。