第５卷第２集Ｖ０１．５，Ｎｏ．２兰Ｑ鲤生！Ｑ旦煎窒皇盔型王垂型量堇鲞婴过銮煎金迨塞塞坐！：兰墅磁悬浮工程轨道梁高精度测量定位技术贺文涛王暖堂中铁十六局集团计量测试中心北京１０００１８摘要：以我国首例磁悬浮——上海磁悬浮工程为例，详细论述了磁悬浮工程中轨道梁的精调定位，为今后磁悬浮的施工提供了一定的参考。关键词：磁悬浮；精调；定位销；放样一－●‘－・－１刖旨磁悬浮是不同于传统铁路、公路、航空的一项崭新的交通运输方式。目前，国外只有试验线，还没有商业运营线。它充分利用磁体的磁浮特性，具有无污染、速度快等优点。上海磁悬浮工程采用的是德国的常导磁悬浮技术，它对轨道梁的空间位置精度要求相当高，因此磁悬浮工程轨道梁的高精度定位是一大难点。２工程概况上海磁悬浮工程从地铁龙阳路车站到浦东国际机场全长３０ｋｍ，整段线路主线全部采用高架桥，其结构由基础、墩身、盖梁、支座、轨道梁构成，设计最高时速达４３０ｋｍ，一般轨道梁长２４ｍ左右，重达１８０吨以上，轨道梁三维方向的定位误差都要求控制在４－１ｍｍ范围之内，在保证轨道梁绝对位置的同时，还要兼顾考虑相邻轨道梁纵、横向的误差不超过４－１ｍｍ，竖向不超过±０．６ｍｍ。如此高的精度要求，用普通的机械吊装就位法根本无法直接实现，必须根据轨道梁定位点的设计大地坐标与线路坐标的几何关系，用精密的测量仪器和高精度的三向组合调位千斤顶的配合才能实现。３主要测量仪器和机械设备表ｌ主要测量仪器和机械设备列表序号名称规格型号生产厂家精度测角标称精度４－０．５，秒测距标准差±（１ｍｍ＋１ｐｐｍ宰Ｄ）备注配徕卡圆棱镜、气压表、温度湿度计ｌ全站仪ＴＩ：２００３瑞士徕卡序号名称规格型号生产厂家精度备注２电子水准仪ＤＩＮｌｌ２德国蔡司中误差０．３ｍｍ／Ｋｍ配条码铟钢尺３千斤顶ＥＮＥＲＰＡＣ美国实用动力０．２ｒａｍ用于轨道梁的三向移位４游标卡尺１５０—２００ｈｉｍ０．０２ｒａｍＸ向间隙测量５塞尺３５０ｍｍＹ、Ｚ向错位测量６刀尺３００ｍｍ０．３／１００００７温度计ＪＭ４２４Ｍ天津立文Ｏ．１℃测量环境温度４轨道梁精调的方法轨道梁精调的总原则是：在尽可能保证每根梁绝对位置的同时，并保证相邻梁之间的相对关系。为了提高精调速度，遵循该原则，根据测量控制点的位置，把轨道梁划分为基准梁和中间梁（一般情况下，相邻的两根梁如一根定为基准梁，则另一根为中间梁），分别用不同的方法精调。基准梁采用ＴＣ２００３全站仪与ＤＩＮｌｌ２电子水准仪精确测量轨道梁实际的三维空间位置，通过与设计理论值比较得出各方向的位移差值，再通过调位千斤顶的配合从而精密定位。中间梁，顾名思义位于两根基准梁之间，它由轨道梁的相对位置精度要求进行控制，通过游标卡尺、塞尺、刀尺等工具量测两相邻梁的相对位置数据，再通过调位千斤顶的配合从而精密定位。５轨道梁精调的要点５．１测量控制点磁悬浮控制网点由上海测绘院施测，上海岩土工程勘察设计院复核。上海磁悬浮主线全为高架，地面控制点只能保证对桥墩基础、墩身等下部结构的控制以及轨道梁的粗定位，轨道梁的精密定位须在梁上布设控制点，相邻控制点间距在１００—１５０ｍ之间，并与地面控制点联测平差，形成统一的体系。精调平面控制点采用在轨道梁吊装孔上设置强制归心点（如图１），可直接在其上架设全站仪和棱镜，高程控制点设在轨道梁连接件的螺栓上，通过三角高程方法从地面引测到梁上，梁上各点问形成水准路线，并施测平差。图１５．２定位测量点轨道梁精密调位的目的是为了控制定子铁芯的空间位置，但定子铁芯位于轨道梁的下部且外表涂抹了树脂漆，不便于直接观测。轨道梁上功能件的滑行面与侧向导向轨面都不是精加工件，没有精密的控制点位。但轨道梁连接件定位销孑Ｌ的外侧中心点是通过数控机床在轨道梁上定位加工的，加工精度±０．０２ｍｍ。控制好了这个点位就等于控制了定子铁芯的位置。由于这个位置无法安置棱镜实测，需加工定位销孔引出件（如图２、３），通过定位销孔外侧中心点的设计坐标与定位销孑Ｌ引出件的空间几何关系可计算出引出件观测点的理论坐标。Ｉ…ＡＵ图２直线梁定位销引出件图３：曲线梁定位销引出件（注：ＡＢ＝ｏ．０５８ｍ，ＢＣ＝ｏ．１５６ｍ．ＡＤ＝０．１ｍ）以上针对的是轨道梁端的一个定位销孔，对每一根轨道梁来讲，有四个定位销孔，其端部下面相应有四个支座。如图４。图４轨道梁支座布置示意图：！！鱼：蕉蜜皇盘型王垂型量垫莶婴过塞煎金迨塞塞筮墨鲞注：其中１为固定支座，该端必须以设计理论位置为准对Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向进行控制；２为单向活动支座，控制Ｙ、Ｚ方向；３、４为双向活动支座，控制Ｚ方向。５．３坐标测量方法５．３．１传统的坐标测量方法一般情况下，测量未知点的坐标我们采用的都是极坐标法，这样每次测量及计算的时间都长，对于需要快速得到测量数据，反复调位、反复测量，从而最终精确定位轨道梁来说，显然是不合适的。５．３．２坐标放样法坐标放样法就是把测点的理论坐标先输入仪器，然后实测，通过仪器中的固有程序直接得到实测坐标与理论坐标的差值，从而可快速指导调位千斤顶的移动。这样就可先在室内计算出各基准梁定位点的线路坐标和各平面控制点在每根梁的线路坐标系中的坐标，并手工输入到全站仪的存储卡中，测量时可直接得到实测的轨道梁坐标与理论坐标的差值，即位移量，大大加快了精调速度。５．４线路坐标计算设计院只提供了每根梁定位销孔处外侧中心点的大地坐标，精调时为了减少工作量，提高速度，梁的调位量纵向应与梁纵轴线平行，横向应与梁的横轴平行，这样我们应该沿梁的轴线方向建立线路坐标系，通过坐标平移、旋转把定位点的大地坐标转换成线路坐标。５．４．１直线梁线路坐标计算沿梁轴线建立坐标系，以轨道梁的前进方向为ｘ轴正向，ｘ轴正向顺时针旋转９０度为Ｙ轴正向，平面控制点也纳入同一个坐标系，一段直线只需设一个坐标系即可。通过坐标平移、旋转把定位点的大地坐标转换成线路坐标。５．４．２曲线梁线路坐标计算每根曲线梁的横坡和纵坡都有不一样，每根梁的主轴线方位和梁始末端功能件的方位也不相同，这样每根梁都要沿梁主轴线方位及始末功能件方位各设一个坐标系，即一根梁要设三个坐标系，进行三次坐标旋转变换，才能把大地坐标转换为线路坐标（以轨道梁始末功能件定位销孔的连线为Ｘ轴，垂直于ｘ轴为Ｙ轴），坐标的计算难度很大。为此我们编写了一套计算程序（适用于ＣＡＳｌ０４５００、４８００计算机），以右转曲线固定支座在左侧时为例，程序清单如表２。表２定位销引出件平面坐标计算程序清单表程Ｌ１：Ｌｂｌ０Ｌ２：ｔ序清单说标号明ＡＢＭＮＣＱＫＬＩＪｆＨＵＶＲＴ｝定义变量Ｄ：Ｓ＝ｐｏｌ（（Ａ“ＸｌⅣｃ”一Ｂ“ＸＩ＾”），（Ｍ“ＹｌＢ／ｃ”一Ｎ“Ｙｌ＾”））：Ｇ＝Ｗ—Ｒ＝ｐｏｌ（（Ｃ“ＸＮＢ，ｃ”一Ｌ“ｘ。＾”），（Ｑ“ＹＮＢ，ｃ”一Ｉ“Ｙ“”）：Ｊ＝ｗ：一始末端功能件方位角反算轨道梁主轴线及Ｌ４：Ｅ＝ｐｏｉ（（Ｃ“ＸＮ眦”一Ｂ“Ｘｌ＾”），（Ｑ“Ｙ舭”一Ｎ“ＹＩ＾”））：Ｆ＝Ｗ—Ｌ５：Ｘ＝Ｂ事ＣＯＳＧ＋Ｎ‘●ＳＩＮＧ＋０．０５８【６：Ｙ＝Ｎ●ＣＯ．ＳＩｇ—Ｂ宰ＳＩＮＧ＋０．１・ＣＯＳＫ＋０．２１６・ＳＩＮＫ轨道梁始端定位点坐标计算Ｌ７：“Ｘｌ＾”＝Ｘ・ＣＯＳ（Ｆ—Ｇ）＋Ｙ奉ＳＩＮ（Ｆ—Ｇ）■璩：“Ｙｌ＾”＝Ｙ・ＣＯＳ（Ｆ—Ｇ）一ｘ・ＳＩＮ（Ｆ—Ｇ）ｊ四：ｘ＝Ｃ・ＣＯＳＪ＋Ｑ｝ＳＩＮＪ－０．０５８Ｌ１０：Ｙ＝Ｑ・ＣＯＳＪ—Ｃ＿ＳＩＮＪ＋Ｏ．１・ＣＯＳＵ＋Ｏ．２１６・ＳＩＮＵＬｌｌ：“ＸＮ眦”＝Ｘ事ＣＯＳ（Ｆ—Ｊ）＋Ｙ・ＳＩＮ（Ｆ－Ｊ）一Ｌ１２：“ＹＮＢ，ｃ”＝Ｙ奉ＣＯＳ（Ｆ—Ｇ）一Ｘ｝ＳＩＮ（Ｆ－Ｊ）■Ｌ１３：Ｇｏｔｏ０轨道梁末端定位点坐标计算条件转向５．４高程计算对于直线梁，定位销孑Ｌ引出件顶高程由定位销孔外侧中心的设计高程加上定位销的高度即可。对于曲线梁，由于轨道梁始末端的横坡不同，以及梁的倾斜对定位销引出件高度的影响在梁的两侧也不相同，四个定位销孔高程的计算也各不相同，我们对高程的计算也编写了一套程序。以右转曲线为例，程序清单如表３。表３高程计算程序清单表程序清单Ｌ１：Ｌｂｌ０Ｌ２ｌＨＫ｝说标号明输入设计高程和横坡角，左侧Ｋ输入正值，右侧Ｋ输入负值Ｄ：Ｚ：Ｈ＋Ｏ．１５６＊ＣＯＳＫ一０．Ｉ＊ＳＩＮＫ＋Ｏ．００５・～／—（１－ＣＯ—Ｓ２Ｋ）一ＩＡ：Ｇｏｔｏ０条件转向：！！！：整窒皇盔型王垂型量垫查婴过童煎金迨塞塞箜兰鲞６精调步骤６．１基准梁精调步骤（１）精调准备：复核平面及高程控制点，准备调位于斤顶，在相邻的两梁顶面（侧面）安装百分表。（２肼算定位销引出件顶的三维坐标、测站及后视点的平面坐标，安装定位销引出件，撤出临时支座并安装永久支座。（３）ｚ向精调：安置水准仪，实测引出件顶标高，直到轨道梁落在永久支座上时定位销孔的标高与设计值之差在±ｌｍｍ范围之内，固定永久支座。（４）Ｘ、Ｙ轴向精调：把线路坐标输入到全站仪中，用坐标放样程序测量调位量，指挥千斤顶移位，直到轨道梁落在永久支座上时的ＡＸ、△Ｙ≤±Ｉｍｍ。（５）报请监理检测，如不符重复前述步骤。６．２中间梁精调步骤・（１）准备调位千斤顶以及游标卡尺、塞尺、刀尺等工具，撤出临时支座并安装永久支座。（２）量测Ｘ、Ｙ、ｚ向错位，测量环境温度并据此计算相应的Ｘ向定子间隙值区间。（３）先使Ｚ向错位≤±Ｏ．６ｍｍ，且相邻梁定子面和滑行轨瓦错位应尽可能同时满足。‘（４）用千斤顶移动轨道梁使△Ｙ≤±ｌｍｍ，使ｘ向错位值处在环境温度对应的定子间隙值区间。（５）如果由于轨道梁的原因不能保证ｘ、Ｙ、ｚ向的错位值，应报请设计确认。（６）报请监理检测，如不符重复前述步骤。７结束语上海磁悬浮是我国也是世界上兴建的第一条商业磁悬浮运营线，国外只有试验线且线路都短，上海磁悬浮总长３０公里，全为高架。我们仅用不足六个月的时间就完成了全部轨道梁的精调定位，各项技术指标都满足设计和德国专家的要求，取得了较好的社会和经济效益，总结了一套轨道梁精调的技术，为今后磁悬浮工程轨道梁精调施工提供了宝贵的经验。参考文献［１］陈龙飞，金其坤著．工程测量［Ｍ］．上海．同济大学出版社，１９９０．
