軌道測(cè)量?jī)x傾角傳感器的安裝誤差會(huì)造成經(jīng)檢定合格的不同軌道測(cè)量?jī)x在測(cè)量同一段線路的軌道超高時(shí)測(cè)量結(jié)果不盡相同，甚至同一臺(tái)儀器在不同線路狀態(tài)的超高測(cè)量示值誤差亦相差較大，為此，從軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量原理出發(fā)，對(duì)傾角傳感器的安裝誤差進(jìn)行分類研究，重點(diǎn)分析了傾角傳感器的雙軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫向、縱向均不平行時(shí)，其對(duì)軌道測(cè)量?jī)x超高測(cè)量的影響，研究結(jié)果表明:為了滿足軌道測(cè)量?jī)x在線路任一位置的超高測(cè)量示值誤差不大于±０􀆰 ３０ｍｍ的規(guī)范要求，傾角傳感器的安裝誤差角度應(yīng)不大于０.５°。

隨著我國(guó)高速鐵路的不斷發(fā)展，列車的行車速度越來(lái)越快，對(duì)軌道平順性的要求也越來(lái)越高，而軌道靜態(tài)檢測(cè)是保證軌道高平順性的關(guān)鍵工序[１－３] ，超高測(cè)量是軌道靜態(tài)檢測(cè)的主要工作之一，高速鐵路軌道的超高作業(yè)驗(yàn)收允許偏差為２ｍｍ[４] ，而用于軌道超高測(cè)量的主要儀器—軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量示值誤差允許值僅為±０􀆰 ３０ｍｍ[５] ，因此，應(yīng)對(duì)軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量引起足夠重視，而在實(shí)際工作中卻發(fā)現(xiàn)，不同的經(jīng)檢定合格的軌道測(cè)量?jī)x在測(cè)量同一段線路的軌道超高時(shí)，各測(cè)量結(jié)果卻不盡相同，甚至同臺(tái)設(shè)備在不同線路狀態(tài)的超高測(cè)量示值誤差都相差較大，直接造成對(duì)軌道實(shí)際超高的誤判，這是因?yàn)檐壍罍y(cè)量?jī)x內(nèi)置的傾角傳感器的安裝誤差造成的，因此，有必要深入研究?jī)A角傳感器安裝誤差對(duì)軌道測(cè)量?jī)x超高測(cè)量的影響，為今后的軌道檢測(cè)、驗(yàn)收及維護(hù)提供一定的參考。

１超高測(cè)量原理

超高是指軌道同一橫截面內(nèi)左右兩股鋼軌頂面的相對(duì)高差ｈ[６－７](如圖１所示)，超高計(jì)算式為

式中:Ｌ為左右鋼軌中心的間距，是計(jì)算超高的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，φ 為鋼軌頂面與水平面的夾角。

軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量精度完全由夾角 θ 的測(cè)量精度決定，而夾角 φ 則由軌道測(cè)量?jī)x內(nèi)置的傾角傳感器測(cè)出。

２傾角傳感器的安裝誤差
目前，絕大多數(shù)軌道測(cè)量?jī)x采用在橫梁上安裝傾角傳感器的方式[８] ，測(cè)量其自身結(jié)構(gòu)隨軌道幾何狀態(tài)變化而產(chǎn)生的橫向傾角變化，再通過(guò)傾角變化值來(lái)定量計(jì)算該點(diǎn)處軌道的超高，傾角傳感器安裝在軌道測(cè)量?jī)x橫梁上，其測(cè)量軸應(yīng)與軌道測(cè)量?jī)x獨(dú)立坐標(biāo)系的橫向、縱向坐標(biāo)軸分別平行(如圖２(ａ)所示)，以確保軌道的任一處超高得到精確測(cè)量，但是受安裝誤差的影響，傾角傳感器的雙軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫、縱向并不相互平行，存在一定的夾角，造成軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量出現(xiàn)誤差。

本文重點(diǎn)分析，傾角傳感器的安裝誤差對(duì)軌道測(cè)量?jī)x超高測(cè)量的影響。

３超高測(cè)量誤差分析
由于線路設(shè)計(jì)時(shí)受坡度、曲線、超高等要素的影響，其自身各處的幾何狀態(tài)并不相同，設(shè)線路一處的坡度角度為 γ，左右兩股鋼軌面與水平面的夾角為 α，而軌道測(cè)量?jī)x此處的超高角度測(cè)量值為 β，傾角傳感器的雙軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫、縱向的夾角為 θ ( 如圖２(ｄ) 所示)，以此構(gòu)建傾角傳感器的測(cè)量軸線與此處軌道幾何狀態(tài)的空間關(guān)系模型，如圖３所示。

圖３傾角傳感器測(cè)量軸線與軌道狀態(tài)的空間關(guān)系

圖３中Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸分別為軌道的橫向、縱向和垂向，平面ＡＢＤＯ為水平面，而平面ＥＦＣＯ為存在坡度角度 γ 和超高角度 α 要素的實(shí)際軌道面，直線ＧＨ為傾角傳感器的測(cè)量軸線，其在水平面的投影直線ＭＮ與軌道橫向的夾角為 θ，則∠ ＨＧＩ為軌道測(cè)量?jī)x的超高角度測(cè)量值 β，而線段ＨＩ即為超高測(cè)量值，但軌道的超高角度為 α，其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)超高值應(yīng)為線段ＣＤ，因此，由于傾角傳感器的安裝誤差角度 θ，造成的軌道測(cè)量?jī)x超高測(cè)量誤差 Δｈ為

根據(jù)圖２中空間立體幾何關(guān)系，可得

將式(３)代入式(２)，整理可得

表１超高測(cè)量誤差

由表１可知，即使傾角傳感器的安裝誤差角度 θ很小，但在線路坡度段仍然對(duì)軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量造成嚴(yán)重影響，誤差值甚至超過(guò)１ｍｍ，直接造成對(duì)軌道實(shí)際超高的誤判，因此，為了滿足軌道測(cè)量?jī)x在線路任一位置的超高測(cè)量示值誤差不大于±０.30ｍｍ的規(guī)范要求,傾角傳感器的安裝誤差角度 θ 應(yīng)不大于０.５°。

４結(jié)論

１)受安裝誤差的影響，傾角傳感器的雙軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫、縱向并不相互平行，存在一定的夾角，使軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量產(chǎn)生誤差。

２)傾角傳感器的安裝誤差不同，對(duì)軌道測(cè)量?jī)x的超高測(cè)量影響不同，當(dāng)傾角傳感器的一軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫向或縱向平行，而另一軸不平行時(shí)，其對(duì)超高測(cè)量無(wú)影響或可通過(guò)標(biāo)定來(lái)補(bǔ)償修正，而當(dāng)傾角傳感器的雙軸與軌道測(cè)量?jī)x的橫向、縱向均不平行時(shí)，其對(duì)超高測(cè)量的影響會(huì)隨著軌道幾何狀態(tài)的變化而變化，且不能通過(guò)標(biāo)定來(lái)補(bǔ)償修正。

３)傾角傳感器的安裝誤差對(duì)軌道測(cè)量?jī)x在不同線路狀態(tài)的超高測(cè)量影響不同，當(dāng)線路不存在或只存在超高時(shí)，其對(duì)超高測(cè)量影響很小，可忽略不計(jì)，當(dāng)線路存在坡度時(shí)ꎬ其對(duì)超高測(cè)量影響嚴(yán)重，尤其是當(dāng)線路同時(shí)存在超高和坡度時(shí)，應(yīng)更加注意超高測(cè)量的檢核。

４)為了滿足軌道測(cè)量?jī)x在線路任一位置的超高測(cè)量示值誤差不大于±０.３０ｍｍ的規(guī)范要求ꎬ傾角傳感器的安裝誤差角度應(yīng)不大于０.５°。

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