對曲線內(nèi)側(cè)高柱信號機(jī)限界測量問題的探討

裴天祿

軌旁信號設(shè)備的限界測量是信號維修工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。為保證軌旁信號設(shè)備建筑接近限界達(dá)標(biāo)和滿足超限車輛通行要求，必須準(zhǔn)確測量并掌握其限界和高度。

1 常規(guī)的信號設(shè)備建筑接近限界測量方法

測量設(shè)于軌旁的信號設(shè)備建筑接近限界時(shí)，通常以軌面作為基準(zhǔn)，測量信號設(shè)備各個(gè)高度變化點(diǎn)距線路中心的距離，以及各個(gè)高度變化點(diǎn)距兩軌頂連線的高度；然后通過對比 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限界，來判定設(shè)備是否侵入限界。如果侵限，則要進(jìn)行整治，否則將有可能影響超限車輛的通行安全。

在實(shí)際測量中，由于線路中心無法準(zhǔn)確掌握，因此要想測量信號設(shè)備距線路中心的距離，如圖1所示，首先要通過測量被測點(diǎn)距鄰近側(cè)鋼軌的內(nèi)邊緣距離，再加上標(biāo)準(zhǔn)軌距1435mm的一半717．5mm，即為被測點(diǎn)的實(shí)際限界值W ，被測點(diǎn)距兩軌頂連接的距離，即為測量高度H。

圖1 信號設(shè)備建筑接近限界測量

2 曲線上建筑接近限界的加寬要求

當(dāng)列車在直線上運(yùn)行時(shí)，車體中心線就是線路上兩鋼軌的垂直平分線，因此高度和限界的測量可根據(jù)傳統(tǒng)方法直接測量，毋須研究。但當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，因?yàn)檐圀w的剛性結(jié)構(gòu)不能隨線路曲度而彎曲，車體縱向中心線與線路中心線也不相吻合，使車體兩端向線路外側(cè)偏移，車體中部向線路內(nèi)側(cè)偏移，同時(shí)由于曲線上設(shè)置了外軌超高，使得車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，并且車體最高部位內(nèi)傾的程度很大。因此在曲線上軌旁信號設(shè)備的建筑接近限界必須按規(guī)定進(jìn)行加寬。

3 傳統(tǒng)的測量方法存在的問題

1．曲線上測量的高度與實(shí)際要求的高度存在誤差。當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，列車實(shí)際上是向曲線內(nèi)側(cè)傾斜的，這是為了平衡離心力，設(shè)置了外軌超高所造成。曲線內(nèi)側(cè)的加寬公式為：

其中，R為曲線半徑，H為測量點(diǎn)距軌面高度，h為曲線外軌超高，40500為公式推導(dǎo)過程中根據(jù)車輛中心銷距等得出的計(jì)算值，1500為標(biāo)準(zhǔn)軌距的近似值，單位除曲線半徑R為m之外，其余均為mm。

從公式可以看出，曲線內(nèi)側(cè)的加寬實(shí)際上是由2部分組成，如圖2所示。其中一部分為車體中心線偏離線路中心線產(chǎn)生的加寬量，即40500／R，這一部分只跟曲線半徑R有關(guān)；另一部分是由于外軌超高，致使車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜而產(chǎn)生的加寬量，即H／1500，這一部分跟測量點(diǎn)的高度H 和曲線的外軌超高h(yuǎn)有關(guān)。在曲線內(nèi)側(cè)限界加寬公式推導(dǎo)過程中，H是測量點(diǎn)垂直于兩軌頂連線的距離，即圖2中的AC。但是按傳統(tǒng)的測量方法，從測量點(diǎn)使用吊錘所測得的設(shè)備高度H′實(shí)際為圖2中AB，AB為直角三角形的斜邊，AC為直角三角形的直角邊，根據(jù)直角三角形斜邊大于直角邊的性質(zhì)，AB大于AC，因此根據(jù)測量高度H所計(jì)算出的限界加寬量是大于實(shí)際要求的加寬量。從限界數(shù)據(jù)方面來看，這一數(shù)據(jù)是傾向于安全側(cè)的，但是在判斷超限車輛通行條件時(shí)，由于所依據(jù)的是超限貨物各個(gè)不同側(cè)高所要求的安全距離，而這個(gè)側(cè)高是指車體垂直于兩軌頂連線的高度 （圖2中AC的距離），小于所測得的高度 （圖2中AB的距離）。

圖2 設(shè)于曲線內(nèi)側(cè)的高柱信號機(jī)限界測量

舉個(gè)例子，當(dāng)曲線外軌超高h(yuǎn)為150mm，采用傳統(tǒng)測量方法測得的高度AB為4500mm，若軌距BC按1500mm來考慮，根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算得垂直于兩軌頂連線的高度AC實(shí)際為4477mm，相差23mm。而某列超限車輛裝車后所要求的安全限界為：距軌面高度4180mm處 （圖2中AC的距離，下同）為2208mm （圖2中AF的距離，下同）；距軌面高度4480mm處為1984mm；距軌面高度4880mm處為1078mm，未銜接高度間為斜坡形連接。根據(jù)三角形性質(zhì)可以計(jì)算得距軌面高度4500mm處的安全限界應(yīng)為1938mm，而距軌面高度4477mm處的安全限界應(yīng)為2001mm。這樣如果根據(jù)所測得的高度4500mm去核對設(shè)備限界是否滿足超級超限車輛通行條件，1938mm即可滿足，而實(shí)際則需要達(dá)到2001mm才能滿足超限車輛通行，因此所得到的結(jié)果既不準(zhǔn)確，也不安全。

2．傳統(tǒng)的測量方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，登高作業(yè)存在人身安全風(fēng)險(xiǎn)。電務(wù)部門目前測量建筑限界大多采用接觸式測量，使用的工具是絕緣皮尺和吊錘等。對于高柱信號設(shè)備而言，由于吊錘的擺動、人工選點(diǎn)等原因，會造成測量誤差的加大；另一方面，登高作業(yè)會帶來非常大的人身安全風(fēng)險(xiǎn)，且在信號機(jī)距接觸網(wǎng)線距離小于2m時(shí)，必須要等接觸網(wǎng)停電后方可攀登作業(yè)，因此還需供電部門的配合。

4 解決方法

4．1 對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校正處理

為準(zhǔn)確掌握信號設(shè)備建筑限界和超級超限車輛通行所要求的安全限界，需要對測量高度進(jìn)行校正處理，即將實(shí)際測量高度AB的值換算為AC的值，再進(jìn)行比較，這樣才能準(zhǔn)確判斷信號設(shè)備限界是否滿足超限車輛通行要求。

校正的方法：校正前，首先要知道信號設(shè)備所處曲線的外軌超高值；然后根據(jù)公式 “實(shí)際高度＝測量的高度×cos （arcsin h／1500）”即可實(shí)現(xiàn)校正。公式的推導(dǎo)過程不再詳述。

4．2 采用紅外線激光非接觸式測量

為解決傳統(tǒng)測量手段的諸多問題，應(yīng)大力推廣使用紅外線激光方式的非接觸式測量儀器。測量時(shí)無需攀登信號機(jī)，只需將測量儀器放置在鋼軌上，使激光頭對準(zhǔn)被測點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)主機(jī)并觀察顯示屏，待顯示屏中央十字絲與待測目標(biāo)點(diǎn)完全重合，則表明已瞄準(zhǔn)。在光線較弱的情況下，也可以打開長光，用眼睛觀察激光點(diǎn)輔助瞄準(zhǔn)。瞄準(zhǔn)時(shí)，可先用手轉(zhuǎn)動主機(jī)進(jìn)行粗調(diào)，然后根據(jù)需要再旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕進(jìn)行微調(diào)，直到對準(zhǔn)目標(biāo)。采用這種方法，徹底消除了人身安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)相對傳統(tǒng)的測量方式來說，大大提高了測量精度，誤差可以控制在±5mm范圍之內(nèi)，同時(shí)測量數(shù)據(jù)可以直接記錄在本機(jī)，測量完畢后再使用專用U盤將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，也可通過自帶軟件在電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、匯總等。另外在曲線上測量時(shí)，還可根據(jù)內(nèi)部運(yùn)算實(shí)現(xiàn)高度的自動校正。

目前蘭州局管內(nèi)在限界測量中，采用了支架式和便攜式2種激光限界測量工具。其中，便攜式可在手機(jī)上安裝APP客戶端，通過藍(lán)牙與手機(jī)連接，測量數(shù)據(jù)可以直接傳送到手機(jī)上，非常方便。

總之，使用紅外線激光測量儀器大大提高了測量精度，消除了人身安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該替帶傳統(tǒng)的測量方式成為今后的發(fā)展趨勢，但唯一存在的不足是對高信信號機(jī)構(gòu)測量時(shí)，由于機(jī)構(gòu)背板邊緣較薄，使測量點(diǎn)的對準(zhǔn)比較困難，在測量時(shí)需要在信號機(jī)背板上，人工設(shè)置易于對準(zhǔn)的標(biāo)記，需要在今后加以改進(jìn)。

［1］ 中華人民共和國．GB 146．2－1983．標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界［S］．1983．

［2］ 中華人民共和國．GB 50090－2006．鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2006．

［3］ 中國鐵路總公司 ．TG／01－2014．鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）［S］．2014．

［4］ 中華人民共和國鐵道部 ．鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．鐵路建筑實(shí)際限界測量和數(shù)據(jù)格式［S］．

［5］ 龍科．關(guān)于細(xì)化鐵路曲線上建筑限界加寬的建議［J］．鐵道技術(shù)監(jiān)督，2014（1）．

［6］ 崔可夫．曲線地段建筑接近限界內(nèi)側(cè)加寬量計(jì)算方法［J］．鐵道技術(shù)監(jiān)督，2003（10）．