Анализ способов постановки железнодорожного пути в проектное положение при реконструкции (модернизации) и эксплуатационной работе Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 528.236.5

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОСТАНОВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ В ПРОЕКТНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ (МОДЕРНИЗАЦИИ) И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

Владимир Васильевич Щербаков

Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Инженерная геодезия», тел. (913)912-86-91, e-mail: vvs@stu.ru

Иван Владимирович Щербаков

Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, ведущий инженер лаборатории «Диагностика дорожных одежд и земляного полотна», тел. (913)795-33-33, e-mail: cild@rambler.ru

Приведены методы и средства выправки железнодорожного пути, выполнен анализ измерительных систем, а так же их оценка по различным критериям.

Ключевые слова: система координат, система автоматического управления, спутниковый геодезический приемник, автоматизация работ, глобальная навигационная спутниковая система.

ANALYSIS OF METHODS OF LAYING RAILWAY TRACKSIN FINAL POSITION DURING RECONSTRUCTION (MODERNIZATION) AND FIELD OPERATION

Vladimir V. Scherbakov

Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., PhD, head of department of Engineering Geodesy, tel. (913)912-86-91, e-mail: vvs@stu.ru

Ivan V. Scherbakov

Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., senior engineer of «Road and road bed monitoring» laboratories, tel. (913)795-33-33, e-mail: cild@rambler.ru

Methods and techniques of railway line straightening are listed, analysis of measuring systems is carries out, as well as their evaluation by various criteria.

Key words: coordinate system, automatic control system, geodetic satellite receiver, automation works, GNSS.

Постановка ж/д пути в проектное положение одни из наиболее трудоемких этапов, выполняемых в процессе ремонта или реконструкции железных дорог.

На текущем содержании выполняется выправка пути путем сглаживания (устранения неровности в плане и профиле), при этом используется внутренние системы координат измерительных комплексов путевых машин.

Связи с внешней пространственной системой координат, так же системы автоматического управления (САУ) не имеют. В России к таким системам относятся ПТК "Магистраль" и ВПН "Навигатор". Эти САУ относятся к относительным методам выправки пути.

В последнее время получили широкое развитие САУ на базе координатных методов, использующих пространственные (геодезические) координаты.

На рис. 1 показано, что после сглаживания линия 1 перемещается в сечениях с заданным «шагом» из положения 1 в положение 2, а при постановке в проектное положение в положение 3.

В настоящее время постановки пути в проектное положение осуществляются несколькими известными способами (рис. 2):

1-й способ: с использованием лазерных построителей плоскости в комплексе со спутниковой аппаратурой ГНСС (ГЛОНАСС/GPS) или опорной (реперной) геодезической сетью.

2-й способ: с использованием глобальных навигационных спутниковых систем ГНСС (ГЛОНАСС/GPS) в качестве измерительной системы, работающей в дифференциальном режиме в комплексе Rover и базовая (референц) станции.

3-й способ: с использованием опорной плоскости в виде копир-струны.

4-й способ: кроме указанных трех способов существуют другие, в основе которых лежит, например измерительная система комплексированная со спутниковой аппаратурой ГНСС, инерциальной, гирополукомпаса и.т.д.

Сущность первого способа заключается в измерении смещений измерительной тележки (рабочих органов выправочной машины) относительно заданных плоскостей лазерного построителя плоскости ориентированного в пространстве по координатам, полученным TH^(GPS) или реперной геодезической сети через 300-400м. В качестве примера такой совместной системы является EM-SAT австрийской разработки (рис. 3).

Существует два варианта реализации EM-SAT с использованием спутниковой аппаратуры для определения координат опорных точек через 300-350м, а так же с использованием реперной сети, создаваемой вдоль железных дорог.

Рис. 1. Схема выправки пути

Рис. 2. Способы постановки пути в проектное положение

Рис. 3. Выправка пути в Италии системой EM-SAT

По величине смещения лазерного луча на фотоприёмном устройстве формируется сигнал для перемещения пути в горизонтальной и вертикальной плоскости для постановки пути в проектное положение.

Сущность второго способа заключается в определении смешения измерительной тележки в горизонтальной и вертикальной плоскости по

разности проектных и фактических координат в любой ьой точке на участке ремонта (реконструкции).

Координаты определяются в глобальной системе WGS-84 и преобразуются в систему координат проекта МСК (рис. 4).

Рис. 4. Принципиальная схема определения смещения с использованием ГНСС

Третий способ. Создание искусственной опорной линии наиболее распространенный способ высокоточной постановки пути в проектное положение. На скоростных магистралях это основной способ постановки в проектное положение. В Европе большую часть работ по постановке пути в проектное положение выполняют с использованием копир-струны. При строительстве автомобильных дорог современными автоматизированными системами управления асфальтоукладочными, бетоноукладочными машинами в настоящее время на 100% оснащены САУ с копир-струной.

Сущность способа заключается в сравнении фактических и проектных расстояний между осью ремонтируемого пути и копир-струной в ьых сечениях, вычислении смещения (рихтовки, подъемки) пути в плане и профиле и выработке сигнала на смещении пути в проектное положение (рис.

5, 6).

Д/ /пр - /фа

ДА = НПр - Яфа

Рис. 5. Принципиальная схема определения сдвижки подъемки с пользованием копир струны

Рис. 6. Применение копир-струны при проведении ремонтных работ в Германии

Способ четвертый. Комплексированные схемы ГНСС + инерциальная система - перспективное направление широко применяется в САУ строительной техникой - автогрейдерами, бульдозерами и др. В основе

работы сравнения проектных и фактических координат так же как и во втором способе.

Достоинства и недостатки способов постановки пути в проектное положение представлены в табл. 1.

Таблица 1

Достоинства и недостатки способов постановки пути _в проектное положение_

Способ Достоинства Недостатки

1 1. Высокий уровень автоматизации. 2. Высокая точность взаимного положения пути в смежных сечениях (±2). 3.Исключение длинных неровностей (заводи, лощины) в плане и профиле. 1. Сложная организация работ с наличием двух взаимосвязанных подвижных средств, цикличность работ при перемещении между опорными точками, зависимость от погодных и климатических условий (наличие лазерной техники). 2. Расширенный штат специалистов. 3. Относительно невысокая точность абсолютного положения пути (±15 мм). 4. Высокая стоимость оборудования, включая его обслуживание.

2 1. Высокий уровень автоматизации (100 %, за исключением подготовительных работ). 2. Сокращение штата обслуживающего персонала (2 специалиста). 3. Высокая производительность работ. 4. Исключение человеческого фактора непосредственно при постановке в проектное положение. 5. Исключение длинных неровностей. 1. Относительно низкая точность взаимного положения в смежных сечениях (±2 см). 2. относительно низкая точность пространственного положения (относительно опорной геодезической сети: ±3 см). Высокая стоимость оборудования и обслуживания.

3 1. Высокая точность взаимного положения в смежных сечениях (±1 мм). 2. Высокая точность пространственного положения относительно опорной геодезической (реперной) сети (±5 мм). 3.Низкая стоимость оборудования 1. Высокая трудоемкость. 2. Расширенный штат геодезистов. 3. Большие затраты времени на подготовительные работы установки копир-струны. 4. Расширенный штат рабочих по монтажу и демонтажу копир-струны и специального оборудования по регулировке натяжения и пространственного положения струны.

4 1. Относительно высокая точность взаимного положения (±5 мм) в смежных сечениях. 2. Полная автоматизация за исключением подготовительных работ. 3. Сокращенный штата (2 специалиста). Относительно невысокая точность определения пространственного положения (±2 см) рельсовой колеи относительно опорной геодезической сети

* относительно высокая и относительно не высокая точность определяется средними значениями точности для всех способов.

© В.В. Щербаков, И.В. Щербаков, 2014