Измерительные работы при текущем содержании пути

 

Железнодорожный путь, его земляное полотно — сложная геотехническая система, представляющая со­бой комплекс объектов, характеризующихся опреде­ленной структурой, геометрическими формами, раз­мерными параметрами всех элементов в продольном и поперечном профилях, стабильностью их во време­ни, как необходимого условия обеспечения надежнос­ти движения поездов.

При эксплуатации все объекты подвергаются ин­тенсивному воздействию поездной нагрузки, природ­но-климатических факторов, которые приводят к рас­стройствам пути, ухудшению свойств балласта, нару­шению грунтовой среды, возможным деформациям объектов земляного полотна (ОЗП). Поэтому необхо­дим постоянный надзор и систематические конт­рольные измерения параметров железнодорожного пути для оценки его состояния. Измерительные рабо­ты необходимы при техническом обслуживании — ремонтах и текущем содержании пути, при наблюде­ниях за положением рельсошпальной решетки, балла­стной призмы, за состоянием объектов земляного по­лотна и его обустройств.

Первостепенное внимание всегда уделяется изме­рениям положения рельсовой колеи, которые выпол­няют путеизмерительными вагонами и тележками для получения количественных размерных показателей, позволяющих достоверно оценивать состояние пути на перегонах, станциях, в том числе на стрелочных пе­реводах и улицах. Вместе с тем при текущем содержа­нии необходим оперативный контроль; ведь положе­ние колеи по уровню, в плане, упругие осадки зависят от качества выправки, рихтовки, исправления пути на пучинах, от просадок, состояния грунтов основной площадки, основания насыпи, устойчивости откосов, от состояния элементов искусственных сооружений.

      В «Правилах и технологии выполнения основных работ по текущему содержанию пути» рихтовку и выправку рекомендуется выполнять «на глаз» , с использованием визирок , бинокля, прибора ПРП. Но визирки, применяемые с XIX в., не обеспечивают нужную точность. Положе­ние бинокля не фиксируется, для измерительных ра­бот он не приспособлен, а главное, — нет ни верти­кальной, ни горизонтальной нитей.

     Прибор ПРП - аналог аппарата фирмы «Матиза» (Швейцария) бо­лее полувековой давности — имеет обратное (пере­вернутое) изображение, малое поле зрения 1°25', не­большой диапазон поворота трубы 5°—7°, ограничен­ное применение — только на рельсовых нитях, не­удобен в работе. Многие дистанции пути прибор ут­ратили.

Почему бы путейцам не дать простой портатив­ный оптический прибор на облегченной телескопи­ческой треноге, обязательно с сеткой: вертикальная нить для контроля рихтовки, горизонтальная - для выправки пути. Говорят, мол, у нас теперь есть машина «Дуоматик», сама снимает координаты кривой, сама выправляет. Все верно. А для текущего содержания каждый день на пути, на стрелочных переводах необ­ходим простой (проще нивелира и теодолита) опти­ческий визирный прибор.

Если оглядываться на Запад, то каких только гам нет простых контрольных приборов! Например, на ав­стрийских железных дорогах: для измерения подъем­ки, выправки пути, отметок с репера, измерения сме­щений, рихтовки (рис. 1). Только для измерения стрел изгиба в кривых фирма Plasser und Thcurcr предлага­ет специальную измерительную систему (нивелир, штатив, измерительная и нивелировочная рейки), ком­плект массой 17,6 кг и т.п.

Различные измерительные работы выполняют при реконструкции балластной призмы, ремонтах земля­ного полотна с устройством противодеформационных конструкций, дренажей, водоотводов, защитных, удер­живающих, улавливающих, габионных и других соору­жений. При этом применяют высокоточные нивелиры, теодолиты, цифровые тахеометры. Однако при съемке поперечных профилей (ПП) высоких насыпей, глубо­ких выемок, например, необходима многократная пе­рестановка высокоточного нивелира и т.п.

    Технология измерительных работ существенно уп­рощается при использовании метода проективных координат (МПК) и способа наклонного луча визи­рования (НЛВ), основанных на теории проективных подвижных косоугольных координат (ТПК). Каждый элемент ПП (отрезок), ограниченный точками Оi, и O_i+1, на плоскости, как известно,  в декартовой системе координат равен  Oi Oi+1 = Ö (Xi+1 – Xi)² + (Yi+1 – Yi) ² (рис 2).

      Для ОЗП в двумерном коорди­натном пространстве известны вы­сота насыпи Н_H глубина выемки Н_B ширина основной плошадки В_оп, крутизна откосов m_от, уклон мест­ности n_м. Описание ОЗП упрощает­ся, если начало координат перемес­тить в осевую точку его основания. Однако для реализации на местно­сти необходимо многократно опре­делить превышения Pi и проложения li точек на ПП косогорных участков  до  соблюдения   условий Bоп/^{2 + m}(H_H ⁺ Pi) - lо. Применяя трудоемкую ватерпасовку и др.

В ТПК для оптимизации определения положе­ния точек ПП разработаны аналитические и век­торные решения, позволяющие раскрыть неопреде­ленность ситуаций, исключая неизвестные парамет­ры Pi, и крутизну m_i приемами преобразований и трансформации координатной системы, переме­щением с поворотами координатных осей и форми­рованием афинной системой косоугольных коорди­нат на плоскости, задаваемой начальной точкой О⁰ и парой неколлинеарных векторов. Использование концепции подвижной косоугольной системы коор­динат и проективного принципа позволяет оптими­зировать (минимизировать) число неизвестных размерных параметров и опреде­лять элементы ОЗП в условиях любой косогорности (рельефа ме­стности).

Практическая реализация МПК основана на модификации спосо­ба наклонного луча визирования с применением оптических и других приборов и приспособлений. Для ОЗП используется принцип па­раллельности линий визирования проектному направлению откоса крутизной 1: m_от.

Например, если установить ви­зирный прибор (рис. 3) в некото­рой точке (проекция произвольной точки М на местности), то исклю­чив вычисления р_м, 1_М и др., доста­точно взять горизонтальный отсчет

0⁰     и направив НЛВ параллельно откосу переместить рейку до от­счета Оа = 0₀ + Нi.

Причем Оa = 0₀ + Н_B при 1 = 0,5Воп + В_к;

Оа = 0₀ при 1 = (0,5В_ОП + В_к) + mН_B.

Аналогично для насыпи (рис. 4), где в косоуголь­ных системах координат X₁OY₁ и X₂OY₂ расстояние ОА равно

X_A = ОА₁ ⁰ = ОА₂° = 0,5В_ОП + mН_н.

 

 

 

Метод проективных координат, разработан­ный одним из авторов, положил начало новому направлению измерительных работ на железных и автомобильных дорогах и составлению на этой основе нормативных документов. По методичес­ким указаниям к этому методу был издан комп­лект цветных плакатов. Он лег в основу Указа­ний по разбивочным работам при строительстве, реконструкции автодорог и искусственных со­оружений (ВСН 5-70), позже Инструкции по разбивочным работам при строительстве, рекон­струкции и капитальном ремонте автодорог и искусственных сооружений (ВСН 5-81). ЦНИИС, используя метод, разработал Руководство по топографо-геодезическим работам на транспорт­ном строительстве. МПК вошел в учебники, по­собия и др.

Рассматриваемая технология измерений эффек­тивна для эксплуатируемого железнодорожного пути, его земляного полотна в системе наблюдений и диагностики ОЗП, состояние которых во времени существенно нарушается проявлением деформативности. Измерительные работы на железнодо­рожном пути, определение геометрических форм, размерных параметров ОЗП по технологии МПК можно выполнять, используя простые оптические инструменты при достаточной точности и полноте информации.

Таким инструментом является визирный оптичес­кий прибор ВОГ-1 (рис. 5), который на основе мо­дельных и патентных материалов кафедры «Путь и путевое хозяйстпо» РГУПСа создало ЦКБ ПО УОМЗ (г. Екатеринбург).

Прибор ВОГ-1 — портативный, многофункцио­нальный, оригинальной конструкции. Зрительная труба имеет цилиндрический уровень, прямое изображение и увеличение 12^х, что позволило уве­личить угловое поле зрения до 3° и уменьшить длину зрительной трубы, которая вращается на 360° в горизонтальной (на опоре с круглым уровнем) и в вертикальной плоскостях на одной вертикальной стойке. Зрительная труба имеет сетку с вертикаль­ной и горизонтальной нитями и штрихи дальноме­ра (коэффициент 100); пределы фокусирования от 1,2 м до бесконечности.

 

 

Горизонтальная опора и вертикальная стойка дополнены кругами (цена деления лимбов 1⁰) для измерения углов (в качестве дополнительной фун­кции). ВОГ-1 не конкурент геодезическим теодо­литам, нивелирам. Вместе с тем он совмещает фун­кции этих приборов и предназначен для оператив­ных измерительных работ на одном поперечнике с привязкой к реперной сети, в пределах одного ис­кусственного сооружения, стрелочного перевода, пикета.

Прибор устанавливают на об­легченной телескопической тре­ноге, на стойке с опорным баш­маком (на головке рельса). Он прост в обращении и доступен для пользования. Применим ВОГ-1 при рихтовке, выправке, подъемке пути, съемке ПП, конт­роле водоотводов и других рабо­тах. Эффективен при пользова­нии метода МПК и способа НЛВ.

Например, для определения высоты пучинного горба визирную ось ВОГ-1 направляют параллельно уклону пути, измеряют высоту инструмента V_n; рейку переставляют вдоль пучины до минимального отсче­та Оi min высота горба равна h_r = V_H - Оi _min (рис. 6).

 

Для определения толщины пучинных подкладок прибор устанавливают на вершине горба, визирный луч направляют параллельно уклону i₁ = i₅ на 5-мет­ровом участке (дельта  O ₅ = 5000i₅ мм); толщина каждой подкладки равна p_i5 = O_i5 - V_H.

Затем визирный луч направляют параллельно ук­лону i₂ = i_Д (дельтаОi = l_i i_Д, мм) на остальном участке; тол­щина пучинных подкладок равна Pi = 0_i - (V_H + дельта₅), где дельта₅ = 5000(i₂ - i₁) — постоянная поправка на раз­ницу уклонов i₂ и i|.

Опытные образцы прибора прошли продолжи­тельные испытания на Северо-Кавказской дороге, в результате получен ряд предложений по некото­рой его доработке. Однако путейцы в целом отме­чают доступность ВОГ-1, его необходимость. Он позволит повысить точность контрольно-измери­тельных работ, что, несомненно, отразится на каче­стве текущего содержания и ремонтов пути.

Уже получены заявки на визирные приборы от Юго-Восточной, Северо-Кавказской, Приволжской и Эстонской железных дорог.

 

Журнал "Путь и путевое хозяйство" № 11, 2006 г.