采用全站仪测量铁路站台实际限界的方法

为保证铁路机车车辆在线路上安全运行，避免剐蹭、碰撞线路周围的设备或建（构）筑物，《铁路技术管理规程》严格设立了铁路建筑限界和机车车辆限界。当前，行业内主要采用传统的“直角尺+管水准器+线坠”的接触式测量方法测量铁路站台实际限界，也有不少利用超声波或激光等非接触式测距手段研发的新仪器，但还没有得到普遍认可的成熟产品，关于铁路站台实际限界测量的方法日渐成为行业内研究的热门，下面介绍一种采用全站仪测量铁路站台实际限界的方法。

1 基本说明

1.1 站台实际限界与站台限界

站台限界是铁路建筑限界具体到站台的一种称谓，为目标值；站台实际限界表征站台与线路的实际位置关系，为实际值，也是测量的对象。具体到现场作业，即测量站台帽外上边缘至线路中心的水平距离B ，即TB/T 3308—2013《铁路建筑实际限界测量和数据格式》中实测建筑限界半宽，单位为mm，为实际限界水平值；以及至轨面的垂直高差H ，即TB/T 3308—2013《铁路建筑实际限界测量和数据格式》中计算点自轨面算起的高度，单位为mm，为实际限界竖向值。

1.2 仪器技术指标

此种测量方法使用的全站仪必须具备免棱镜测距功能，无棱镜测量最大距离必须满足现场测量的最远距离，精度一般应在5 mm+3 ppm，可以更高，具备双轴自动垂直补偿功能，具有3次或多次测量取平均值的功能，所选仪器必须经过权威部门校准，并且定期校核，符合GB/T 27663—2011《全站仪》的相关规定。

1.3 测量原理

本测量方法对应TB/T 3308—2013《铁路建筑实际限界测量和数据格式》中提出的以大地为测量基准，属于非接触式测量。基本原理是利用全站仪的激光测距功能分别测出钢轨和站台距离观测点的水平距离和垂直高差，然后取差值，再进行相关的数据修正。

1.4 相关规定

根据铁总运［2014］60号《铁路运输房建设备大修维修规则（试行）》第5.6.2条第3款规定：“房建单位在检测站台限界时，应使用规范的限界测量工具，限界测量工具应定期进行计量检定和校准。”全站仪是国标产品，其检定和校准已经非常专业化、规范化和市场化。使用全站仪完全满足铁路部门在测量工具方面的规定。

2 测量步骤

2.1 第1种测量情况

在待测站台对面，具备观测支设仪器进行观测的条件（见图1）。

图1 全站仪观测条件示意图

（1）在待测站台的对面站台安全白线以外，并且仪器倾倒后不会侵入安全白线且不影响旅客通行的位置支设仪器，调平仪器。

（2）照准待测站台紧邻的钢轨线路中心侧轨头，使镜筒水平十字丝位于轨头上边缘，即图1中G_a点，目测镜筒与钢轨成垂直关系，拧紧垂直制动螺旋与水平制动螺旋，记下镜筒垂直方向的角度HAR₁₁，拧动垂直微调螺旋，使镜筒向下移H_a‘，镜筒十字丝位于轨头中部，即图1中G_b点，目的是保证仪器发出的激光束能够顺利返回，记下镜筒垂直方向的角度HAR₁₂，测量水平距离B₁和直线距离S₁。

（3）根据点到直线垂线段最短的公理，分别向左向右微转镜筒并测量，测量所得最短距离对应的镜筒角度即视为与钢轨垂直。具体参考做法为：拧动水平微调旋钮，使镜筒向左侧摆动2″，测量水平距离B 2，若B₂<B₁，则镜筒继续向左侧摆动2″，测量水平距离B₃，比较B₃、B₁，依次类推，测量n次，直到B_n >B ₁，则停止向左转动，B₁、B₂、B₃……B_n 中的最小值对应的镜筒角度与钢轨垂直。若B₂＞B₁，则镜筒向右侧摆动，按照上述操作方法得出垂直钢轨的镜筒位置（见图2）。

（4）对于曲线地段，由于线路半径最小为600 m，而测量地点距线路一般不超过60m，（3）中所述原理在此类区段仍然成立，仍可采用（3）中所述的步骤（见图3）。

（5）确定了镜筒垂直钢轨的位置后，测量观测点到照准点的水平距离B_a和垂直高差H_a（见图1）。

图2 垂直钢轨的镜筒位置

图3 曲线地段垂直钢轨的镜筒位置

（6）保持水平角度不变，松动垂直制动螺旋，转动镜筒，照准站台帽上侧边缘，使镜筒水平十字丝位
于站台帽上边缘，即图1中点M_a，拧紧垂直制动螺旋，记下镜筒垂直方向的角度HAR₂₁，拧动垂直微调螺旋，使镜筒向下移，镜筒十字丝位于站台帽上边缘往下H_b‘距离处（1～2 cm），即图1中点M_b，目的是保证仪器发出的激光束能够顺利返回，记下镜筒垂直方向的角度HAR₂₂，测量观测点到照准点的水平距离B b、垂直高差H_b和直线距离S₂（见图1）。

2.2 第2种测量情况

待测站台对面不具备支设仪器观测的条件，必须在待测站台同侧进行测量（见图4）。

（1）在待测站台上安全白线以外、仪器倾倒后不会侵入安全白线、不影响旅客通行的位置支设仪器，调平仪器。

（2）照准待测站台邻近线路远离站台的钢轨，其余步骤同2.1.2条（见图4）。

（3）步骤同2.1中（3）条。

（4）步骤同2.1中（4）条。

（5）保持水平角度不变，松动垂直制动螺旋，转动镜筒，照准站台帽上表面边缘，使镜筒水平十字丝位于站台帽上边缘，即图4中点M_a，拧紧垂直制动螺旋，记下镜筒垂直方向的角度HAR₂₁，拧动垂直微调螺旋，使镜筒向下移，镜筒十字丝位于站台帽上边缘往回B_b‘距离（1～2 cm），图4点M_b，目的是保证仪器发出的激光束能够顺利返回，记下镜筒垂直方向的角度HAR₂₂，测量观测点到照准点的水平距离B_b、垂直高差H_b和直线距离S₂（见图4）。

3 误差分析

3.1 仪器误差

市场上可见的全站仪无棱镜测距一般不超过500m，500 m测距完全满足本测量方法所需。由此，最大误差ΔB_仪=5mm+3ppm×0.5 km=6.5 mm，为了偏安全，计算结果B 减去6.5 mm。

3.2 钢轨误差

轨距允许误差为\(_{-2}^{+6}\textrm{mm}\)，+6 mm的误差较为不利，此误差产生于计算中加二分之一标准轨距的过程，从而产生误差ΔB_轨=+6/2=+3 mm，为了偏安全，计算结果B 减去3 mm。

综上所述，测量情况的误差为\(_{-9.5}^{0}\textrm{mm}\)，符合TB/T3308—2013《铁路建筑实际限界测量和数据格式》第3.6.2.5条\(_{-20}^{0}\textrm{mm}\)的规定。

4 数据计算

4.1 第1种测量情况

4.1.1 实际限界水平值B

B =B_b-B_a+1435/2-ΔB_仪-ΔB_轨，

式中：1435/2为标准轨距的1/2。

4.1.2 实际限界竖向值H

H =H_a-H_b-H_a‘+H_b‘，

H_a‘=B_a×[tan（HAR₁₂）-tan（HAR₁₁）]，

H_b‘=B_b×[tan（HAR₂₂）-tan（HAR₂₁）]。

4.2 第2种测量情况

4.2.1 实际限界水平值B

B =B_a-B_b-1435/2-B_b‘-ΔB_仪-ΔB_轨，

式中：1 435/2为标准轨距的1/2。

B_b‘= H_b×[tan（HAR₁₁）-tan（HAR₁₂）]。

4.2.2 实际限界竖向值H

H=H_a-H_b-H_a‘，

H_a‘=B_a×[1/tan（HAR₁₂）-1/tan（HAR₁₁）]。

计算所得H 值按照TB/T 3308—2013《铁路建筑实际限界测量和数据格式》第3.7.2条进行

5 结论

（1）根据铁运［2012］280号《铁路营业线施工安全管理办法》附件4第4款规定，站台、雨棚限界测量须在维修天窗内进行。本测量方法远离线路处于设备安全限界之外，可在点外进行，减少营业线施工带来的安全风险，节约营业线施工防护所用的人力、物力，避免营业线施工时间紧张或夜间施工等不良作业条件造成工作质量差，还能够摆脱天窗时间的限制，根据需要随时对站台进行测量。

（2）此测量方法可推广到雨棚或其他建筑物的测量中。

（3）根据此测量方法可研发更具针对性的测量工具，或为测量工具的研发提供一种思路。

文章来源:

原文名称：一种采用全站仪测量铁路站台实际限界的方法

作者 ： 刘忠海

作者单位 ： 大秦铁路股份有限公司太原铁路房建段,山西 太原,030013

刊 名： 中国铁路 PKU

年，卷(期) ： 2015, (7)