高速鐵路無砟軌道長軌精調(diào)新方法

胡海波

(中國鐵路沈陽局集團有限公司，遼寧沈陽 100013)

1 概述

無砟軌道長軌精調(diào)工作在線路鋪設(shè)完成，長軌應(yīng)力放散、鎖定后進行[1]，可分為靜態(tài)精調(diào)和動態(tài)調(diào)整兩個階段。靜態(tài)精調(diào)是采用軌道幾何狀態(tài)測量儀，根據(jù)CPⅢ[2-3]控制點坐標測量軌道的幾何狀態(tài)，并模擬分析調(diào)整方案，交由外業(yè)進行軌道平順性調(diào)整，直至滿足規(guī)范要求；動態(tài)調(diào)整指在靜態(tài)精調(diào)后，根據(jù)動檢車獲取的數(shù)據(jù)，對局部不滿足規(guī)范的區(qū)域用靜態(tài)精調(diào)的方法對軌道進行后續(xù)的調(diào)整[4]。傳統(tǒng)的長軌精調(diào)需采用絕對靜態(tài)測量方法來采集軌道的靜態(tài)數(shù)據(jù)，以下所提出的新方法僅第一遍精調(diào)采用絕對靜態(tài)測量模式采集軌道數(shù)據(jù)(宏觀上掌握軌道的長波情況)，第二、三遍精調(diào)時，則采用相對動態(tài)測量模式獲取軌距、水平、高低、軌向等幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而減少外業(yè)測量工作量，在保證精調(diào)質(zhì)量的同時提高精調(diào)作業(yè)的效率。軌道靜態(tài)精調(diào)是高速鐵路長軌精調(diào)的重要環(huán)節(jié)，主要包括軌道數(shù)據(jù)采集與分析以及后續(xù)的軌道精調(diào)等環(huán)節(jié)。

2 靜態(tài)數(shù)據(jù)采集

軌道的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集[5]是長軌精調(diào)工作的第一步，采用軌道幾何狀態(tài)測量儀對軌道進行精確測量，掌握其幾何狀態(tài)，為后續(xù)精調(diào)工作順利開展提供根本保證。其中包括內(nèi)外業(yè)的準備工作、現(xiàn)場確認和軌道靜態(tài)測量等過程。

2.1 內(nèi)業(yè)工作

數(shù)據(jù)采集作業(yè)前，首先需要獲取測量區(qū)段的CPⅢ復(fù)測評估報告，將控制點的點位信息提取整理后存入全站儀。獲取設(shè)計單位的線路參數(shù)，利用其平曲線、豎曲線和超高文件資料，建立軌檢小車使用的設(shè)計文件(注意檢核投影換帶和長短鏈位置)，并導(dǎo)入小車筆記本電腦軟件。

2.2 外業(yè)工作

圖2 平面模擬方案調(diào)整

對測量區(qū)段內(nèi)的鋼軌表面情況和扣件安裝情況進行全面檢查，確保鋼軌及焊縫處的平順和清潔，線路上擋塊、墊片、彈條的安放符合設(shè)計施工要求后方可開始工作。測量前，需劃分各個測量段落，對每個段落內(nèi)的軌枕進行順序編號，確保軌道精測和精調(diào)承軌臺的準確一致。對軌道幾何狀態(tài)測量儀進行軌距標定、幾何參數(shù)校正、超高傳感器校準等準備工作。所使用的全站儀必須具有自動目標照準功能，每個測站采用8個CPⅢ控制點進行后方交會測量，以測定測站點的三維坐標[6]；在軌檢小車的移動過程中，利用全站儀自動跟蹤功能照準軌道幾何測量儀上的棱鏡，以獲得棱鏡的三維坐標；再結(jié)合軌道的設(shè)計參數(shù)以及傾角傳感器和軌距傳感器的實時測量數(shù)據(jù)，利用線路中心坐標計算模型、軌道點對應(yīng)線路中線點里程計算模型、平順性參數(shù)計算模型與軌檢小車坐標轉(zhuǎn)換模型，計算并存儲當前軌道實測與設(shè)計的各項平順性參數(shù)(如圖1)。

圖1 外業(yè)測量模式示意

3 第一遍軌道精調(diào)

3.1 軌道扣件系統(tǒng)

采用福斯羅300-1型扣件系統(tǒng)[7]，通過不同型號的軌距擋塊和調(diào)高墊板，實現(xiàn)±8 mm范圍內(nèi)的單軌橫向調(diào)整和-4～56 mm的高低調(diào)整，每級調(diào)整量分別為1 mm和0.5 mm。

3.2 靜態(tài)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)分析

圖3 高程模擬方案調(diào)整

在無砟軌道精調(diào)作業(yè)中，軌道的長、短波平順性是軌道靜態(tài)精調(diào)的核心部分，也是長軌精調(diào)作業(yè)中較困難的部分。內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)分析主要是對外業(yè)測量采集的軌道平面和高程數(shù)據(jù)中加入模擬調(diào)整量來保證軌道的各項平順性指標滿足要求[8]，使得調(diào)整后軌向和高低的10 m弦長正矢偏差控制在2 mm內(nèi)，48a(m)基線偏差控制在2 mm/8a(m)以內(nèi)，480a(m)基線偏差控制在10 mm/240a(m)以內(nèi)(a為軌枕間距)。調(diào)整后軌距偏差介于±1 mm之間，變化率小于1/1 500，水平偏差介于±1 mm之間，扭曲介于±1 mm(基線長3 m)內(nèi)[9]。在數(shù)據(jù)分析過程中，采用“先整體、后局部”，“先軌向、后軌距，先高低、后水平，優(yōu)先保證基準軌平順性”的原則，對平面數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)分別進行調(diào)整[10]。首先應(yīng)從整體上分析精調(diào)前數(shù)據(jù)，確定總體調(diào)整方案，以此來控制長波平順度：①平面調(diào)整中，盡可能使調(diào)整后的線形位于原始線形走勢的中間位置，有效減少精調(diào)工作量以及材料的使用消耗(如圖2所示)。②高程調(diào)整時，在控制長波平順性的前提下，根據(jù)扣件最大負向調(diào)整值控制相對凸起區(qū)域的調(diào)整量，從而保證后續(xù)精調(diào)和維護工作的順利進行；對于高程相對較低的區(qū)域，應(yīng)盡量減少調(diào)高墊板的使用數(shù)量(如圖3所示)。在基準軌的平面高程調(diào)整量確定后，再對基準軌進行調(diào)整，將軌距和水平調(diào)整至限差內(nèi)；在緩直、直緩點處不得出現(xiàn)反超高，相鄰精調(diào)作業(yè)單元之間重疊區(qū)的模擬調(diào)整方案應(yīng)保持一致。最后，根據(jù)模擬調(diào)整方案，確定調(diào)整部位和扣件規(guī)格，匯總成調(diào)整量表。

3.3 外業(yè)精調(diào)作業(yè)流程

外業(yè)精調(diào)作業(yè)中，上線作業(yè)的人員需要佩帶安全防護用品和調(diào)軌設(shè)備(見表1)，作業(yè)過程中需每2 h核實軌溫并根據(jù)鎖軌溫度嚴格控制連續(xù)松開扣件的個數(shù)。作業(yè)完成后需進行線路復(fù)檢，對扣件漏換、換錯、換反、安置不規(guī)范等現(xiàn)象進行排查[11]。

圖4 相對軌檢小車數(shù)據(jù)分析

序號設(shè)備名稱數(shù)量1運輸板車2臺2零級道尺2把3內(nèi)燃機扳手2臺4發(fā)電機1臺5電動扳手2把6扭力矩扳手1把7軌溫計1個8石筆1盒9塞尺2把10鋼刷、毛刷2把11起道機2臺12撬棍2把

4 相對數(shù)據(jù)采集與第二遍精調(diào)

經(jīng)過第一遍精調(diào)后，可將經(jīng)過應(yīng)力放散、鎖定后軌道的長波平順性調(diào)整至規(guī)范要求范圍內(nèi)，并大幅度提高短波平順性，但仍可能存在扣件更換錯誤或者更換不到位的情況。為了進一步將軌距、水平等幾何尺寸以及軌道的短波平順性調(diào)整至規(guī)范要求范圍內(nèi)，需對軌道進行第二、第三遍精調(diào)。首先采用標定好的相對軌檢小車對線路進行測量，獲取軌距、水平、10 m軌向、10 m高低、三角坑等軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完成后，可生成如圖4所示的軌道波形，然后進行模擬調(diào)整并生成調(diào)整方案，用于外業(yè)的二次精調(diào)。二次調(diào)整中，用經(jīng)校準的零級電子道尺記錄調(diào)整前后的軌距和水平，檢驗外業(yè)調(diào)整是否與內(nèi)業(yè)方案一致，從而消除軌距、水平、短波平順性超限等問題。

5 精調(diào)質(zhì)量評價

軌道不平順性質(zhì)量指數(shù)TQI(Track Quality Index)是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法描述區(qū)段軌道整體狀態(tài)的綜合指標，計算方法為左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項指標的不平順值在200 m范圍內(nèi)的標準差之和，如式(1)所示[12]。即TQI數(shù)值越小，表示軌道的波動性越小，軌道的平順性越好。表2為國內(nèi)某客運專線施工里程DK647+000～DK657+000段精調(diào)前和經(jīng)過第一、二、三遍軌道精調(diào)的靜態(tài)軌道TQI指標數(shù)值。經(jīng)過軌道的第一遍精調(diào)，靜態(tài)TQI平均值可從5.21降低至2.33，可以看出，第一遍精調(diào)使得軌道的各項平順性指標有大幅度提高，但仍存在部分扣件換錯或者更換不到位的情況；第二遍精調(diào)后靜態(tài)TQI平均值約為1.81；局部地區(qū)需經(jīng)過第三遍精調(diào)，方可將軌距，水平、軌向、高低等各項軌道狀態(tài)指標進一步優(yōu)化(平均TQI約為1.51)，滿足之后的動態(tài)檢測和聯(lián)調(diào)聯(lián)試要求。

(1)

表2 軌道不平順性質(zhì)量統(tǒng)計

6 結(jié)束語

軌道的平順性、穩(wěn)定性是保證列車高速運行的基礎(chǔ)，長軌精調(diào)作業(yè)則是保證軌道高平順性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；谀晨瓦\專線的長軌精調(diào)作業(yè)，提出僅第一遍精調(diào)采用絕對靜態(tài)測量模式采集軌道數(shù)據(jù)，從宏觀上保證了軌道的長波平順性，使線路順直；第二、三遍精調(diào)時，則采用相對動態(tài)測量模式獲取軌道的軌距、水平、短波平順性等內(nèi)部幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后進一步將軌道的相應(yīng)指標調(diào)整至滿足規(guī)范要求。相較于每一遍精調(diào)均需要采集軌道的絕對靜態(tài)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)長軌精調(diào)方法，新方法極大地減少了外業(yè)測量工作量，提高了精調(diào)作業(yè)的效率，很好地控制了軌道精調(diào)質(zhì)量(三遍精調(diào)后的軌道靜態(tài)TQI值能夠控制在1.6之內(nèi))，可供相關(guān)工作者借鑒。

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