CRTSⅢ型無(wú)砟軌道逐軌枕復(fù)測(cè)及大數(shù)據(jù)運(yùn)用研究

陳 偉

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司 遼寧大連 116000)

1 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，對(duì)列車運(yùn)行速度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，近些年新開(kāi)通的高鐵對(duì)軌道的平順性要求越來(lái)越高。但是受人工、施工工藝能等多方面影響，鋪軌后的軌道線形與理論軌道線形有很大差別，需要進(jìn)行長(zhǎng)軌精調(diào)，使用大量的非標(biāo)準(zhǔn)扣件替換標(biāo)準(zhǔn)扣件，從而導(dǎo)致長(zhǎng)軌精調(diào)非標(biāo)準(zhǔn)扣件材料費(fèi)大幅增加。本文通過(guò)對(duì)新建鄭州至周口至阜陽(yáng)高速鐵路河南段ZFZQ-3標(biāo)91 km的無(wú)砟軌道施工為研究對(duì)象，采用逐軌枕復(fù)測(cè)技術(shù)，收集大量的復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，隨時(shí)掌握施工質(zhì)量，及時(shí)采取措施消除質(zhì)量隱患，為無(wú)砟軌道的精調(diào)提供依據(jù)[1－3]。

2 工程概況

鄭阜高鐵ZFZQ-3標(biāo)位于河南省周口市境內(nèi)，標(biāo)段內(nèi)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道單線全長(zhǎng)91.274 km，其中橋梁段無(wú)砟軌道85.524 km、路基段無(wú)砟軌道5.75 km。最小曲線半徑8 000 m，最大超高140 mm。設(shè)計(jì)軌道板共計(jì)16 824塊，其中橋梁地段鋪板15 778 塊，路基段鋪板1 046 塊[4－7]。

3 逐軌枕復(fù)測(cè)實(shí)施方法

3.1 逐軌枕復(fù)測(cè)原理

標(biāo)架法逐軌枕復(fù)測(cè)的無(wú)砟軌道檢測(cè)方法，實(shí)際上是板式精調(diào)的拓展運(yùn)用，其原理與軌道板精調(diào)相似，可分為幾個(gè)步驟:

(1)標(biāo)架棱鏡中心通過(guò)精密機(jī)械加工，模擬鋼軌中心。

(2)測(cè)量標(biāo)架上棱鏡坐標(biāo)，根據(jù)線路參數(shù)，計(jì)算棱鏡中心的準(zhǔn)確里程，并根據(jù)里程計(jì)算鋼軌中心理論坐標(biāo)。

(3)根據(jù)坐標(biāo)差解算鋼軌中心偏差值。

3.2 復(fù)測(cè)工裝精度要求

使用小鉗口定位的CRTSⅢ型板式精調(diào)工裝進(jìn)行逐軌枕復(fù)測(cè)，棱鏡中心至承軌臺(tái)面的高度為210 mm，使棱鏡中心與鋼軌中心重合。復(fù)測(cè)工裝的制造精度要求如表1所示[8－11]。

表1 復(fù)測(cè)工裝制造精度要求 mm

3.3 標(biāo)架法逐軌枕復(fù)測(cè)測(cè)量方式

標(biāo)架法逐軌枕復(fù)測(cè)采用高精度全站儀＋工裝進(jìn)行，逐枕測(cè)量左右軌座支點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，標(biāo)架可按四種走行方式進(jìn)行，分別如圖1～圖3所示。

圖1 標(biāo)架在單一軌道板內(nèi)的U型測(cè)法

圖2 標(biāo)架在測(cè)站內(nèi)的Z型測(cè)法

圖3 兩個(gè)標(biāo)架在測(cè)站內(nèi)的平行測(cè)法

3.4 標(biāo)架法逐軌枕復(fù)測(cè)的點(diǎn)號(hào)命名規(guī)則

軌道板及軌座支點(diǎn)的命名規(guī)則為:CPⅢ點(diǎn)號(hào)＋軌道板順序號(hào)＋軌座編號(hào)。左線軌道板用線路左側(cè)CPⅢ點(diǎn)號(hào)，右線軌道板用線路右側(cè)CPⅢ點(diǎn)號(hào)，軌道板順序號(hào)為2位(由小里程向大里程遞增，01～99)。

3.5 軌道板復(fù)測(cè)技術(shù)要求

(1)設(shè)站時(shí)，測(cè)站應(yīng)架設(shè)在線路中線附近，且儀器高度不宜超過(guò)1 m，設(shè)站精度需滿足表2要求。

表2 自由設(shè)站點(diǎn)精度要求

自由設(shè)站完成后，CPⅢ控制點(diǎn)的坐標(biāo)不符值限差應(yīng)滿足表3要求。當(dāng)CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y，H)不符值大于表3規(guī)定時(shí)，該CPⅢ點(diǎn)不應(yīng)參與平差計(jì)算。每站參與平差的CPⅢ點(diǎn)數(shù)不少于6個(gè)。

表3 CPⅢ點(diǎn)坐標(biāo)不符值限差要求 mm

(2)每一測(cè)站復(fù)測(cè)長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)50 m，全站儀架設(shè)高度不宜超過(guò)1 m。復(fù)測(cè)過(guò)程中需要換站時(shí)，應(yīng)保持上一測(cè)站最后標(biāo)架的位置不變，換站后測(cè)量同一標(biāo)架的三維坐標(biāo)差值應(yīng)≤2 mm，且應(yīng)重復(fù)測(cè)量上一站的一塊軌道板。

3.6 工序化管理

為確保無(wú)砟軌道施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)長(zhǎng)軌鋪設(shè)后出現(xiàn)揭板情況，在施工工序中增加“逐軌枕復(fù)測(cè)”工序，以便隨時(shí)掌握施工質(zhì)量及可能引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，制定如圖4所示的施工流程。

圖4 軌枕復(fù)測(cè)工序流程

“逐軌枕復(fù)測(cè)”經(jīng)鄭阜高鐵試驗(yàn)，其基本效率為60 m/h，對(duì)于每個(gè)作業(yè)面日進(jìn)度達(dá)60～120 m。每日完成精調(diào)后，在不需要增加人力的情況下，只需調(diào)整設(shè)備，在1～2 h即可完成前一作業(yè)日的復(fù)測(cè)，并未明顯增加測(cè)量工作量。

4 逐軌枕復(fù)測(cè)的作用

逐軌枕復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)分析后，可對(duì)施工后軌道板的變形情況及軌道板在自密實(shí)混凝土作用下的上浮、側(cè)滑、板間搭接偏差進(jìn)行全面分析，以掌握各施工環(huán)節(jié)對(duì)無(wú)砟軌道平順性的影響，及時(shí)反饋給施工現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)整工藝、工法，確保不出現(xiàn)連續(xù)性施工問(wèn)題。另外，可根據(jù)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)軌枕間距進(jìn)行檢查，對(duì)大梁縫區(qū)段進(jìn)行控制，確保軌道板二次布板滿足設(shè)計(jì)要求。

此外，經(jīng)逐軌枕復(fù)測(cè)，可對(duì)施工異常的軌道板進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)前后段落的平順性分析，確定軌道板幾何位置病害與是否需要揭板處理，大大降低了長(zhǎng)軌鋪設(shè)后的揭板風(fēng)險(xiǎn)。

逐軌枕復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用效果如圖5～圖8所示。

圖5 軌道板變形波形

圖6 軌道板側(cè)滑波形

圖7 軌道板上浮波形

圖8 搭接偏差波形

5 長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)的作用

當(dāng)采集了足夠多的、準(zhǔn)確的逐軌枕復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)之后，是否可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)應(yīng)用，除分析總結(jié)施工過(guò)程中的問(wèn)題外，是否可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用，來(lái)獲取未來(lái)的扣件需求量，在長(zhǎng)軌鋪設(shè)前對(duì)長(zhǎng)軌進(jìn)行預(yù)精調(diào)。為此，對(duì)管段內(nèi)逐軌枕采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析，認(rèn)為長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)可以起到如下作用:

(1)避免誤判，造成不必要的返工

由于前期施工遺留問(wèn)題，如軌道板單角上浮造成的單根軌枕偏高，在長(zhǎng)軌鋪設(shè)后會(huì)形成小區(qū)段的軌道缺陷，部分缺陷會(huì)因調(diào)整量問(wèn)題導(dǎo)致返工。單根軌枕偏高導(dǎo)致其相鄰軌枕出現(xiàn)明顯的空吊情況，使用其測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行軌道精調(diào)，不僅預(yù)算的扣件級(jí)別和數(shù)量不準(zhǔn)確，更有可能因該軌枕調(diào)低范圍超過(guò)扣件級(jí)別，導(dǎo)致返工處理。長(zhǎng)軌鋪設(shè)后的混凝土施工，由于道床強(qiáng)度與行車需求的沖突將導(dǎo)致不可預(yù)估的后果。

(2)利于長(zhǎng)軌鋪設(shè)順利進(jìn)行

由于軌道板側(cè)滑引起的橫向偏差，會(huì)形成一些突變的特征點(diǎn)，將導(dǎo)致在輔軌時(shí)長(zhǎng)軌無(wú)法正?！奥洳邸?，形成長(zhǎng)軌應(yīng)力集中點(diǎn)。這些應(yīng)力集中點(diǎn)附近，正常的扣件(絕緣軌距塊)無(wú)法安裝，也導(dǎo)致了軌道數(shù)據(jù)采集不真實(shí)，如強(qiáng)行安裝扣件，則可能導(dǎo)致扣件損傷或鋼軌出現(xiàn)硬彎。

上述情況下，因扣件密貼度不一致，扣件模擬調(diào)整極為不準(zhǔn)確，增加扣件成本及精調(diào)遍數(shù)。

(3)減少空吊，提升扣件受力均勻度

受軌道板變形影響，無(wú)砟道床可能出現(xiàn)高低起伏。長(zhǎng)軌鋪設(shè)后，不僅扣件受力不均勻，易形成空吊，更易形成短波的連續(xù)多波不平順，造成行車舒適度降低，嚴(yán)重的可能成為晃車點(diǎn)。

上述情況下，特征點(diǎn)的影響將導(dǎo)致扣件模擬調(diào)整不準(zhǔn)確，增加扣件成本及精調(diào)遍數(shù)。更為嚴(yán)重的是，這些特征點(diǎn)引起的輕微空吊不易在施工和檢查中發(fā)現(xiàn)，使動(dòng)檢出現(xiàn)一、二級(jí)分的概率大幅大增加。

6 大數(shù)據(jù)運(yùn)用效果

基于逐軌枕復(fù)測(cè)進(jìn)行的長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)試驗(yàn)，通過(guò)長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)模擬計(jì)算所需的扣件數(shù)量，與長(zhǎng)軌第一遍精調(diào)使用的扣件量進(jìn)行對(duì)比，可以驗(yàn)證大數(shù)據(jù)運(yùn)用的效果。將長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)扣件所需扣件數(shù)量與長(zhǎng)軌第一遍精調(diào)使用的扣件數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 預(yù)精調(diào)與長(zhǎng)軌精調(diào)扣件數(shù)量對(duì)比

根據(jù)表4統(tǒng)計(jì)，若預(yù)精調(diào)數(shù)量小于長(zhǎng)軌精調(diào)數(shù)量，則預(yù)精調(diào)數(shù)量為后期仍需采購(gòu)數(shù)量，預(yù)精調(diào)數(shù)量即為節(jié)約數(shù)量；若預(yù)精調(diào)數(shù)量大于長(zhǎng)軌精調(diào)數(shù)量，則為多采購(gòu)數(shù)量，可視為浪費(fèi)數(shù)量。根據(jù)此計(jì)算原則，如果采用復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)運(yùn)用進(jìn)行長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)，可以節(jié)約扣件采購(gòu)費(fèi)用508萬(wàn)元，后期僅需采購(gòu)88萬(wàn)元扣件；浪費(fèi)的扣件為52萬(wàn)元，綜合節(jié)約456萬(wàn)元，按管段91 km單線線路計(jì)算，平均每公里節(jié)約5.01萬(wàn)元。

但從上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，長(zhǎng)軌預(yù)精調(diào)預(yù)測(cè)的扣件數(shù)量，與長(zhǎng)軌第一遍精調(diào)的扣件數(shù)量吻合度仍有一些差值，且主要表現(xiàn)為大調(diào)整量的數(shù)量不足，小精調(diào)量的數(shù)量較多，經(jīng)分析其主要原因?yàn)?預(yù)精調(diào)是基于CPⅢ建網(wǎng)的復(fù)測(cè)成果，而長(zhǎng)軌第一遍精調(diào)則是基于CPⅢ復(fù)測(cè)的測(cè)量成果，為此將CPⅢ復(fù)測(cè)成果轉(zhuǎn)換到線路方向后，CPⅢ復(fù)測(cè)成果變形較為明顯，其中主要表現(xiàn)為:

(1)橫向規(guī)律性變化，初步分析為CPⅡ加密點(diǎn)未全部安置于雙固定端，加之橋梁在橫向上受溫度影響，在橫向出現(xiàn)左右側(cè)變化不一致?tīng)顩r。

(2)高程在特殊結(jié)構(gòu)(如連續(xù)梁)受溫度影響，出現(xiàn)較大變化。

根據(jù)類似方法應(yīng)用情況來(lái)看，效果更好，根據(jù)分析，主要是長(zhǎng)軌精調(diào)時(shí)考慮了CPⅢ復(fù)測(cè)成果的變化，未使用傳統(tǒng)的長(zhǎng)軌精調(diào)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[13－14]。

7 方法總結(jié)

(1)無(wú)砟軌道施工精度控制是一個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程，對(duì)于CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道而言，包括:測(cè)量?jī)x器、精調(diào)工裝、軌道板變形、工裝扣壓系統(tǒng)穩(wěn)定性等，不能簡(jiǎn)單地把無(wú)砟軌道施工精度控制簡(jiǎn)化為測(cè)量控制，它需要多工種、多工序的全面配合，方可達(dá)到預(yù)期效果。

(2)加強(qiáng)無(wú)砟軌道施工精度的全面檢查，是發(fā)現(xiàn)各工序、各工種配合問(wèn)題的關(guān)鍵，全面推進(jìn)逐軌枕復(fù)測(cè)，有助于施工質(zhì)量的全面控制和全面檢查，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工控制過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題。

(3)逐軌枕復(fù)測(cè)精度決定了無(wú)砟軌道線形的優(yōu)劣，應(yīng)注意復(fù)測(cè)精度的控制，并注意選擇合適的標(biāo)架進(jìn)行復(fù)測(cè)，否則將影響預(yù)精調(diào)效果。

長(zhǎng)軌精調(diào)時(shí)應(yīng)充分考慮CPⅢ復(fù)測(cè)成果變化對(duì)線形的影響。

8 結(jié)束語(yǔ)

在鄭阜高速鐵路ZFZQ-3標(biāo)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工中，采用逐軌枕復(fù)測(cè)技術(shù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析反饋，有效控制了長(zhǎng)軌鋪設(shè)后的返工，且施工期間的工藝改進(jìn)保證了施工期間的原線形，不僅降低了非標(biāo)扣件材料的使用量，更有效地保證了長(zhǎng)軌精調(diào)的效果。據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試結(jié)果，該標(biāo)段長(zhǎng)軌精調(diào)效果良好，取得了扣件費(fèi)用花費(fèi)最少、動(dòng)態(tài)TQI最小(每公里平均1.5)的優(yōu)異成績(jī)，可為類似工程提供參考。