高速铁路无砟道岔精调优化技术

谭社会(上海铁路局工务处，上海　200071)



高速铁路无砟道岔精调优化技术

谭社会
(上海铁路局工务处，上海200071)

摘要:无砟道岔精调是无砟轨道精调的重要内容，也是保证高速铁路高平顺性、高舒适性的前提。无砟道岔结构复杂，其精调与一般的轨道精调有很多不同之处。本文针对目前无砟道岔精调作业中的不足，从测量模式、精调流程等方面进行了优化，完善了作业流程控制机制和质量校核机制。通过对杭甬、杭长高速铁路无砟道岔动态检测数据的对比分析，评价精调优化的实施效果。结果表明，采用优化后的精调方法使道岔高低、轨距不平顺幅值分别降低了40%，50%，全线道岔轨道质量指数(TQI)降低了20.3%，精调优化效果显著。

关键词:无砟道岔精调作业精调测量质量控制

道岔作为轨道薄弱环节是影响列车运行速度和安全的关键设备［1］。为满足高速列车过岔时的安全性和平稳性，道岔必须具有高平顺性、高精度和高可靠性［2］。但是由于在制作、运输、施工以及系统接口之间存在的公差、偏差或缺陷，主体施工完成后道岔的平顺性并不能满足要求，因此需要进行道岔精调。

无砟轨道道岔精调可分为静态调整和动态调整2个阶段。静态调整阶段是指在联调联试之前，根据道岔静态测量数据，对道岔进行全面且系统的调整，将道岔静态几何尺寸调整到允许的范围内，合理控制轨距、水平、高程、平面等变化率，使道岔静态精度满足高速行车的基本要求。动态调整阶段是指在联调联试期间，根据动态检测和人工添乘情况，对道岔局部动态超限处所和添乘晃点进行整治，对部分区段几何尺寸进行微调，优化道岔前后线形与轮轨关系，是对道岔状态和精度进一步完善和提高的过程，以使道岔精度全面达到动态验收标准。

无砟轨道道岔结构复杂、零配件多，可调整范围小，纵向、横向几何形位相互影响，不能像线路一样进行线形优化，只能通过调整几何尺寸或对岔前、岔后两端的线路进行微量调整，道岔静态精调难度增加。另外由于构造不平顺、刚度不平顺等原因，影响高速道岔动力学性能的因素较多，道岔动态精调工作量比线路动态精调工作量大。基于上述道岔自身的特点及道岔精调的特点，无砟轨道道岔精调在作业流程、环节，控制标准等方面不同于一般意义上的线路精调。

高速铁路的高平顺性对道岔精调提出了更高的要求，为此国内不少学者从不同方面对道岔精调进行了研究。现场作业方面:赵智等［3］对无砟道岔施工测量控制网、道岔现场组装和调整、道岔焊接、应力放散和锁定等技术进行了工程总结;王晓凯［4］结合工程实例探讨了高速铁路道岔板在施工过程中的精调及验收测量控制方法，并提出了相应的注意事项;顾秋来［5］从高速道岔现场精调的施工准备、施工顺序、动态检测手段和数据分析方法方面，提出了道岔精调的标准化管理。运营管理方面:朱耀斌［6］从开通后运营维护的角度出发对动态检测数据在无砟道岔精调过程中的作用进行了分析。

上海铁路局在前期开通的高速铁路精调的基础上，形成了一套较为完善的精调流程和质量控制方法。本文结合传统无砟道岔精调的实践经验，从测量模式、精调流程、钢轨预打磨等方面进行了优化，并在杭长高速铁路的道岔精调工作中得到了验证，实践表明无论是从峰值还是从均值角度，优化后的道岔精调作业对线路质量的改善效果都非常显著。

1　传统无砟道岔精调

1.1传统无砟道岔精调流程

传统意义上的无砟道岔精调依据无砟线路精调演变而来，将道岔前后各200 m长的线路纳入道岔单元，采用单元化管理的理念进行精调，当一端正线有多组道岔时，则将一个行别一端的岔区作为一个道岔管理单元。

精调作业前，对道岔单元测量一遍，在确保单元内平顺性的前提下，应同时保证道岔单元与前后线路的良好顺接。基于测量数据确定精调方案，并采用逐枕放样、精调的模式，按照先直股后曲股、先水平后方向、先整体后局部、直曲兼顾的顺序进行精细调整，并适时进行工电联整。完成静态精调之后，在联调联试期间安排道岔预打磨，结合动态检测结果，对不良处所进行动态精调，使其平顺性满足动态验收标准。

1.2传统无砟道岔精调存在的不足

通过上述测量作业和精调作业方式，虽然最终能使道岔的平顺性满足相应的动态平顺性指标，但是上述作业方法缺乏对测量作业和精调作业的流程控制和校核机制，导致线路动态检测结果中有较多处所动态平顺性指标超限，主要表现为轨距变化率二级偏差和横向稳定指标超限。这不仅使动态检测期间对不良处所的修正和调整工作量较大，而且整体精调质量也很难有较大提升。

为提高道岔精调质量，应从测量和精调2个主要方面进行优化和改进，增加对测量作业和精调作业的流程控制和校核机制。

2　无砟道岔测量模式优化

无砟道岔测量作业是精调作业的基础和依据，基于测量结果设计精调方案，精调作业又通过测量结果衡量并进一步修正。因此，测量作业的精度直接影响道岔精调的作业效果。排除测量仪器自身的原因，过去测量精度不足主要由测量准备工作不够细致和测量方法不够完善两方面原因造成。

为此，在开展测量作业前，应做好细致充分的准备工作，确保测量数据的真实性。包括高速铁路轨道控制网CPⅢ的复测、无砟道岔结构缺陷的全面调查和综合整治、轨面的清扫等工作。

其次，在测量方法上，可将道岔的平面测量和高程测量分开并引入相应的精度控制标准，以提高测量作业精度。为此平面偏差测量采用0.5″级全站仪两测回坐标法，道岔轨面标高测量采用一等水准法，道岔轨距、水平采用0级道尺进行测量。利用上述方法逐枕采集无砟道岔横向、垂向、轨距、水平数据。

具体操作方法:在道岔直股的前、后两端分别距道岔＞12 m的直股承轨台上选取2个横向基准点，作为全站仪设站点和定向点。以设站点调整量到位时的位置为坐标原点，以坐标原点和定向点调整量到位时的位置确定的直线为坐标纵轴建立“道岔调整”直角坐标系，根据调整量求得设站点和定向点在该坐标系中的坐标。

设站点和定向点架设仪器和棱镜并严格对中整平，采用0.5″级全站仪按方向观测法逐点观测每个承轨台(每组观测不得超过10个)的坐标(2个测回)。每组观测结束后，检查仪器和棱镜的对中整平情况，严格对中整平后才能进行下一组观测。选取道岔直股两端横向调整量为0的点为高程基准点，以道岔附近的一个CPⅢ点作为环水准路线的起闭点，采用国家一等水准法观测两高程基准点(含高程基准点)间的直股轨面高程。优化后的无砟道岔精测模式与质量控制流程如图1所示。

图1　无砟道岔精测模式优化与质量控制流程

3　无砟道岔精调流程优化

钢轨预打磨的目的是去除轨面脱碳层，消除钢轨在生产、焊接、运输和施工过程中产生的表面缺陷，优化轨头廓形，改善线路平顺性［7］。过去将道岔预打磨放在联调联试期间进行，其出发点是在动车组上线后，通过列车动荷载的碾压使无砟道岔结构间隙磨合，调整几何尺寸到位后再进行预打磨作业，以期在线路运营阶段得到稳定的钢轨状态和廓形。但上述做法的缺点是，联调联试过程中因道岔未经预打磨，容易造成动力学指标的超限，尤其是横向稳定性的超标［8］，动态精调工作量大且精调作业易反复。为此，优化的无砟道岔精调流程中将预打磨环节提前至静态精调之后、联调联试之前。这也与《高速铁路钢轨打磨管理办法》中第15条“铺设上道的新钢轨的预打磨应在轨道精调完成后进行”规定的时机和周期是一致的。

此外动态检测结果中轨距变化率和横向稳定性超限的原因可能在于，检测车的图形识别检测原理将尖轨转辙部位的轨距数值放大。对于此，可在直尖轨尖端处轨向加宽1.0～1.5 mm，并按最小变化率递减顺延至岔前。对于中间岔枕受尖轨影响无法测量的部分，可在确保尖轨顺直且密贴以后，直基本轨通过控制框架尺寸来代替轨距，从而控制轨距变化率不良。

3.1道岔精调流程

优化后的无砟道岔精调作业流程主要包括:静态调整阶段基准股(定义直基本轨股为基准股)调整、非基准股(定义直尖轨股为非基准股)调整、道岔曲股调整和工电联整，完成静态调整后对道岔进行预打磨作业;动态调整阶段，主要是针对动态检测超标项目，通过几何参数调整和结构病害整治实现动力学及平顺性指标。道岔精调作业流程见图2。

图2　道岔精调作业流程

3.2道岔精调作业内容

1)作业准备

对道岔结构缺陷进行全面调查、综合整治，目的是补充调整不合适的零配件，消除结构间隙，做好扣件的复拧工作，确保扭力矩达标。

2)基准股调整作业

根据作业方案标注每根枕对应位置的高程和平面调整数值，并记录电子道尺逐枕采集的数据，利用其水平、轨距作为调整量的参照系。

先调高程，按照高程调整方案逐枕调整到位。再调整平面，平面调整时先把两端调整量较小的点调整到位，再以此为控制点用弦线量取轨向，通过每根轨枕处轨向的移量来调整平面，调整完成后利用道尺逐枕回检，并结合框架尺寸进行验证，确保基准股方向到位，并记录好水平、轨距为非基准股调整提供参照系。

3)非基准股调整作业

首先调整高程，利用道尺以基准股水平为参照系，调整时先调整转辙及辙叉部分的高程，再调整其它部位的高程。平面调整时先依照轨距把两端调整到位作为控制点，再以此为基准用弦线量取转辙部分的轨向，逐枕进行调整。调整完成后利用轨距和框架尺寸进行验证，确保调整到位。调整时可结合改道器进行调整量控制。

4)导曲线调整作业

高程调整时，调整量通过弦线测量出的高低值确定，然后依据调整量进行高程调整作业，并通过直向、侧向的水平进行验证。平面调整时以导曲线支距点上的支距偏差量来确定平面调整量，支距点位调整到位后，以弦线控制轨向进行调整。调整完成后，逐枕进行回检整修，确保作业质量达标。

5)道岔工电联整

工务精调到位后，工务、电务道岔结合部还需重点调整以下内容:杆件别劲、磨卡及外锁闭框调整孔无调整间隙;道岔转换阻力、转辙机的牵引力过大;滑床板存在影响道岔转换的划痕。

对于尖轨心轨密贴的调整，主要手段是通过增减顶铁调整片或打磨，调整尖轨、心轨顶铁间隙，并同时与调整轨距、支距相结合，确保尖轨与基本轨密贴，可动心轨在轨头切削范围内应分别与两翼轨密贴。几何尺寸调整到位后，及时复紧扣件，调整顶铁离缝，使各部位几何尺寸能够有效保持。

6)道岔预打磨

在精调完成后、联调联试前进行预打磨作业，道岔打磨车打磨道岔及道岔前后钢轨，道岔打磨速度为6 ～8 km/h，一般打磨10～12遍，打磨量控制在0.2 mm左右。

7)动态调整

联调联试期间，对于岔区存在人体感觉不良、轨距变化率超标、光带不良等问题，重点进行道岔光带检查与打磨修整，进行轨距优化与尖轨降低值调整，保证道岔线形，改善轮轨关系。轨距变化率调整完毕后，检查现场光带不顺或突变地段，利用精磨机进行现场打磨，确保打磨走直线，逐条顺接打磨，以消除人体感觉不舒适。

4　精调优化实施效果

杭甬高速铁路开通于2013年7月，道岔精调采用的是传统模式;杭长高速铁路开通于2014年12月，道岔精调采用的是优化模式。为分析道岔精调优化的实施效果，分别在杭甬、杭长高速铁路上选取相同型号(客专线(07)009)的主型无砟道岔的动态检测数据，从峰值和均值2个角度进行分析。为保证动态检测数据的可比性，动检车的检测速度均为350 km/h。

4.1高低、轨距峰值分析

为便于对比分析，以道岔尖轨尖里程为基准，向前取15 m，向后取85 m，共100 m长度作为道岔区。以0.2 mm为间距，对杭甬、杭长高速铁路的高低、轨距幅值做频数分析，分析2种精调作业方式下高低、轨距的幅值差异，如图3～图5所示。

图3　左高低直方图对比

图4　右高低直方图对比

图5　轨距直方图对比

由图3～图5可知，通过对道岔测量模式以及精调流程的优化，杭长高速铁路的道岔精调质量明显优于杭甬高速铁路。从高低、轨距的幅值直方图中表现出2个特征:幅值更小;分布更集中。幅值更小说明通过对流程控制机制和质量校核机制的完善，精调作业精度更高;分布更集中说明通过对精调作业流程的标准化建设，精调质量的均匀性、稳定性更好。

为进一步量化精调优化后对道岔处线路质量的改善，计算道岔区域内高低、轨距的平均值和标准差。考虑到高低和轨距都带有正负性，因此平均值和标准差的计算均在原始幅值的绝对值基础上计算得到，结果见表1。

表1　杭长、杭甬高速铁路高低、轨距平均值、标准差对比

由表1可知，通过对精调测量模式、精调流程的优化，道岔处高低的改善率达到了40%以上，轨距的改善率达到了50%以上，此外对标准差的改善率也都达到了50%以上，优化后的道岔精调作业对线路质量的改善效果明显。

4.2轨道质量指数(TQI)分析

轨道质量指数是以200 m为单元区段长度，评价轨道线路区段几何状态的一种均值管理方法，它是左右高低、左右轨向、水平、轨距以及三角坑7项轨道几何尺寸不平顺的标准差之和。轨道质量指数能够较全面地分析评价线路状态，反映线路质量的整体均衡性和平顺性。

为此，基于动态检测数据，以包含道岔的200 m单元区段的TQI数值作为道岔精调作业后的线路质量指标，计算杭甬、杭长高速铁路全线动态检测结果中包含客专线(07)009道岔区段的TQI平均值，以此从均值角度评价道岔精调优化的实施效果。

经统计，杭甬高速铁路道岔TQI均值为3.55 mm，杭长高速铁路道岔TQI均值为2.83 mm。由此可见，通过对道岔测量模式和精调流程的优化，高速铁路无砟道岔处的轨道质量指数改善了20.3%，精调优化效果显著。

5　结论

无砟道岔精调是无砟轨道精调的重要内容，由于无砟道岔结构的复杂性、调整的特殊性，导致其在精调方面与线路有很多不同之处。本文结合传统无砟道岔精调的实践经验，从测量模式、精调流程、钢轨预打磨等方面进行优化，得到结论如下:

1)传统无砟道岔的精调测量和精调作业缺乏相应的流程控制和校核机制，导致线路动态检测结果中轨距变化率和横向稳定性超限严重，动态检测期间对不良处所的修正和调整工作量较大，整体精调质量很难得到较大提升。

2)周到细致的测量准备工作和进一步完善测量方法是提高精调测量精度的关键，测量模式的优化是将道岔的平面测量和高程测量分开，平面测量采用0.5″级全站仪两测回坐标法，高程测量采用一等水准法，并引入相应的精度控制标准，以提高测量作业精度。

3)为解决传统道岔精调后联调联试期间动态检测结果中动力学指标超限严重的问题，在优化的无砟道岔精调流程中将预打磨环节提前至静态精调之后、联调联试之前，并进一步完善精调流程控制机制和质量校核机制，实现道岔精调作业的标准化和高质量化。

4)以杭甬、杭长高速铁路为例，从峰值和均值2个角度分析2种道岔精调作业方式的作业效果。结果表明:通过对精调测量模式、精调流程的优化，道岔处高低不平顺的幅值改善了40%以上，轨距不平顺的幅值改善了50%以上，全线道岔区段TQI均值改善了20.3%，优化后的道岔精调作业对线路质量的改善效果明显。

参考文献

［1］练松良，李向国.轨道工程［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］王平，陈嵘，陈小平.高速铁路道岔设计关键技术［J］.西南交通大学学报，2010，45(1):28-33.

［3］赵智，秦瑞谦，万轶.时速350 km无砟道岔施工技术［J］.铁道建筑，2010(1):17-20.

［4］王晓凯.高速铁路道岔板精调及验收测量方法［J］.高速铁路技术，2012(6):75-78.

［5］顾秋来.高速铁路道岔精调技术与标准化管理［J］.铁道建筑，2011(5):106-108.

［6］朱耀斌.高速铁路无砟轨道精调方法探讨［C］//高速铁路、线路工程设计理论、施工及养护技术国际学术会议论文集.成都:西南交通大学出版社，2009:14-17.

［7］王庆方，许玉德，周宇.高铁钢轨预打磨效果及轨面不平顺分析［J］.华东交通大学学报，2012，29(2):1-5.

［8］中华人民共和国铁道部.TG/GW 115—2012高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2012.

(责任审编崔文肖)

Research on Fine-adjusting Optimization Technology of Ballastless Turnout on High Speed Railway

TAN Shehui

(Track Maintenance Division，Shanghai Railway Bureau，Shanghai 200071，China)

Abstract:As an important part of ballastless track fine-adjusting，ballastless turnout fine-adjusting provides the premise for high ride comfort and high security of high speed railway.Due to the complex structure of ballastless turnout，there are many differences between ballastless turnout fine-adjusting and normal track fine-adjusting.According to shortcomings of existing fine-adjusting，optimization was carried out from the aspects of measurement mode and fine-adjusting process，and operation process control mechanism and quality check mechanism were improved.T hrough the comparative analysis of ballastless turnout dynamic test data obtained from Hangzhou－Ningbo and Hangzhou－Changsha high speed railway，the effect of fine-adjusting optimization was evaluated.Results showed that fine-adjusting method after optimization makes the turnout height and gauge irregularity amplitude be reduced by 40% and 50% respectively and the track quality index(T QI)be reduced by 20.3%，which indicated the optimization effect of fine-adjusting was remarkable.

Key words:Ballastless turnout;Fine-adjusting;Fine tuning measurement;Quality control

作者简介:谭社会(1973—)，男，高级工程师。

收稿日期:2015-08-21;修回日期:2015-09-21

文章编号:1003-1995(2016)03-0131-05

中图分类号:U213.2+44;U213.6

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.32