高速铁路无砟轨道长轨精调新方法

胡海波

(中国铁路沈阳局集团有限公司，辽宁沈阳 100013)

1 概述

无砟轨道长轨精调工作在线路铺设完成，长轨应力放散、锁定后进行[1]，可分为静态精调和动态调整两个阶段。静态精调是采用轨道几何状态测量仪，根据CPⅢ[2-3]控制点坐标测量轨道的几何状态，并模拟分析调整方案，交由外业进行轨道平顺性调整，直至满足规范要求；动态调整指在静态精调后，根据动检车获取的数据，对局部不满足规范的区域用静态精调的方法对轨道进行后续的调整[4]。传统的长轨精调需采用绝对静态测量方法来采集轨道的静态数据，以下所提出的新方法仅第一遍精调采用绝对静态测量模式采集轨道数据(宏观上掌握轨道的长波情况)，第二、三遍精调时，则采用相对动态测量模式获取轨距、水平、高低、轨向等几何状态数据，从而减少外业测量工作量，在保证精调质量的同时提高精调作业的效率。轨道静态精调是高速铁路长轨精调的重要环节，主要包括轨道数据采集与分析以及后续的轨道精调等环节。

2 静态数据采集

轨道的静态数据采集[5]是长轨精调工作的第一步，采用轨道几何状态测量仪对轨道进行精确测量，掌握其几何状态，为后续精调工作顺利开展提供根本保证。其中包括内外业的准备工作、现场确认和轨道静态测量等过程。

2.1 内业工作

数据采集作业前，首先需要获取测量区段的CPⅢ复测评估报告，将控制点的点位信息提取整理后存入全站仪。获取设计单位的线路参数，利用其平曲线、竖曲线和超高文件资料，建立轨检小车使用的设计文件(注意检核投影换带和长短链位置)，并导入小车笔记本电脑软件。

2.2 外业工作

图2 平面模拟方案调整

对测量区段内的钢轨表面情况和扣件安装情况进行全面检查，确保钢轨及焊缝处的平顺和清洁，线路上挡块、垫片、弹条的安放符合设计施工要求后方可开始工作。测量前，需划分各个测量段落，对每个段落内的轨枕进行顺序编号，确保轨道精测和精调承轨台的准确一致。对轨道几何状态测量仪进行轨距标定、几何参数校正、超高传感器校准等准备工作。所使用的全站仪必须具有自动目标照准功能，每个测站采用8个CPⅢ控制点进行后方交会测量，以测定测站点的三维坐标[6]；在轨检小车的移动过程中，利用全站仪自动跟踪功能照准轨道几何测量仪上的棱镜，以获得棱镜的三维坐标；再结合轨道的设计参数以及倾角传感器和轨距传感器的实时测量数据，利用线路中心坐标计算模型、轨道点对应线路中线点里程计算模型、平顺性参数计算模型与轨检小车坐标转换模型，计算并存储当前轨道实测与设计的各项平顺性参数(如图1)。

图1 外业测量模式示意

3 第一遍轨道精调

3.1 轨道扣件系统

采用福斯罗300-1型扣件系统[7]，通过不同型号的轨距挡块和调高垫板，实现±8 mm范围内的单轨横向调整和-4～56 mm的高低调整，每级调整量分别为1 mm和0.5 mm。

3.2 静态数据内业分析

图3 高程模拟方案调整

在无砟轨道精调作业中，轨道的长、短波平顺性是轨道静态精调的核心部分，也是长轨精调作业中较困难的部分。内业的数据分析主要是对外业测量采集的轨道平面和高程数据中加入模拟调整量来保证轨道的各项平顺性指标满足要求[8]，使得调整后轨向和高低的10 m弦长正矢偏差控制在2 mm内，48a(m)基线偏差控制在2 mm/8a(m)以内，480a(m)基线偏差控制在10 mm/240a(m)以内(a为轨枕间距)。调整后轨距偏差介于±1 mm之间，变化率小于1/1 500，水平偏差介于±1 mm之间，扭曲介于±1 mm(基线长3 m)内[9]。在数据分析过程中，采用“先整体、后局部”，“先轨向、后轨距，先高低、后水平，优先保证基准轨平顺性”的原则，对平面数据和高程数据分别进行调整[10]。首先应从整体上分析精调前数据，确定总体调整方案，以此来控制长波平顺度：①平面调整中，尽可能使调整后的线形位于原始线形走势的中间位置，有效减少精调工作量以及材料的使用消耗(如图2所示)。②高程调整时，在控制长波平顺性的前提下，根据扣件最大负向调整值控制相对凸起区域的调整量，从而保证后续精调和维护工作的顺利进行；对于高程相对较低的区域，应尽量减少调高垫板的使用数量(如图3所示)。在基准轨的平面高程调整量确定后，再对基准轨进行调整，将轨距和水平调整至限差内；在缓直、直缓点处不得出现反超高，相邻精调作业单元之间重叠区的模拟调整方案应保持一致。最后，根据模拟调整方案，确定调整部位和扣件规格，汇总成调整量表。

3.3 外业精调作业流程

外业精调作业中，上线作业的人员需要佩带安全防护用品和调轨设备(见表1)，作业过程中需每2 h核实轨温并根据锁轨温度严格控制连续松开扣件的个数。作业完成后需进行线路复检，对扣件漏换、换错、换反、安置不规范等现象进行排查[11]。

图4 相对轨检小车数据分析

序号设备名称数量1运输板车2台2零级道尺2把3内燃机扳手2台4发电机1台5电动扳手2把6扭力矩扳手1把7轨温计1个8石笔1盒9塞尺2把10钢刷、毛刷2把11起道机2台12撬棍2把

4 相对数据采集与第二遍精调

经过第一遍精调后，可将经过应力放散、锁定后轨道的长波平顺性调整至规范要求范围内，并大幅度提高短波平顺性，但仍可能存在扣件更换错误或者更换不到位的情况。为了进一步将轨距、水平等几何尺寸以及轨道的短波平顺性调整至规范要求范围内，需对轨道进行第二、第三遍精调。首先采用标定好的相对轨检小车对线路进行测量，获取轨距、水平、10 m轨向、10 m高低、三角坑等轨道状态数据。数据采集完成后，可生成如图4所示的轨道波形，然后进行模拟调整并生成调整方案，用于外业的二次精调。二次调整中，用经校准的零级电子道尺记录调整前后的轨距和水平，检验外业调整是否与内业方案一致，从而消除轨距、水平、短波平顺性超限等问题。

5 精调质量评价

轨道不平顺性质量指数TQI(Track Quality Index)是采用数学统计方法描述区段轨道整体状态的综合指标，计算方法为左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑七项指标的不平顺值在200 m范围内的标准差之和，如式(1)所示[12]。即TQI数值越小，表示轨道的波动性越小，轨道的平顺性越好。表2为国内某客运专线施工里程DK647+000～DK657+000段精调前和经过第一、二、三遍轨道精调的静态轨道TQI指标数值。经过轨道的第一遍精调，静态TQI平均值可从5.21降低至2.33，可以看出，第一遍精调使得轨道的各项平顺性指标有大幅度提高，但仍存在部分扣件换错或者更换不到位的情况；第二遍精调后静态TQI平均值约为1.81；局部地区需经过第三遍精调，方可将轨距，水平、轨向、高低等各项轨道状态指标进一步优化(平均TQI约为1.51)，满足之后的动态检测和联调联试要求。

(1)

表2 轨道不平顺性质量统计

6 结束语

轨道的平顺性、稳定性是保证列车高速运行的基础，长轨精调作业则是保证轨道高平顺性的关键环节。基于某客运专线的长轨精调作业，提出仅第一遍精调采用绝对静态测量模式采集轨道数据，从宏观上保证了轨道的长波平顺性，使线路顺直；第二、三遍精调时，则采用相对动态测量模式获取轨道的轨距、水平、短波平顺性等内部几何状态数据，然后进一步将轨道的相应指标调整至满足规范要求。相较于每一遍精调均需要采集轨道的绝对静态数据的传统长轨精调方法，新方法极大地减少了外业测量工作量，提高了精调作业的效率，很好地控制了轨道精调质量(三遍精调后的轨道静态TQI值能够控制在1.6之内)，可供相关工作者借鉴。

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