CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道靜態調整和動態調整技術

劉世海,郭建鋼,王 波

(中鐵三局集團武廣項目經理部,湖南衡陽 421001)

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道靜態調整和動態調整技術

劉世海,郭建鋼,王 波

(中鐵三局集團武廣項目經理部,湖南衡陽 421001)

客運專線要求高平順性、舒適性、安全性,對軌道結構及幾何尺寸提出很高的要求,除在無砟軌道施工期間保證精度控制以外,施工完成后在聯調聯試期間還應對軌道進行仔細的調整,確保其幾何尺寸滿足要求,結合武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道的施工,主要介紹在聯調聯試前后的靜態調整和動態調整。

武廣鐵路客運專線;雙塊式無砟軌道;數據采集;靜態調整;動態調整

1 工程概述

武廣鐵路客運專線設計時速 350 km。設計線路雙線,最小曲線半徑7 000m,最大縱坡 20‰,電力牽引,軌道類型主要為CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。由中鐵三局武廣鐵路客運專線 XXTJIV標經理部承建的無砟軌道工程,正線起訖里程 DK1 713+536.18～DK1 820+029.65,總長 105.497 km,位于衡陽市和郴州市境內。筆者對管段內 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道聯調聯試前后的靜態和動態調整技術進行介紹。

2 軌道的靜態調整

軌道的靜態調整是在聯調聯試之前根據軌道靜態測量數據對軌道進行全面、系統地調整,將軌道幾何尺寸調整到允許范圍內,對軌道線形進行優化調整,合理控制軌距、水平、軌向、高低等變化率,使軌道靜態精度滿足高速行車條件。

軌道靜態調整流程：CPⅢ復測、扣件調查、焊縫檢查、軌道測量、調整量計算、現場標示、軌道調整、軌道復檢。

2.1 CPⅢ復測

只有真實、可靠的軌道數據才能準確反映軌道的實際幾何尺寸,才能進行準確的判斷與計算,以便于進行下步的軌道調整計算工作,是軌道靜態調整的關鍵,而高精度的 CPⅢ控制網是基礎。

(1)在 CPⅢ控制網復測前,先進行全面的檢查,重點對已經破壞的 CPⅢ控制樁重新埋設;確保整個網的控制點都在測量范圍內,盡量避免 CPⅢ點的二次復測,以保證整網數據及相對點位精度的一致性。

(2)復測前,根據既有的 CPI、CPⅡ及 CPⅡ加密點的分布情況,合理確定 CPⅢ控制網長度。在控制網銜接處的已知點地勢條件要好,要保證在 CPⅢ測量時直接通視,與全站儀的高度角還不能太大,同時最好不要位于特大橋附近,盡量避免在特大橋、隧道出入口附近進行分網測量。控制網長度均在 4～8 km。

(3)選擇合理時間、選擇良好的外部環境進行CPⅢ復測。

(4)對 CPⅢ控制點進行全面復測,復測盡可能一氣呵成,盡可能保證整個控制網在最短的時間內完成測量,使整個網存在的誤差具有一致性。復測結果必須達到相對點位精度為 1mm以內,確保整網大部分相對點位精度(誤差橢圓長軸誤差)在 0.7mm以內。

(5)CPⅢ控制網的補測要因地制宜并采取不同的方式進行。如果整網復測后,在數據采集前有個別的CPⅢ點被破壞就需要補測,如果是連續的幾個點被破壞,則需要按照 CPⅢ測量方式連續測量,在計算時將破壞點前后沒有被破壞的 CPⅢ點作為約束條件(不少于 6個),保證與先前測量的 CPⅢ點相對精度;如果僅是個別點被破壞,則采取前方交會方式,從兩個不同測站測量這一點,兩站測量的坐標誤差在 2mm以內,則取平均值作為測量結果;如果僅個別 CPⅢ點在數據采集前也可以不補測,在使用時采用連續 7個 CPⅢ設站采集數據,不影響精度。

(6)CPⅢ高程測量盡量在陰天進行。

(7)所有復測后的 CPⅢ數據(平面和高程),只要整網精度符合要求,不論與原施工時使用的 CPⅢ平面坐標和高程差多少,都要采用復測后的數據作為軌道精調前的數據采集依據。

2.2 扣件調查

復測完成后,對軌枕進行編號,每一根軌枕只有唯一編號,軌道的靜態調整和動態調整都是按照軌枕編號進行的。

扣件應安裝正確,無缺少、無損壞、無污染、無空吊,扭力矩達到設計標準(±10%),彈條中部前端下頦與軌距塊凸臺間隙≯0.5mm,軌底外側邊緣與軌距塊間隙≯0.3 mm,軌枕擋肩與軌距塊間隙≯0.3mm。檢查的具體內容如下。

鋼軌：是否污染,是否有缺損,是否有變形,主要是目測檢查。

扣件：是否缺少,是否污染,是否密貼,密貼主要用塞尺檢查,檢查部位為：彈條中部前端與軌距檔塊、軌底與墊板之間縫隙不大于 0.5mm。規矩檔塊與軌枕擋肩之間,縫隙不大于 0.3mm。

墊板：是否缺少,是否損壞,是否變形,是否空吊,是否偏斜,主要是目測和塞尺檢測。

焊縫：主要是檢測焊縫平順性,用靠尺和塞尺檢測,頂面,工作邊,圓弧面均應該在 0～0.2mm。

2.3 軌道測量

軌道數據采集是無砟軌道調整的關鍵一步,其數據采集的精度與可靠性直接關系到調整量的大小和調整是否到位,是否滿足軌道的高平順性要求。

(1)對使用的全站儀、精調小車等測量設備進行常規檢定校核,滿足要求后才能使用。

(2)對精調小車合理分配任務,每臺小車盡量連續測量某一股軌道,盡量避免在某一區段采用不同的小車測量,這樣便于數據的系統分析,減少系統誤差。

(3)精調小車在測量時,距離不大于 65m。精調小車對軌道逐根進行軌枕連續測量,分次測量時,兩次測量搭接長度不少于 20根軌枕;20根軌枕基本達到13m長度,便于軌道短波的計算與保持一致性,這樣軌道的軌向銜接會更好。

(4)測量過程中,每次設站精度要達到 0.7mm以內,最大不能大于 1mm,否則應檢查 CPⅢ點的相對點位精度。搭接的 20根軌枕兩站測得的數值相差不能大于 2mm,包括高程、平面、超高、軌距等,否則重新設站。此項工作為靜態精調計算正確的保障,只有采集的數據真實反映出軌道現場實際的幾何尺寸情況,才能根據數據作出正確的判斷,否則就會越調越不理想。

(5)在數據采集過程中,不能盲目追求進度,必須以精度為前提,當現場條件不滿足采集時應停止測量,不在雨天或太陽光較強時間段等情況下采集,盡量在陰天采集。

(6)設站采集后,隔段時間或本測站數據采集完成后,應對初始觀測點進行校核,便于發現在采集過程中儀器是否發生變化,以確定本站數據采集是否有效,否則應重新采集。

(7)現場采集數據時,如進行第二次采集或搭接測量時要使兩次小車傳感器對準同一個位置。否則如果坡度較大,兩次數據會產生很大誤差。

(8)數據采集過程中,應按照測量時間、里程段落、左右線等情況對數據進行分類保存。

2.4 調整量的計算

(1)在數據采集完成后及時對每一測站數據進行疊加,形成能計算的數據,在疊加時每一段都應選擇“擴展類型”,能更有效保證軌道的順接性。

同時特別注意在疊加過程中,軌道的標準幾何參數必須選擇正確,同時要檢查設計的線路平面參數、縱坡參數是否正確,里程與高程是否對應,里程與坐標計算是否正確,斷鏈是否考慮,長度與里程是否一致,超高設置等。

(2)當對疊加在一起的數據進行計算前,應先檢查該區段的導向軌是否正確,在某些區段,本是一致的導向軌,結果出現不同的導向軌,這樣就會發生計算錯誤。

(3)調整計算的基本原則：“先軌向,后軌距”,“先高低,后水平”,這個原則性的規定不能改變。

(4)軌向調整,應先根據輸入參數確定的導向軌是否一致,確定一股鋼軌作為基準股(曲線地段選擇高股,直線地段選擇與前方曲線高股同側鋼軌),對基準股鋼軌方向進行精確調整。

在計算時從兩個方面控制基準軌的軌向調整,即平面位置、軌向短波。在計算完成后軌向的標準要達到短波 2mm/30m合格率 100%,1mm/30m合格率≮96%;長波 10mm/300m合格率 100%;線形平順,無突變,無周期性小幅振蕩,這樣才能滿足要求,進行下步的軌距調整。

(5)軌距調整,固定基準股鋼軌,調整另一股鋼軌,軌距精度控制：±2mm合格率100%,±1mm合格率≮96%,軌距變化率≯1.5‰;該股鋼軌方向線形應平順,無突變,無周期性小幅振蕩。從本次軌檢數據看,按照軌距 ±2mm的標準控制有點偏大,應按照 ±1 mm控制軌距,這也是本次軌檢后軌距不合格率偏高的主要原因。除橫向調整了軌距以外,還應縱向看軌距的變化率是否滿足要求,同時 5 m間距的兩根軌枕軌距相對差值也必須在 1 mm以內,最大不得超過1.5mm。

(6)高低調整,應先選定一股鋼軌為基準股(曲線地段選擇低股,直線地段選擇與前方曲線低股同側鋼軌),對基準股鋼軌高低進行精確調整,在計算時也從兩個方面控制基準軌的高低調整,一是從高程的數據考慮 2mm/5m,二是從高低短波考慮 2mm/5m,在高低短波計算時不能只從單點考慮 2mm是否滿足要求,還應考慮相對差值必須在 2mm以內。

在計算時還應考慮三角坑的高低,應從第 1根軌枕數據往下計算與第 5根軌枕的數據,要同時滿足要求,綜合考慮,才能保證高低的平順性。

短波2mm/30m合格率100%,1mm/30m合格率≮96%;長波 10mm/300m合格率 100%;線形平順,無突變,無周期性小幅振蕩。

(7)水平調整,固定基準股鋼軌,調整另一股鋼軌高低,校核水平精度,1mm合格率 100%;水平變化率,相鄰兩根軌枕≯1mm,間隔 5根軌枕≯2mm;該股鋼軌高低線形應平順,無突變,無周期性小幅振蕩。

經過對軌道車檢測結果的分析看,在數據處理過程中,1mm合格率對動態檢測的影響很大。而三角坑的出現位置附近都伴隨著水平超高的超限,所以靜態調整精度應該對軌距和水平的要求有所提高,主要控制變化率不大于 0.7 mm,合格率不小于 90%這一指標。

2.5 軌道調整

對計算的調整量進行核對優化后形成正式“調整量表”,用于現場調整。備足調整件數量。根據調整量表準確統計各類調整件需求數量,據此盡早補充到位,并預留一定余量。

(1)在調整前應根據需要調整的區段,需要的各類型號調整件數量,是否滿足要求,然后決定對該區段進行調整。當調整件不滿足要求時,最好不要對該段進行調整,避免發生二次調整,對螺栓經常進行擾動會影響鋼軌的穩固效果。

(2)由調整計算人員對現場負責調整的技術人員或工班長進行交底,交底內容主要是調整方向及位置,螺栓的松動與緊固應注意的事項,負責人應仔細核對資料里程與現場標示軌枕號、里程是否一致,現場不要發生軌枕號漏編現象,內業計算時軌枕號不要錯位,否則容易發生調整錯誤現象。

(3)在現場調整中,應分組分程序進行。

第一組人負責根據調整數據貼標簽,把需要調整的位置和型號標在軌枕上。

第二組人負責扣件的配料,把需要的扣件按型號放到需要調整的位置(第一組已在現場貼標簽位置)。

第三組人員負責在貼標簽處松扣件,把需要調整的扣件松開,其中最多不能松過 8根軌枕,并且要比需要換扣件的位置多松開 4～6根軌枕。

第四組負責扣件的更換,保證安裝的位置和方向正確,同時在安裝前應對鋼軌底部、側面進行清理。

第五組負責緊固扣件,保證扣壓力達到標準。

第六組由有經驗的線路工進行目測,保證不能有大的突變點,當出現不平順的地方可以根據道尺旋線,結合現場實際,對不太合理的點進行處理,以消除線路中存在的局部隱患。防止現場換錯換反現象。

現場更換時,第一：必須保證計算數據與現場軌枕的一一對應。第二：必須保證換的擋板的方向,墊板的厚度,與計算資料相符合。第三：更換完的扣件必須設立專人檢查,確保更換的準確性。

2.6 軌道復檢

靜態調整第一次完成后,應該對調整量比較大和連續調整地段進行復核測量,以檢查調整的準確性,同時可以作為動態調整的基礎數據。

3 無砟軌道的動態調整

無砟軌道的動態調整是在聯調聯試期間根據軌道動態檢測情況對軌道局部缺陷進行修復,對部分區段幾何尺寸進行微調,對軌道線形進一步優化,使輪軌關系匹配良好,進一步提高高速行車的安全性、平穩性和乘座舒適度,是對軌道狀態和精度進一步完善、提高的過程,使軌道動、靜態精度全面達到高速行車條件。

動態調整主要是依據軌道動態檢測報告和分析檢測波形圖,找出影響行車安全和旅客舒適度的局部區段,通過用軌檢小車、塞尺、弦線等檢查工具對軌道進行測量評價,確定調整位置和調整量,對鋼軌進行調整。

目前主要的動態檢測手段：低速(≯160 km/h)軌道檢測車、高速(250～350 km/h)軌道檢測車、高速軌道動力學檢測車。軌道動態檢測標準見表1。

表1 軌道動態檢測標準

3.1 低速軌檢車動態檢測指標和調整

低速軌檢車的檢測指標主要包括：軌向、軌距、軌距變化率、高低、水平、水平變化率、三角坑。

3.1.1 軌向、軌距、軌距變化率現場檢測及處理

軌向、軌距、軌距變化率均通過調整軌距擋板來完成調整。首先分析波形圖、TQI值和軌道靜態調整的調整表。

從圖1可以看出,K1771+800處由于右軌向造成了此處的小軌距現象,結合該段 TQI表的分析,本段軌向應有 3～4mm的調整量,初步分析應是現場更換時人為錯誤所致。

圖1 K 1 771+800波形

通過查找靜態調整量表(表2),經過現場對照后,發現右軌調整方向錯誤,調整過后,此處軌向問題徹底消除,如圖2所示。

表2 靜態調整量

圖2 調整后K1 771+800波形

并不是所有的軌向和軌距都能通過靜態的調整表來找出位置,如果調整表無法確定位置,就需要通過道尺、弦線和軌檢小車的方式進行查找。不管怎樣,波形圖和 TQI值是參考的基礎。

3.1.2 高低、水平、三角坑的現場檢測及處理

高低、水平和三角坑通過調整墊片來完成。同樣,先分析波形圖、TQI值和調整表。在調整表未發現錯誤時,只能通過軌檢小車進行檢測。

3.2 動車組的動態檢測指標和調整

CRH動車組檢測指標主要包括：高低、水平、三角坑、動力學指數。沒有低速軌檢車的軌向檢測和 TQI值,但是增加了動力學指數的檢測。

3.2.1 軌道幾何狀態的調整

在動態調整時傳統的道尺、弦線要放棄,因為通過現場的調整經驗發現,即使用道尺和弦線發現了問題并作了調整,通過 2 d的波形圖相對照,發現調整到位的情況不足 50%,往往超限點重復出現,所以高速的動檢車全部用軌檢小車進行調整。

動車組檢測的超限問題主要為：三角坑、高低和橫向、垂向加速度。在檢測時,由于檢測里程的偏差,實際超限點里程通過對比直緩點和緩直點來確定采集范圍,如果波形圖上的直緩點顯示里程為 K 1 767+000,但是實際的直緩點里程為 K1 767+050,這時,在超限報告中,超限點里程也應該在報告上的大里程方向 ±50m范圍內。確定了這一點,便于在現場找準位置,就可以大大減少數據采集的工作量。

在動車檢測的超限點中,二級超限點三角坑的峰值為 4～6mm,通過現場采集發現,4～6mm的峰值所對應的采集數據的偏差為 2～3mm。

例如,我們對 K1 774+200處的二級超限點進行分析,通過波形圖初步分析為水平超高引起的三角坑,于是現場進行了數據采集。數據采集后與波形圖顯示結果一致,主要是左軌出現超高現象。當天晚上處理完畢后,檢測車第 2天又對軌道進行了檢測,分析調整后波形圖,發現調整到位,沒有出現超限點。把第 2天檢測的波形圖和第 1天的波形圖進行對照,發現處理到位。

3.2.2 動力學性能的調整

動力學性能檢測參數包括輪軸橫向力、脫軌系數、輪重減載率、橫向穩定性、橫向平穩性、垂向平穩性。

輪軸橫向力多為軌向和水平的復合不平順,重點檢查軌向、水平,其次軌距也是輪軸橫向力一個參考因素。

脫軌系數應該重點檢查扣件情況,看扣件是否緊固到位。其次應該重點檢查軌距檔塊和軌枕擋肩的縫隙是否在 0～0.3mm。

輪重減載率重點檢查焊縫平順度,扣件、墊板狀況,多為焊縫平順度不良造成。

橫向平穩性、垂向平穩性和垂向平穩多為軌向和水平的復合不平順決定。

4 體會

(1)短距離澆筑道床板易造成軌向調整量增大、調整難度變大,易出現小軌向的不平順。

(2)軌排組裝環節控制是保證軌道高低、水平的第一道關鍵環節,不容忽視。

(3)臨時平交道口設置時必須采取可靠措施保護軌道扣件,避免扣件受到損傷。

(4)鋪軌前、軌道鎖定后的扣件檢查是軌道精調的重要環節,不得輕視,必須安排專人負責,100%檢查。

(5)精心組織動態精調作業是軌道快速、準確修復的首要條件,原因不清、組織不嚴、盲目調整易造成從少變多、從小變大的現象。

(6)數據采集過程中,應該充分考慮數據的穩定性,不要圖速度不考慮質量。

[1]鐵建設[2006]189號,客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定[S].

[2]徐東祝.雙塊式無砟軌道精調作業工藝研究[J].鐵道科學與工程學報,2009(4).

[3]孔慶林.雙塊式無砟軌道精度控制[J].黑龍江科技信息,2009(17).

U238;U 213.2+44

B

1004-2954(2010)01-0080-04

2009-12-10;

2009 12 16

劉世海(1973—),男,工程師,1995年畢業于西南交通大學國土管理與地籍測量專業,工學學士。