Rheda 2000軌道線形平順性控制方法

曹良華

0 引言

無碴軌道因軌道穩定性、剛度均勻性和耐久性好，線路平順性高，維修工作量顯著減少等突出優點，在國內外高速鐵路中的應用日益廣泛[1，2]。國外較為成熟的無碴軌道按照施工方法可分為現澆的和預制的;現澆的主要有德國 Rheda 2000及旭普林型無碴軌道，預制的主要有德國博格式軌道板及日本板式無碴軌道[3]。

高速鐵路的特點是高速度和高密度，其目標是高安全性和高乘坐舒適性，因而要求軌道結構必須具備高平順性和高穩定性。同時從運營的長遠角度來看，高速鐵路也要求軌道結構具備高可靠性和長壽命。日、法、德、瑞等國都制定了非常嚴格的軌道鋪設精度標準[4，5]。

我國武廣高鐵全線主要道床結構為德國 Rheda 2000無碴軌道，最高運行時速達到 350 km。這樣大范圍的采用無碴軌道結構在我國鐵路建設中尚屬首次，軌道結構線形平順性控制是施工中的關鍵難題。本文從 Rheda 2000無碴軌道道床的施工過程出發，深入探討如何在施工過程中把握軌道的幾何狀態，給后期長軌高平順性奠定良好的基礎，以達到 350 km/h的高速要求。

1 Rheda 2000無碴軌道系統組成及施工工藝

1.1 Rheda 2000無碴軌道系統組成

Rheda 2000軌道由鋼軌、高彈性扣件、改進的帶有桁架鋼筋的雙塊式軌枕、現澆混凝土板和下部支承體系(支承層或者底座)組成[6]，見圖 1。雙塊式軌枕為工廠集中預制，混凝土采用 C60、鋼筋采用CRB550冷軋帶肋鋼筋。軌道扣件系統采用Vossloh 300-1型扣件，主要由彈條、軌下膠墊、基板、彈性基板、直角導向板、塑料套管、螺栓組成。

1.2 Rheda 2000道床結構施工工藝

雙塊式軌枕施工工藝主要分為三大部分，分別是:高性能混凝土拌制、鋼筋桁架加工、軌枕預制，見圖 2。

2 Rheda 2000道床結構施工平順性控制要點

2.1 控制網的精度

控制網的精度高低，平順性決定了一條線總體精度。高精度的控制網除了需要嫻熟的技術人員之外，主要還是取決于環境、硬件及軟件配置。

2.2 軌道粗調

軌道粗調為第一次對軌道的調整，是為其他工序的指向，為精調做好準備。粗調的高程以及平面應嚴格控制在偏差 5mm之內，超高控制在 2mm之內，軌距控制在 1 mm，且每組 12.5m的軌排應滿足兩粗調機之間的偏差較差小于 3mm。粗調機調整到位之后應根據線路曲線超高來確定螺桿安放角度，達到螺桿垂直于地面合理受力。待螺桿均受力的情況下可解除粗調機的受力，使螺桿承受軌排的重量。

2.3 軌道精調

軌道精調是無碴軌道施工中非常關鍵的一道工序，是對軌道進行最后一次檢查，它對軌道的幾何尺寸最終位置能否達到設計及驗標的要求起著決定性作用。調試過程中要綜合考慮測量精度誤差、施工影響、環境影響、操作誤差等因素，并留有一定的富余量(高程、軌距、中線、水平調試誤差均控制在 0.5mm以內)，確保澆筑混凝土后滿足精度要求標準。同時，嚴格控制鋼軌接頭誤差，采用軌頭鉆孔、精調一遍后上魚尾板的措施，消除軌排之間的錯臺、錯牙，保證線路的平順性。

軌道精調主要工作內容包括:

1)線形資料的準備。包括平面設計數據、縱斷面設計和超高等。

2)螺桿調節器安裝檢查。

3)儀器設備檢查。

4)全站儀校檢及設站。全站儀設站點應在軌道上，設站精度應符合《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規定》要求。

3 Rheda 2000道床結構長軌平順性控制

3.1 長軌調整工藝流程

由于高速鐵路對軌道平順性的高要求，武廣高鐵采用的鋼軌為 60 kg/m，100m定尺長，非淬火無孔長軌，在現場按照要求焊接成跨區間無縫鋼軌。僅靠傳統的弦線道尺是不夠的，在無縫線路鋪設完成，長鋼軌應力放散、鎖定后需對軌道進行精調。

長軌調整包括靜態調整和動態調整。靜態調整是通過精調小車對軌道進行全面、系統地采集，根據軌道小車靜態測量數據結合傳統工具將軌道幾何尺寸調整到允許范圍內，對軌道線形(軌向和軌面高程)進行優化調整。動態調整是通過軌道檢測車對鋼軌動態檢測報告和波形圖的分析，找出影響行車安全和旅客舒適度的區段，然后借助精調小車，塞尺，弦線對軌道進行測量評價，確定調整位置和調整量，對鋼軌進行動態調整以達到軌道狀態能達到 350 km/h及以上行車條件。長軌精調的工藝流程圖見圖3。

3.2 長軌靜態調整

3.2.1 準備工作

除鋼軌檢查工作應在鋼軌鎖定之后進行外，其余準備工作均可以在長軌鋪設前進行。主要工作包括:

1)控制點 CPⅢ復測;

2)軌枕編號;

3)測量儀器檢定;

4)鋼軌以及軌枕檢查等。

其中，控制點CPⅢ復測包括平面網復測和高程復測。CPⅢ平面復測控制網構網應與原測網一致，采用自由設站交會網的方法測量。CPⅢ控制點高程復測觀測應在 CPⅢ平面復測觀測完成后進行，并起閉于與原測相同的二等水準基點。CPⅢ高程復測應按《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規定》第 4.1節有關精密水準測量要求施測。復測成果各項精度指標滿足 CPⅢ精度要求時，宜采用復測成果進行長軌精調作業。

鋼軌以及軌枕檢查的重點是彈條扣緊，軌頭狀態。具體檢查指標見表 1，表 2。

表1 焊縫檢查指標 mm

3.2.2 軌道靜態測量

1)以調整相對精度和平順性為主，相對精度必須滿足規范要求(或建議參考標準)，平順性滿足表 3要求。

2)絕對精度為中線 ±10mm，高程 +4mm，-6mm，一般均能滿足規范要求，在長軌精調階段幾乎不受控。

3)應堅持以軌道平順性為核心的理念，即軌道線形調整，除按照標準執行外還應參考表 4進行調整。

4)軌道橫向調整量不應超過 ±6mm，調整量超過 ±6mm處應及時處理。

表2 扣件檢查指標

表3 軌道狀態標準

表4 軌道變化率

3.2.3 長軌靜態調整件更換

確認了調整范圍以及調整件規格后，根據軟件生成的對每根軌枕的調整量，應進行調整件更換。為防止溫度超出常溫或者鎖定溫度致使每個調整段內部形成應力，調整工作應盡量選擇在接近長軌鎖定溫度進行。

現場按照順序依次拆除，清除積灰，選擇合適的調整件進行更換。調整軌向時一次松開 3對鋼軌扣件;如果為一段超過 3對扣件的連續區域，要求將其分成多個區段，按照要求進行松除并更換。調整鋼軌高度時，使用千斤頂抬升鋼軌，使軌底空隙足以更換中間墊片。道岔調整堅持以直股為主的原則，調整后的道岔各項幾何尺寸、平順性指標必須滿足要求。

一階段調整件更換完畢后應對該段區域及其前后 10m段使用精調小車進行復測，如經過分析后確定為不合格則重復上述步驟，如合格則進入下一步。

3.3 長軌動態調整

3.3.1 檢測設備和檢測方法

靜態調整結束之后，采用動態檢測列車對軌道進行動態的檢查與測試，目的是為了保證列車行進時軌道的平順性。軌道動態檢查是鐵路軌道檢查病害、指導養護維修、保障行車安全的重要手段。目前，高速線路軌道動態檢查以綜合檢測車(動檢車)、軌檢車、車載儀及便攜式添乘儀等檢測設備為主。一般情況下先使用速度較低的軌檢車對線路進行檢查，根據檢查結果進行線路整改，線路基本具備高速行車的時候再使用高速的動態檢測車對線路進行檢查，對軌道進行最終優化。

中國鐵路現役軌檢車的高低和軌向檢測項目均采用慣性基準測量方法。檢測項目主要包括:軌道幾何參數、車體加速度參數、鋼軌斷面參數等。軌道狀態波形圖是軌檢車提供的重要檢測資料之一，能夠直觀地反映出各主要檢測項目超限幅值的大小及病害分布的狀況。軌檢車的檢測結果包括Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級超限報告表、曲線摘要報告表、公里小結報告表、區段總結報告表、軌道質量指數(TQI)報告表等。

綜合檢測車(動檢車)在軌檢車檢測的基礎上，增加了對長波不平順(70m波長高低、軌向檢測)、輪軌作用力(動力學指標)、三率(曲率變化率、軌距變化率、橫加變化率)等項目的檢測。

3.3.2 軌道動態局部不平順分析及調整

軌道局部不平順是指軌道存在局部缺陷，可分為短波不平順和長波不平順兩種。主要包括:

1)軌道檢測報告中Ⅰ級 ～Ⅳ級偏差;

2)軌道檢測波形圖中突變點;

3)動力學檢測指標超限點;

4)動車添乘明顯晃車處所。

以下三類軌道局部不平順現象應予特別重視:

1)周期性連續三波及多波的軌道不平順中，軌向、水平、高低不平順;

2)2m以內短波不平順;

3)軌向、水平逆向復合不平順。這三類軌道不平順的共同特點是，連續性的多波不平順容易引發激振，有導致脫軌系數增大、行車嚴重不平穩甚至脫線的危險。周期性的連續不平順引發共振的危險性更大。軌向、水平逆向復合不平順，有反超高的特征。這類不平順可能是脫軌事故的主要誘因。

20m及以下的短波不平順對超限點前后各 50m范圍內均需要檢查，可采用道尺、弦線、1m直鋼尺等傳統測量工具進行檢查確認后進行調整件更換。如:三角坑、水平、軌距、高低、軌向的短波不平順，動力學指標超限點等。20m及以上長波不平順以及復合不平順應采用軌道小車測量后進行重點和針對性調整。減載率是動力學檢測直接衡量行車安全的主要指標之一，導致減載率超標的主要原因是局部短波不平順(波長 0.1m～3.0m，波幅0.5mm～1.0mm)，直接原因主要表現為接頭平順性不良或扣件缺陷，應根據檢測報告的里程到現場核對檢查，及時處理。

3.3.3 軌道區段整體不平順分析及調整

軌道整體不平順是指軌道整體平順性不良，軌道各項幾何參數均存在不同程度偏差。對軌道的線路整體質量綜合評價通過采用軌道質量指數(TQI)進行評定。軌道質量指數(TQI)是反映軌道不平順質量狀態的統計特征值。值越小，軌道平順性越好。

將線路劃分為 200 m一個單元區段，檢測軌距、軌向(左，右)、高低(左，右)、水平及三角坑七項不平順參數，每單元區段每單項采集 800個數據，經計算機處理得出標準差的統計特征值，以單項或七項和來表示軌道幾何不平順狀態的程度。TQI計算公式如下:

其中，σi為各項幾何偏差的標準差，i=1，2，3，4，5，6，7;分別為:左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平、三角坑;xy為在200m單元區域中各項幾何偏差的幅值;j=1，2，…，n;n為采樣點的個數(200m單元區段中 n=800)。

軌道狀態圖是將線路上 TQI數據(或單項指數)以直方圖的形式表示出來而得到的，如圖 4所示。圖中橫坐標表示單元區段的位置，縱坐標表示 TQI數值的大小，從軌道狀態圖可直觀地看出軌道狀態的好壞，便于進行質量控制。

武廣線的 TQI管理值平均小于 3.6。根據動車的 TQI值，找到與之代表的區域波形圖，將該段波形圖內幅值較大的在現場進行檢查并處理，以達到 TQI＜3.6。

4 結語

1)高速鐵路對軌道平順性的要求很高，因此在無縫線路鋪設完成，長鋼軌應力放散、鎖定后需對軌道進行精調。2)通過精調小車對軌道進行全面、系統地采集，根據軌道小車靜態測量數據結合傳統工具將軌道幾何尺寸調整到允許范圍內，對軌道線形(軌向和軌面高程)進行優化調整，以達到長軌靜態調整。3)通過軌道檢測車對鋼軌動態檢測報告和波形圖的分析，找出影響行車安全和旅客舒適度的區段，然后借助精調小車，塞尺，弦線對軌道進行測量評價，確定調整位置和調整量，對鋼軌進行動態調整以滿足高平順性要求。

[1] 趙國堂.高速鐵路無碴軌道結構[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[2] 馮曉芳.中國高速鐵路的發展與展望[J].科技資訊，2009(1):129-130.

[3] 倪 峰，王曉琴.客運專線新型無碴軌道技術的研究[J].山西建筑，2009，35(30):281-282.

[4] EN 13231-1.Railway Application-Track-Acceptance of Works-Part 1:Work on Track[S].

[5] 鐵建設[2004]157號，京滬高速鐵路設計暫行規定[S].

[6] Bachmann Hans，Foege Thomas.Rheda 2000-experience and progress united in one system[J].Eisenbahningenieur，2000，51(6):34-35.