高速鐵路無砟道岔精調優化技術

譚社會(上海鐵路局工務處，上海　200071)

?

高速鐵路無砟道岔精調優化技術

譚社會
(上海鐵路局工務處，上海200071)

摘要:無砟道岔精調是無砟軌道精調的重要內容，也是保證高速鐵路高平順性、高舒適性的前提。無砟道岔結構復雜，其精調與一般的軌道精調有很多不同之處。本文針對目前無砟道岔精調作業中的不足，從測量模式、精調流程等方面進行了優化，完善了作業流程控制機制和質量校核機制。通過對杭甬、杭長高速鐵路無砟道岔動態檢測數據的對比分析，評價精調優化的實施效果。結果表明，采用優化后的精調方法使道岔高低、軌距不平順幅值分別降低了40%，50%，全線道岔軌道質量指數(TQI)降低了20.3%，精調優化效果顯著。

關鍵詞:無砟道岔精調作業精調測量質量控制

道岔作為軌道薄弱環節是影響列車運行速度和安全的關鍵設備［1］。為滿足高速列車過岔時的安全性和平穩性，道岔必須具有高平順性、高精度和高可靠性［2］。但是由于在制作、運輸、施工以及系統接口之間存在的公差、偏差或缺陷，主體施工完成后道岔的平順性并不能滿足要求，因此需要進行道岔精調。

無砟軌道道岔精調可分為靜態調整和動態調整2個階段。靜態調整階段是指在聯調聯試之前，根據道岔靜態測量數據，對道岔進行全面且系統的調整，將道岔靜態幾何尺寸調整到允許的范圍內，合理控制軌距、水平、高程、平面等變化率，使道岔靜態精度滿足高速行車的基本要求。動態調整階段是指在聯調聯試期間，根據動態檢測和人工添乘情況，對道岔局部動態超限處所和添乘晃點進行整治，對部分區段幾何尺寸進行微調，優化道岔前后線形與輪軌關系，是對道岔狀態和精度進一步完善和提高的過程，以使道岔精度全面達到動態驗收標準。

無砟軌道道岔結構復雜、零配件多，可調整范圍小，縱向、橫向幾何形位相互影響，不能像線路一樣進行線形優化，只能通過調整幾何尺寸或對岔前、岔后兩端的線路進行微量調整，道岔靜態精調難度增加。另外由于構造不平順、剛度不平順等原因，影響高速道岔動力學性能的因素較多，道岔動態精調工作量比線路動態精調工作量大。基于上述道岔自身的特點及道岔精調的特點，無砟軌道道岔精調在作業流程、環節，控制標準等方面不同于一般意義上的線路精調。

高速鐵路的高平順性對道岔精調提出了更高的要求，為此國內不少學者從不同方面對道岔精調進行了研究。現場作業方面:趙智等［3］對無砟道岔施工測量控制網、道岔現場組裝和調整、道岔焊接、應力放散和鎖定等技術進行了工程總結;王曉凱［4］結合工程實例探討了高速鐵路道岔板在施工過程中的精調及驗收測量控制方法，并提出了相應的注意事項;顧秋來［5］從高速道岔現場精調的施工準備、施工順序、動態檢測手段和數據分析方法方面，提出了道岔精調的標準化管理。運營管理方面:朱耀斌［6］從開通后運營維護的角度出發對動態檢測數據在無砟道岔精調過程中的作用進行了分析。

上海鐵路局在前期開通的高速鐵路精調的基礎上，形成了一套較為完善的精調流程和質量控制方法。本文結合傳統無砟道岔精調的實踐經驗，從測量模式、精調流程、鋼軌預打磨等方面進行了優化，并在杭長高速鐵路的道岔精調工作中得到了驗證，實踐表明無論是從峰值還是從均值角度，優化后的道岔精調作業對線路質量的改善效果都非常顯著。

1　傳統無砟道岔精調

1.1傳統無砟道岔精調流程

傳統意義上的無砟道岔精調依據無砟線路精調演變而來，將道岔前后各200 m長的線路納入道岔單元，采用單元化管理的理念進行精調，當一端正線有多組道岔時，則將一個行別一端的岔區作為一個道岔管理單元。

精調作業前，對道岔單元測量一遍，在確保單元內平順性的前提下，應同時保證道岔單元與前后線路的良好順接。基于測量數據確定精調方案，并采用逐枕放樣、精調的模式，按照先直股后曲股、先水平后方向、先整體后局部、直曲兼顧的順序進行精細調整，并適時進行工電聯整。完成靜態精調之后，在聯調聯試期間安排道岔預打磨，結合動態檢測結果，對不良處所進行動態精調，使其平順性滿足動態驗收標準。

1.2傳統無砟道岔精調存在的不足

通過上述測量作業和精調作業方式，雖然最終能使道岔的平順性滿足相應的動態平順性指標，但是上述作業方法缺乏對測量作業和精調作業的流程控制和校核機制，導致線路動態檢測結果中有較多處所動態平順性指標超限，主要表現為軌距變化率二級偏差和橫向穩定指標超限。這不僅使動態檢測期間對不良處所的修正和調整工作量較大，而且整體精調質量也很難有較大提升。

為提高道岔精調質量，應從測量和精調2個主要方面進行優化和改進，增加對測量作業和精調作業的流程控制和校核機制。

2　無砟道岔測量模式優化

無砟道岔測量作業是精調作業的基礎和依據，基于測量結果設計精調方案，精調作業又通過測量結果衡量并進一步修正。因此，測量作業的精度直接影響道岔精調的作業效果。排除測量儀器自身的原因，過去測量精度不足主要由測量準備工作不夠細致和測量方法不夠完善兩方面原因造成。

為此，在開展測量作業前，應做好細致充分的準備工作，確保測量數據的真實性。包括高速鐵路軌道控制網CPⅢ的復測、無砟道岔結構缺陷的全面調查和綜合整治、軌面的清掃等工作。

其次，在測量方法上，可將道岔的平面測量和高程測量分開并引入相應的精度控制標準，以提高測量作業精度。為此平面偏差測量采用0.5″級全站儀兩測回坐標法，道岔軌面標高測量采用一等水準法，道岔軌距、水平采用0級道尺進行測量。利用上述方法逐枕采集無砟道岔橫向、垂向、軌距、水平數據。

具體操作方法:在道岔直股的前、后兩端分別距道岔＞12 m的直股承軌臺上選取2個橫向基準點，作為全站儀設站點和定向點。以設站點調整量到位時的位置為坐標原點，以坐標原點和定向點調整量到位時的位置確定的直線為坐標縱軸建立“道岔調整”直角坐標系，根據調整量求得設站點和定向點在該坐標系中的坐標。

設站點和定向點架設儀器和棱鏡并嚴格對中整平，采用0.5″級全站儀按方向觀測法逐點觀測每個承軌臺(每組觀測不得超過10個)的坐標(2個測回)。每組觀測結束后，檢查儀器和棱鏡的對中整平情況，嚴格對中整平后才能進行下一組觀測。選取道岔直股兩端橫向調整量為0的點為高程基準點，以道岔附近的一個CPⅢ點作為環水準路線的起閉點，采用國家一等水準法觀測兩高程基準點(含高程基準點)間的直股軌面高程。優化后的無砟道岔精測模式與質量控制流程如圖1所示。

圖1　無砟道岔精測模式優化與質量控制流程

3　無砟道岔精調流程優化

鋼軌預打磨的目的是去除軌面脫碳層，消除鋼軌在生產、焊接、運輸和施工過程中產生的表面缺陷，優化軌頭廓形，改善線路平順性［7］。過去將道岔預打磨放在聯調聯試期間進行，其出發點是在動車組上線后，通過列車動荷載的碾壓使無砟道岔結構間隙磨合，調整幾何尺寸到位后再進行預打磨作業，以期在線路運營階段得到穩定的鋼軌狀態和廓形。但上述做法的缺點是，聯調聯試過程中因道岔未經預打磨，容易造成動力學指標的超限，尤其是橫向穩定性的超標［8］，動態精調工作量大且精調作業易反復。為此，優化的無砟道岔精調流程中將預打磨環節提前至靜態精調之后、聯調聯試之前。這也與《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》中第15條“鋪設上道的新鋼軌的預打磨應在軌道精調完成后進行”規定的時機和周期是一致的。

此外動態檢測結果中軌距變化率和橫向穩定性超限的原因可能在于，檢測車的圖形識別檢測原理將尖軌轉轍部位的軌距數值放大。對于此，可在直尖軌尖端處軌向加寬1.0～1.5 mm，并按最小變化率遞減順延至岔前。對于中間岔枕受尖軌影響無法測量的部分，可在確保尖軌順直且密貼以后，直基本軌通過控制框架尺寸來代替軌距，從而控制軌距變化率不良。

3.1道岔精調流程

優化后的無砟道岔精調作業流程主要包括:靜態調整階段基準股(定義直基本軌股為基準股)調整、非基準股(定義直尖軌股為非基準股)調整、道岔曲股調整和工電聯整，完成靜態調整后對道岔進行預打磨作業;動態調整階段，主要是針對動態檢測超標項目，通過幾何參數調整和結構病害整治實現動力學及平順性指標。道岔精調作業流程見圖2。

圖2　道岔精調作業流程

3.2道岔精調作業內容

1)作業準備

對道岔結構缺陷進行全面調查、綜合整治，目的是補充調整不合適的零配件，消除結構間隙，做好扣件的復擰工作，確保扭力矩達標。

2)基準股調整作業

根據作業方案標注每根枕對應位置的高程和平面調整數值，并記錄電子道尺逐枕采集的數據，利用其水平、軌距作為調整量的參照系。

先調高程，按照高程調整方案逐枕調整到位。再調整平面，平面調整時先把兩端調整量較小的點調整到位，再以此為控制點用弦線量取軌向，通過每根軌枕處軌向的移量來調整平面，調整完成后利用道尺逐枕回檢，并結合框架尺寸進行驗證，確保基準股方向到位，并記錄好水平、軌距為非基準股調整提供參照系。

3)非基準股調整作業

首先調整高程，利用道尺以基準股水平為參照系，調整時先調整轉轍及轍叉部分的高程，再調整其它部位的高程。平面調整時先依照軌距把兩端調整到位作為控制點，再以此為基準用弦線量取轉轍部分的軌向，逐枕進行調整。調整完成后利用軌距和框架尺寸進行驗證，確保調整到位。調整時可結合改道器進行調整量控制。

4)導曲線調整作業

高程調整時，調整量通過弦線測量出的高低值確定，然后依據調整量進行高程調整作業，并通過直向、側向的水平進行驗證。平面調整時以導曲線支距點上的支距偏差量來確定平面調整量，支距點位調整到位后，以弦線控制軌向進行調整。調整完成后，逐枕進行回檢整修，確保作業質量達標。

5)道岔工電聯整

工務精調到位后，工務、電務道岔結合部還需重點調整以下內容:桿件別勁、磨卡及外鎖閉框調整孔無調整間隙;道岔轉換阻力、轉轍機的牽引力過大;滑床板存在影響道岔轉換的劃痕。

對于尖軌心軌密貼的調整，主要手段是通過增減頂鐵調整片或打磨，調整尖軌、心軌頂鐵間隙，并同時與調整軌距、支距相結合，確保尖軌與基本軌密貼，可動心軌在軌頭切削范圍內應分別與兩翼軌密貼。幾何尺寸調整到位后，及時復緊扣件，調整頂鐵離縫，使各部位幾何尺寸能夠有效保持。

6)道岔預打磨

在精調完成后、聯調聯試前進行預打磨作業，道岔打磨車打磨道岔及道岔前后鋼軌，道岔打磨速度為6 ～8 km/h，一般打磨10～12遍，打磨量控制在0.2 mm左右。

7)動態調整

聯調聯試期間，對于岔區存在人體感覺不良、軌距變化率超標、光帶不良等問題，重點進行道岔光帶檢查與打磨修整，進行軌距優化與尖軌降低值調整，保證道岔線形，改善輪軌關系。軌距變化率調整完畢后，檢查現場光帶不順或突變地段，利用精磨機進行現場打磨，確保打磨走直線，逐條順接打磨，以消除人體感覺不舒適。

4　精調優化實施效果

杭甬高速鐵路開通于2013年7月，道岔精調采用的是傳統模式;杭長高速鐵路開通于2014年12月，道岔精調采用的是優化模式。為分析道岔精調優化的實施效果，分別在杭甬、杭長高速鐵路上選取相同型號(客專線(07)009)的主型無砟道岔的動態檢測數據，從峰值和均值2個角度進行分析。為保證動態檢測數據的可比性，動檢車的檢測速度均為350 km/h。

4.1高低、軌距峰值分析

為便于對比分析，以道岔尖軌尖里程為基準，向前取15 m，向后取85 m，共100 m長度作為道岔區。以0.2 mm為間距，對杭甬、杭長高速鐵路的高低、軌距幅值做頻數分析，分析2種精調作業方式下高低、軌距的幅值差異，如圖3～圖5所示。

圖3　左高低直方圖對比

圖4　右高低直方圖對比

圖5　軌距直方圖對比

由圖3～圖5可知，通過對道岔測量模式以及精調流程的優化，杭長高速鐵路的道岔精調質量明顯優于杭甬高速鐵路。從高低、軌距的幅值直方圖中表現出2個特征:幅值更小;分布更集中。幅值更小說明通過對流程控制機制和質量校核機制的完善，精調作業精度更高;分布更集中說明通過對精調作業流程的標準化建設，精調質量的均勻性、穩定性更好。

為進一步量化精調優化后對道岔處線路質量的改善，計算道岔區域內高低、軌距的平均值和標準差。考慮到高低和軌距都帶有正負性，因此平均值和標準差的計算均在原始幅值的絕對值基礎上計算得到，結果見表1。

表1　杭長、杭甬高速鐵路高低、軌距平均值、標準差對比

由表1可知，通過對精調測量模式、精調流程的優化，道岔處高低的改善率達到了40%以上，軌距的改善率達到了50%以上，此外對標準差的改善率也都達到了50%以上，優化后的道岔精調作業對線路質量的改善效果明顯。

4.2軌道質量指數(TQI)分析

軌道質量指數是以200 m為單元區段長度，評價軌道線路區段幾何狀態的一種均值管理方法，它是左右高低、左右軌向、水平、軌距以及三角坑7項軌道幾何尺寸不平順的標準差之和。軌道質量指數能夠較全面地分析評價線路狀態，反映線路質量的整體均衡性和平順性。

為此，基于動態檢測數據，以包含道岔的200 m單元區段的TQI數值作為道岔精調作業后的線路質量指標，計算杭甬、杭長高速鐵路全線動態檢測結果中包含客專線(07)009道岔區段的TQI平均值，以此從均值角度評價道岔精調優化的實施效果。

經統計，杭甬高速鐵路道岔TQI均值為3.55 mm，杭長高速鐵路道岔TQI均值為2.83 mm。由此可見，通過對道岔測量模式和精調流程的優化，高速鐵路無砟道岔處的軌道質量指數改善了20.3%，精調優化效果顯著。

5　結論

無砟道岔精調是無砟軌道精調的重要內容，由于無砟道岔結構的復雜性、調整的特殊性，導致其在精調方面與線路有很多不同之處。本文結合傳統無砟道岔精調的實踐經驗，從測量模式、精調流程、鋼軌預打磨等方面進行優化，得到結論如下:

1)傳統無砟道岔的精調測量和精調作業缺乏相應的流程控制和校核機制，導致線路動態檢測結果中軌距變化率和橫向穩定性超限嚴重，動態檢測期間對不良處所的修正和調整工作量較大，整體精調質量很難得到較大提升。

2)周到細致的測量準備工作和進一步完善測量方法是提高精調測量精度的關鍵，測量模式的優化是將道岔的平面測量和高程測量分開，平面測量采用0.5″級全站儀兩測回坐標法，高程測量采用一等水準法，并引入相應的精度控制標準，以提高測量作業精度。

3)為解決傳統道岔精調后聯調聯試期間動態檢測結果中動力學指標超限嚴重的問題，在優化的無砟道岔精調流程中將預打磨環節提前至靜態精調之后、聯調聯試之前，并進一步完善精調流程控制機制和質量校核機制，實現道岔精調作業的標準化和高質量化。

4)以杭甬、杭長高速鐵路為例，從峰值和均值2個角度分析2種道岔精調作業方式的作業效果。結果表明:通過對精調測量模式、精調流程的優化，道岔處高低不平順的幅值改善了40%以上，軌距不平順的幅值改善了50%以上，全線道岔區段TQI均值改善了20.3%，優化后的道岔精調作業對線路質量的改善效果明顯。

參考文獻

［1］練松良，李向國.軌道工程［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］王平，陳嶸，陳小平.高速鐵路道岔設計關鍵技術［J］.西南交通大學學報，2010，45(1):28-33.

［3］趙智，秦瑞謙，萬軼.時速350 km無砟道岔施工技術［J］.鐵道建筑，2010(1):17-20.

［4］王曉凱.高速鐵路道岔板精調及驗收測量方法［J］.高速鐵路技術，2012(6):75-78.

［5］顧秋來.高速鐵路道岔精調技術與標準化管理［J］.鐵道建筑，2011(5):106-108.

［6］朱耀斌.高速鐵路無砟軌道精調方法探討［C］//高速鐵路、線路工程設計理論、施工及養護技術國際學術會議論文集.成都:西南交通大學出版社，2009:14-17.

［7］王慶方，許玉德，周宇.高鐵鋼軌預打磨效果及軌面不平順分析［J］.華東交通大學學報，2012，29(2):1-5.

［8］中華人民共和國鐵道部.TG/GW 115—2012高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

(責任審編崔文肖)

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

作者簡介:譚社會(1973—)，男，高級工程師。

收稿日期:2015-08-21;修回日期:2015-09-21

文章編號:1003-1995(2016)03-0131-05

中圖分類號:U213.2+44;U213.6

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.32