軌道動態檢測在地鐵土建結構監測中的拓展應用

彭 良 亮

(南京地鐵運營有限責任公司工務分公司，江蘇 南京 210000)

1 影響軌道動態檢測數據因素

結合某地鐵的設備養護實際情況，為便于分析說明將城市軌道線路的橫斷面圖作為說明對象，將整個橫斷面分為軌道結構和土建結構兩大部分。線路為整體道床結構形式時，軌道結構主要包含鋼軌、扣件、軌枕在內的統一研究整體(下文稱為對象一)，斷面內除軌道結構外的土建結構綜合為另一個研究整體(下文稱為對象二)，詳見圖1；線路為碎石道床結構形式時，軌道結構主要為包含鋼軌、扣件、軌枕、碎石道床在內的統一研究整體(下文稱為對象三)，斷面內除軌道結構外的土建結構綜合為另一個研究整體(下文稱為對象四)，詳見圖2。

為形象說明土建結構在軌道動態檢測作業中對檢測結果的影響，選取土建結構中對軌道動態檢測幾何參數影響較為突出的高低、水平(超高)、軌距三項指標進行分析說明。

1.1 軌道結構對軌道動態檢測數據影響分析

根據GJ-6檢測系統的原理[1]可以知道對象一、三在軌道高低和水平(超高)項目檢測中能夠影響檢測結果的因素主要有：

1)鋼軌病害缺陷，例如高強度的鋼軌波磨、無縫線路焊接接頭處的高低接頭病害等；

2)扣件病害缺陷，例如軌下墊板/板下墊板缺失造成的空吊病害等；

3)線路中軌枕空吊病害；

4)線路整體碎石過渡段軟硬結合部位的豎向結構剛度差異。

GJ-6軌道檢測系統參數見表1。

表1 GJ-6軌道檢測系統參數

對象一、三在軌道軌距項目檢測中能夠影響檢測結果的因素主要有：

1)鋼軌磨耗。鋼軌垂直磨耗與作用邊的側向磨耗都能影響軌距檢測結果；

To understand detailed characteristics of jet noise from singlestream exhausts,for a given nozzle,the spectral characteristics of the parametric variations can be examined in two ways:(A)fi x NTR and vary NPR and(B)fix NPR and vary NTR based on the nozzle operating conditions defined in Table 2.

2)扣件橫向不穩定性?？奂袖撥壾壍着c扣件擋肩或軌距塊離縫，扣件錨固螺栓與軌枕的聯結失效都會導致扣件橫向穩定性不良；

3)道碴不密實或軌枕病害導致的線路橫向穩定性不良。

盡管軌道結構存在的病害缺陷可以通過軌道動態檢測數據結果表現出來，但是軌道結構中的各種病害缺陷都有一定的影響范圍，在影響范圍以外顯示出來的檢測數據結果緣由是值得思考的問題。

1.2 土建結構對軌道動態檢測數據影響分析

土建結構是地鐵各類設備安裝的基礎，土建結構形式、結構狀態直接或間接影響著其他專業設備的狀態。城市軌道交通運營線路中的軌道專業設備因與土建結構的緊密聯系其設備狀態(主要為軌道線路幾何狀態)受到結構形式、結構狀態的直接影響。在對線路進行軌道動態檢測中常發現軌道結構良好的線路區段仍然出現異常檢測數據，很多土建結構病害在高精度的GJ-6軌檢系統檢測過程中都能有數據體現，同時在專業人員的配合下也能在現場設備檢查結果中予以核實確認。

研究成果已經表明，高速鐵路中橋梁結構變形映射至軌面幾何形態中呈現出定量化的變化關系。運行線路中鋼軌變形最值與橋梁結構變形幅值呈線性關系，橋梁結構變形幅值越大鋼軌變形最值相應增大[2-4]。梁體結構變形表現形式多種，梁體的縱橫向位移變形、扭轉變形、支座變形、墩臺變形、梁體的上拱或下撓變形等。這些結構變形因素中的一種或幾種變形在滿足適當條件下都能映射至軌面幾何形態中表現出來。地鐵運營線路雖與高速運營鐵路存在差異，但結構形式與軌面之間的關系仍具有借鑒意義。

土建結構沉降會影響軌面不平順[5]。當土建結構發生不均勻沉降時無砟軌道結構在自重荷載和列車動荷載的共同作用下發生跟隨性沉降變形。各層沉降幅值依次增大，沉降值越大軌面不平順越明顯，在特定沉降波長條件下，沉降值超過25 mm時軌道結構與土建結構發生脫空，軌面不平順明顯顯現出來。在線路動態軌道檢測結果中軌面不平順的值與土建結構沉降值成正比關系，并且在某特定范圍內有放大或收縮一定影響值。結構沉降能導致軌道線路幾何狀態不平順，最終通過軌檢系統在檢測結果中顯現。

對象三、四作為與軌道專業設備的直接聯系的土建設備，是軌道專業設備安裝的基礎，當對象三、四出現病害缺陷時引發軌道整體結構穩定性差異導致線路檢測結果數據異常。這種異常時常以超出軌道結構影響范圍以外的檢測數據值表現出來。準確及時的發現和識別這些超出軌道結構影響范圍以外的異常檢測數據結果，為土建結構的故障識別、病害養護和結構安全隱患消除提供輔助方法和方向。

2 軌道動態檢測數據中土建結構引起的異常識別與應用

2.1 橋梁豎向撓曲變形

2.2 整體道床脫空

2014年6月某地鐵線路在軌道動態檢測時發現線路左右高低異常，三角坑、水平異常。異常處左高低峰值6.15 mm，谷值5.17 mm，4.25 m范圍內高低差值為11.43 mm。水平值-6.88 mm，三角坑病害4 m范圍內13.70 mm。專業人員現場無荷載靜態檢查軌道結構設備良好，后續對土建結構進行檢查時發現此軌道數據異常處為地鐵隧道區間上下行聯絡通道處，因土建結構沉降，導致整體道床與土建結構剝離，形成脫空部位，在道床自重和列車動荷載作用下在線路動態軌檢中表現出軌道幾何不平順，以高低項反應最為突出。整體道床脫空病害在發展初期往往具有一定的隱蔽性，在現場結構巡檢中一般難以發現，通過動態軌檢及時發現整體道床的脫空病害并及時進行維修治理，消除地鐵運營安全隱患，見圖5。

2.3 局部結構沉降

2016年4月某地鐵線路在軌道動態檢測時發現線路下行8K+700左右高低突發異常，高低峰值13.28 mm,谷值13.71 mm，9.15 m范圍內高低變化值26.50 mm，軌道專業人員現場檢查此處軌距、軌向、水平參數均在正常范圍內。后續土建專業人員在詳細檢查后確認該區域存在結構沉降病害。此案例進一步表明軌道動態檢測在輔助監控土建結構狀態，發現土建結構病害中具備一定作用，見圖6。

2.4 軌道動態檢測在土建結構管控中的應用

土建結構是城市軌道交通運營的基礎，橋隧結構安全是地鐵安全運營的首要因素，做好對土建結構監管是保障地鐵安全運營的必要工作。地鐵橋隧結構具有形式多、數量大、分布廣的特點，部分結構病害隱蔽性強、發展快、后果影響嚴重。能有效借助高精度的動態軌道檢查設備加強對土建結構的監測，既能提高監測效率還能及時發現和處理部分土建結構病害，利用持續的軌檢數據跟蹤分析能有效掌握和分析土建結構病害的發生、發展過程并做好過程管控。

將軌道動態檢測技術運用在土建結構監測中一方面能加強專業人員之間的聯系溝通，通過軌檢數據分析研究和現場比對檢查不斷提升專業人員的技能水平；另一方面，充分利用軌道動態檢測設備輔助對土建結構的變形情況進行測量；最后通過對軌檢數據的識別和分析，能對土建結構中的隱蔽性較強的病害進行發現和監控。

結合本文的多個現實案例，可以考慮利用軌道動態檢測設備對橋梁結構變化、整體道床脫空、局部結構沉降等進行輔助監控，提高設備利用率，加強土建結構變形管控。

3 結語

1)軌道動態檢測中數據結果并非完全由軌道結構影響。

2)軌道動態檢測中對地鐵運營線路中的整體道床脫空、結構沉降等土建結構病害及高架線路中橋梁豎向撓度特征都能在軌檢數據中直觀表現。

3)運營線路中土建結構管控過程中存在巡檢周期長、病害隱蔽難發現等困難，借助其他輔助監測手段能加強土建結構設備的狀態管控。

4)軌道結構與土建結構之間的緊密聯系，通過軌道動態檢測數據分析可以判斷軌道幾何狀態與土建結構狀態，將地鐵軌道動態檢測運用拓展至土建結構的變形監測，為土建結構的養護維修、病害治理和安全管控提供數據支撐，為城市軌道安全運營提供堅實保障。