高速鐵路有砟軌道基礎變形區段線形控制技術

劉桂勇 中國鐵路上海局集團有限公司阜陽工務段

1 概況

京港高速鐵路設計速度350 km/h，主要鋪設CRTSⅢ型板式無砟軌道結構，其中阜陽西站采用有砟軌道結構，因存在差異沉降，是全線的薄弱區段。

線路維修工作的基本任務是保持設備狀態完好，保證列車以規定速度安全、平穩、舒適和不間斷地運行，并盡量延長設備使用壽命。對差異沉降地段開展線形監測，掌握基礎變形規律和變形趨勢，并結合其狀態進行針對性地養護維修，是確保行車安全的關鍵，也是實現高速鐵路高平順性、高穩定性、高可靠性的重要手段。

阜陽西站為京港鐵路與鄭阜鐵路的交匯站，設備數量多；站場兩端銜接無砟軌道，結構較為復雜。以此為基礎開展線形整修，對于指導類似線路養修生產、豐富養護維修經驗具有重要意義。

2 基礎變形區段變化規律探索

依據高速鐵路有砟軌道線路維修規則，線路檢查應堅持“動態檢查為主，動、靜態檢查相結合，結構檢查與幾何尺寸檢查并重”的原則。但對于基礎變形重點地段，由于存在不均勻沉降及偏移，如果仍然以動態檢查為主，則難免運營過程中出現線路平順性偏差。因此，應采取靜態檢測為主，靜、動態檢查相結合的原則。靜態檢測有絕對測量、相對測量兩種方式，對于基礎變形重點的檢測，應采取兩者相結合的方式。

2.1 采用絕對測量確定變形趨勢

絕對測量可以獲得軌道上各測量點在同一軌道基準網里的位置坐標。通過與設計值的比較，可得到線路的平面、高程偏差。依據阜陽西站精測網測量數據，可知阜陽西站CPⅢ點高程單次及累計變化量，見圖1。CPⅢ點平面單次及累計變化量，見圖2。

圖1 阜陽西站京港場CPⅢ高程累計變化量圖

由圖1可知，阜陽西站平均月沉降量4.5 mm左右，但差異沉降明顯，其中社會通廊附近沉降量最大，平均月沉降量9 mm左右。

圖2 阜陽西站京港場CPⅢ平面累計變化量圖

由圖2可知，剔除兩端無效數據后，阜陽西站月偏移量約0.5 mm。因此對阜陽西站變形整治應以起道搗固為主，平面糾偏可結合高程調整實施。

2.2 運用相對測量確定超限指標

相對測量是在沒有外部參考基準情況下，依據被測點間的相對幾何關系，測量并計算出測點間實際值與設計值間相對變化量的一種測量方法。相比于絕對測量，相對測量具有檢測效率高、短波測量準等優點，對20 m 及以下短波不平順具有優勢。根據歷次數據對比，在軌道幾何尺寸偏差項目上，突出表現為高低與三角坑偏差，約占偏差總量的70%，其中三角坑約占偏差總量的20%。在發展規律上，對于作業驗收標準內線路，大致每半個月就會達到經常保養標準、每一個月達到臨時補修標準。200 km/h～250 km/h 線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值見表1。

表1 200 km/h～250 km/h線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值

3 基礎變形區段線形整治方法

3.1 利用弦測法處理短波不平順

為減少出現經常保養偏差、避免出現臨時補修偏差，應運用相對測量（高速鐵路一般采用0級軌檢儀）方法每周對阜陽西站線路檢測一遍，以便及時發現偏差類型與偏差地點。偏差類型與數值確定后，在現場標記作業起止位置，運用弦線、道尺進行作業過程質量控制。作業時應先進行一股鋼軌作業，再進行另一股鋼軌作業，這樣能有效避免誤差疊加。為全面檢查作業質量，作業后應利用0 級軌道檢查儀進行復核。

3.2 利用內插法處理長波不平順

依據圖1，阜陽西站社會通廊附近年沉降量約90 mm，路橋過渡段以內年平均沉降量約45 mm。一般來說，及時補充道床，恢復設計線形是保障線路平順性的主要手段，但考慮運營高速鐵路天窗資源、道砟存儲運輸等客觀實際，難以對沉降區段通過高頻次的補充道床恢復設計線形。因此，而應運用靜、動態檢查相結合的原則，根據綜合檢測列車長波檢測的優勢，采用擬合線形消除120 m波長及以下偏差，滿足有砟軌道線形控制條件，其本質是調整不可容許的偏差，保留可以容許的偏差。

鑒于阜陽西站沉降量大、偏移量小，可結合綜合檢測列車長波檢測數據，有針對性的進行超平，采用拉坡處理的方式消除長波高低偏差（見圖3）。

圖3 阜陽西站京港場高程測量及調整曲線圖

為便于現場作業，拉坡后通過內插法計算每3m（約6 根軌枕）一處的高程值。為提高作業精度，可以高程值替換傳統的起道量來控制線路平順性。通過上述措施，長波不平順得到整治，阜陽西站京港場K847+377 附近作業前后長波不平順對比數據見表2。

表2 阜陽西站京港場K847+377附近作業前后長波不平順對比數據

阜陽西站京港場K847+377 附近作業前后，120 m 長波高低對比見圖4。

圖4 (a) 綜合檢測列車檢測120 m長波高低波形圖（2020年2月17日）

圖4 (b) 動檢車檢測120 m長波高低波形圖（2020年3月4日）

3.3 利用密實性搗固整治結合部

不同于新建高速鐵路，綜合檢測列車即可檢測軌道幾何狀態、又能檢測車輛動力學響應，能夠較全面地反映輪軌關系。對于運營高速鐵路，綜合檢測列車只檢測軌道幾何狀態，這就造成無砟有砟軌道結合部常常存在人體感覺不良，但軌道幾何尺寸又不超限，其根本原因在于線下剛度不同。當結合部與沉降區段兩種不利因素疊加時，更應引起重視，以避免出現晃車等不良狀態。

為有效控制結合部線路不平順，應綜合人工添乘及晃車儀數據對比分析，采用密實性搗固的措施對有砟線路進行補強處理，考慮到250 km/h 線路有效波長，可重點搗固結合部向有砟方向70 m 范圍內線路，根據京港鐵路運輸強度（100對/天），按照每半個月一個周期的頻次，采用小型液壓搗固機搗固處理，以強化道床密度，盡可能實現結合部結構等強。

4 結束語

針對阜陽西站線路沉降及偏移數據，建立了較為完善的基礎變形整治方法，通過線形絕對測量每月一期，相對測量每周一期的綜合監測方法，可有效反饋重點區段基礎變形情況。通過弦測法處理短波不平順、內插法處理長波不平順的作業方案，可綜合處理線路長短波不平順；通過以電子水準儀作業后高程值替代傳統的起道量的作業手段，可更精準的控制線路縱斷面。

在2020 年上半年經驗總結的基礎上，2020 年7 月份以來，阜陽西站工務設備動態檢測實現了0扣分，在現有沉降的工況下較好地實現了線路平順性控制，保障了行車安全。