高速鐵路有砟道床結構特性分析與線型控制

莫植均

摘 要：大機精確數據搗固是高速鐵路改善線路整體質量、提升軌道平順度及保持線路縱斷面線型的主要措施，但其存在突出問題有軌面長波高低整治效果不佳、作業后超限處所居高不下、質量保證周期短。本文基于對高速鐵路線路的搗固質量進行研究，追蹤分析，提出線路大機搗固的優化措施及改善方法，有利于提高高速鐵路線路質量，為制定合理的控制措施及作業質量控制提供參考。

關鍵詞：大機搗固;補償系數;線型優化;作業模式

隨著高速鐵路的持續發展，高速運行的動車組對軌道質量提出更高的要求。由于軌道結構的差異有砟軌道相比無砟軌道可塑性更強，線型高平順性控制到位要求控制措施精細化。有砟軌道線型控制主要通過大型養路機械作業實現。常用的線路搗固作業模式是通過客專軌道控制網精測數據無修正擬合的方式確定作業方案，并采取“搗一穩”的作業模式進行搗固。搗固后運用軌道控制網復測的線路高程較擬合線型高程有一定偏差（見圖1）、現場作業驗收中幾何尺寸超作業驗收值、作業地段的平均TQI未達預期目標。

1 存在問題的原因分析

針對大機搗固線型控制不到位而引發的問題，通過長期的作業質量追蹤比較，主要存在以下兩個方面的因素影響。

1.1 道床及軌排缺陷

1.1.1 受彈條變形影響，導致枕下實際抬道量不足

V型彈條扣件系統在滿足扣壓力為130 N.m～170 N.m且彈條中部前段下顎與鋼軌之間的間隙不大于1 mm時，扣件系統最小的抗拔力為60 kN。經現場調查發現30%～45%的扣件在長期動荷載作用下，彈條中部前段下顎與鋼軌之間的間隙大于1 mm或扣件扣壓力小于130 kN.m，導致扣件的抗拔力不足。當大機對鋼軌進行抬道作業時，彈條受到一對反向力的作用造成扣件塑性變形，從而引起鋼軌底部與膠墊之間出現離縫，導致軌枕下實際抬道量不足。

1.1.2 特級石砟的級配特性，影響搗固密實度

以南昆客專有砟道床為例，鋪設粒徑標準為22.4 mm～60 mm的“窄級配”石砟，該石砟具有摩擦力強、穩定性高的特點，有利于提高道床的穩定性。由于石砟級配范圍窄、粒徑顆粒大，在快速機械搗固過程中，石砟顆粒之間的間隙不易填充飽滿，造成搗固作業后枕下道床的密實度不足。

1.2 作業模式缺陷

1.2.1 穩定作業后，導致軌道平順度降低

DWL步進式搗固穩定車搗穩模式采用前端搗固后端穩定的形式來達到抬道搗固，穩定軌道的效果。通過對09步進式搗固車將搗固、穩定作業后的質量效果分析可知，雖前車搗固作業后高低、方向、水平及三角坑等軌道幾何尺寸均已達標，但在后車震動穩定時，因為高抬道搗固枕下石砟密實不足且間隙不一致，在穩定作用下軌枕出現不均勻的下沉，從而導致軌道平順度降低，甚至出現超限。針對該問題，我們對127公里的搗固地段作業質量持續性追蹤，超作業驗收值處所達到了24處。經分析搗固的順坡起終點（抬道量快速遞變，枕下空隙不均）容易出現三角坑、高低超作業驗收值;曲線直緩點易出現方向超限。

1.2.2 超限處所的重復返工，引起線路上拱

為了提升搗固優良率，作業中通常會對超限地段進行大機返工處理。通過對返工地段進行軌道控制網的精測數據回檢如圖2可知，重復返工地段因多次對軌道進行抬升搗固、撥道，造成返工地段的線型較設計擬合線型凸起，形成長波高低不平順。

2 線路大機搗固的優化措施及改善方法

為了解決搗固后高程線型較擬合線型差距大、作業質量受限等問題，本文結合現場調查發現的影響因素，提出以下幾點質量控制措施，有助于改善有砟軌道大機搗固作業質量。

2.1 抓好前期準備，保障軌道框架

補充道床石砟。大機搗固作業前對道床進行均勻補充，確保枕木盒內及軌枕頭的石砟均勻、飽滿;對于抬道量較大的地方，必須保證軌下石砟和枕頭石砟達到最大堆碼臨界值，以提高枕間石砟壓強，提升枕下石砟的密實度，控制穩定后軌道下沉量。

優化軌排框架狀態，并全面復緊軌道扣件。搗固作業前，組織班組對搗固地段軌距TQI大于0.4的地段進行軌道精調，消除搗固地段因兩股鋼軌的方向變化不同步引起的軌距變化率或軌距波形不平順。同時，利用內燃扳手對搗固地段線路的扣件進行全面復緊，鞏固扣件扭力矩，保障彈條中鄂與軌底之間的縫隙不大于0.5 mm，以抵抗軌枕自重和軌枕與道砟摩擦力引起鋼軌、軌枕之間的離縫。

2.2 優化作業數據，補償抬道衰減

優化線型遞順率，保證搗固基本起道量。利用軌道精測數據進行設計擬合線型和搗固起終點選址時，選擇軌道線型相對較平緩的處所，同時采用不大于0.5‰的遞變率（變坡率）進行中線和高程線邊坡擬合設計。確保搗固起終點擬合線型與既有軌道線型能平緩過渡，設計線型整體相對平順，避免作業后的出現動態晃車。

引用起道量補償系數緩解搗固衰減量。通過對大機搗固后的實際高程線型與設計擬合對比分析（見表1），搗固起道量越大，搗固后的高程衰減則越嚴重，當起道量達到25 mm～30 mm時，衰減率達到30%～50%。為克缺或改善因起道增加引起大機液壓系統對單面積軌抬升減弱的問題，采用鐵科院劉志輝提出的大機衰減階梯性系數修正的措施對大機精搗數據進行補償，減緩大機搗固后的衰減量。

2.3 改變搗固模式，提升作業質量

針對大機穩定之后，軌道高低、水平、三角坑的平順度降低的問題，本文提出以搗穩搗作業模式替換搗穩模式。首先，由第一臺搗固車使用精確的數據搗，改善縱斷面的長波高低不平順;穩定車緊順其后，對數據精確搗固后，形成的枕下石砟間隙進行振動擠密;其次，由第二臺搗固車對穩定后線路不均勻變形進行補強搗固（搗固起道量控制在10 mm左右，確保石砟能搗入枕底）。最后，在進行高抬道搗固后穩定后，軌枕之間會出現缺砟的現象，及時組織6～10人進行補充，為二次補強搗固提供條件，防止搗固時石砟不足，造成枕下石砟間隙擴大。通過調整單枕單次搗固的夾實時間，由0.4 s增加為0.6 s，使枕下石砟通過多振幅的作用，保障枕下石砟密實度提升。

2.4 加強后期補強，延緩質量反彈

關于卸砟補砟的方面，為改善原軌道線路中的長波高低不平順，使軌道縱斷面的線型更加趨于平順，大機搗固地段的平均抬道量達到了20 mm～30 mm，搗固作業后部分線路軌道還存在明顯缺砟，造成枕木盒之間的壓力不足。工務段應及時對搗固地段采取卸砟補砟措施，以增強枕木盒之間的壓力，防止枕下吐砟、軌枕下沉。

關于軌道精調的方面，因大機搗固作業時，對軌排施加了橫向的擠壓力以撥正線路方向。在扣件離縫不均勻的地段，會直接形成軌距遞順不良。通過分析搗固后的動檢車波形圖，分析左右股鋼軌方向不平順，采用人工改道的方法對軌道進行優化。防范單股方向不良在車體橫向作用力下，造成軌道加速變形。

關于接頭精磨的方面，焊接接頭的不平順和光帶不良在大機搗固時是無法整治的，焊接接頭的不平順會在列車重力荷載和垂向沖擊下，加快軌道變形，造成搗固質量加速反彈。搗固作業后，工務部門應及時對焊接接頭不平順、光帶不良進行精磨處置，使接頭平順度處所保持在+0.2 mm～0 mm之間，嚴禁出現負值。

3 搗固質量改善效果

3.1 軌道線型較為貼合設計

系數修正后的起道量搗固后，軌面高程線型更加的貼合設計軌面高程。通過修正前后的精測數據對比，在搗固量在20 mm以下的搗固地段，搗固后的高程線型基本與設計高程線型一致;搗固量在20 mm至35 mm的搗固地段，搗固后的高程線型較設計高程線型損失率在10%～15%之間。使得搗固作業后，線路長波高低得到了有效的消除或改善，見圖3。

3.2 超限率明顯降低，TQI改善率提高

通過采用搗穩搗作業模式替換搗穩作業模式后，搗固地段的超限處所明顯降低，見圖4。后期搗固的168公里線路中，超限僅1處（接頭略微偏高）。同時，根據動檢車TQI數據對比，采用搗穩模式的TQI平均下降幅度為0.56（由3.81將至3.25）;而采用搗穩搗模式后的軌道TQI下降幅度達到了0.86（由3.63降低至2.78），TQI降低率提升53%。

4 結束語

本文以軌道精測數據為基礎，通過改善搗固前的軌道框架狀態、道床飽滿度及系數修正不同起道量的作業數據和作業后的軌道精調、精磨，有助于進一步改善搗固后的高程線型和軌道整體質量，加強運營期客專的線路質量管理。

參考文獻：

[1]谷永磊，趙國堂，金學松，等.高速鐵路鋼軌波磨對車輛—軌道動態響應的影響[J].中國鐵道科學，2015（4）：27-31.