CRTSⅢ型無砟軌道逐軌枕復測及大數據運用研究

陳 偉

(中鐵十九局集團第五工程有限公司 遼寧大連 116000)

1 引言

隨著我國高速鐵路的快速發展，對列車運行速度和穩定性提出了更高的要求，近些年新開通的高鐵對軌道的平順性要求越來越高。但是受人工、施工工藝能等多方面影響，鋪軌后的軌道線形與理論軌道線形有很大差別，需要進行長軌精調，使用大量的非標準扣件替換標準扣件，從而導致長軌精調非標準扣件材料費大幅增加。本文通過對新建鄭州至周口至阜陽高速鐵路河南段ZFZQ-3標91 km的無砟軌道施工為研究對象，采用逐軌枕復測技術，收集大量的復測數據進行研究分析，隨時掌握施工質量，及時采取措施消除質量隱患，為無砟軌道的精調提供依據[1－3]。

2 工程概況

鄭阜高鐵ZFZQ-3標位于河南省周口市境內，標段內CRTSⅢ型板式無砟軌道單線全長91.274 km，其中橋梁段無砟軌道85.524 km、路基段無砟軌道5.75 km。最小曲線半徑8 000 m，最大超高140 mm。設計軌道板共計16 824塊，其中橋梁地段鋪板15 778 塊，路基段鋪板1 046 塊[4－7]。

3 逐軌枕復測實施方法

3.1 逐軌枕復測原理

標架法逐軌枕復測的無砟軌道檢測方法，實際上是板式精調的拓展運用，其原理與軌道板精調相似，可分為幾個步驟:

(1)標架棱鏡中心通過精密機械加工，模擬鋼軌中心。

(2)測量標架上棱鏡坐標，根據線路參數，計算棱鏡中心的準確里程，并根據里程計算鋼軌中心理論坐標。

(3)根據坐標差解算鋼軌中心偏差值。

3.2 復測工裝精度要求

使用小鉗口定位的CRTSⅢ型板式精調工裝進行逐軌枕復測，棱鏡中心至承軌臺面的高度為210 mm，使棱鏡中心與鋼軌中心重合。復測工裝的制造精度要求如表1所示[8－11]。

表1 復測工裝制造精度要求 mm

3.3 標架法逐軌枕復測測量方式

標架法逐軌枕復測采用高精度全站儀＋工裝進行，逐枕測量左右軌座支點的坐標時，標架可按四種走行方式進行，分別如圖1～圖3所示。

圖1 標架在單一軌道板內的U型測法

圖2 標架在測站內的Z型測法

圖3 兩個標架在測站內的平行測法

3.4 標架法逐軌枕復測的點號命名規則

軌道板及軌座支點的命名規則為:CPⅢ點號＋軌道板順序號＋軌座編號。左線軌道板用線路左側CPⅢ點號，右線軌道板用線路右側CPⅢ點號，軌道板順序號為2位(由小里程向大里程遞增，01～99)。

3.5 軌道板復測技術要求

(1)設站時，測站應架設在線路中線附近，且儀器高度不宜超過1 m，設站精度需滿足表2要求。

表2 自由設站點精度要求

自由設站完成后，CPⅢ控制點的坐標不符值限差應滿足表3要求。當CPⅢ點坐標(X，Y，H)不符值大于表3規定時，該CPⅢ點不應參與平差計算。每站參與平差的CPⅢ點數不少于6個。

表3 CPⅢ點坐標不符值限差要求 mm

(2)每一測站復測長度應不超過50 m，全站儀架設高度不宜超過1 m。復測過程中需要換站時，應保持上一測站最后標架的位置不變，換站后測量同一標架的三維坐標差值應≤2 mm，且應重復測量上一站的一塊軌道板。

3.6 工序化管理

為確保無砟軌道施工質量，避免出現長軌鋪設后出現揭板情況，在施工工序中增加“逐軌枕復測”工序，以便隨時掌握施工質量及可能引發質量問題的風險，制定如圖4所示的施工流程。

圖4 軌枕復測工序流程

“逐軌枕復測”經鄭阜高鐵試驗，其基本效率為60 m/h，對于每個作業面日進度達60～120 m。每日完成精調后，在不需要增加人力的情況下，只需調整設備，在1～2 h即可完成前一作業日的復測，并未明顯增加測量工作量。

4 逐軌枕復測的作用

逐軌枕復測數據經專業分析后，可對施工后軌道板的變形情況及軌道板在自密實混凝土作用下的上浮、側滑、板間搭接偏差進行全面分析，以掌握各施工環節對無砟軌道平順性的影響，及時反饋給施工現場，調整工藝、工法，確保不出現連續性施工問題。另外，可根據復測數據對軌枕間距進行檢查，對大梁縫區段進行控制，確保軌道板二次布板滿足設計要求。

此外，經逐軌枕復測，可對施工異常的軌道板進行識別，根據前后段落的平順性分析，確定軌道板幾何位置病害與是否需要揭板處理，大大降低了長軌鋪設后的揭板風險。

逐軌枕復測數據應用效果如圖5～圖8所示。

圖5 軌道板變形波形

圖6 軌道板側滑波形

圖7 軌道板上浮波形

圖8 搭接偏差波形

5 長軌預精調的作用

當采集了足夠多的、準確的逐軌枕復測數據之后，是否可以對這些數據進行大數據應用，除分析總結施工過程中的問題外，是否可以通過這些數據的應用，來獲取未來的扣件需求量，在長軌鋪設前對長軌進行預精調。為此，對管段內逐軌枕采集的大量數據進行系統研究和分析，認為長軌預精調可以起到如下作用:

(1)避免誤判，造成不必要的返工

由于前期施工遺留問題，如軌道板單角上浮造成的單根軌枕偏高，在長軌鋪設后會形成小區段的軌道缺陷，部分缺陷會因調整量問題導致返工。單根軌枕偏高導致其相鄰軌枕出現明顯的空吊情況，使用其測量數據進行軌道精調，不僅預算的扣件級別和數量不準確，更有可能因該軌枕調低范圍超過扣件級別，導致返工處理。長軌鋪設后的混凝土施工，由于道床強度與行車需求的沖突將導致不可預估的后果。

(2)利于長軌鋪設順利進行

由于軌道板側滑引起的橫向偏差，會形成一些突變的特征點，將導致在輔軌時長軌無法正常“落槽”，形成長軌應力集中點。這些應力集中點附近，正常的扣件(絕緣軌距塊)無法安裝，也導致了軌道數據采集不真實，如強行安裝扣件，則可能導致扣件損傷或鋼軌出現硬彎。

上述情況下，因扣件密貼度不一致，扣件模擬調整極為不準確，增加扣件成本及精調遍數。

(3)減少空吊，提升扣件受力均勻度

受軌道板變形影響，無砟道床可能出現高低起伏。長軌鋪設后，不僅扣件受力不均勻，易形成空吊，更易形成短波的連續多波不平順，造成行車舒適度降低，嚴重的可能成為晃車點。

上述情況下，特征點的影響將導致扣件模擬調整不準確，增加扣件成本及精調遍數。更為嚴重的是，這些特征點引起的輕微空吊不易在施工和檢查中發現，使動檢出現一、二級分的概率大幅大增加。

6 大數據運用效果

基于逐軌枕復測進行的長軌預精調試驗，通過長軌預精調模擬計算所需的扣件數量，與長軌第一遍精調使用的扣件量進行對比，可以驗證大數據運用的效果。將長軌預精調扣件所需扣件數量與長軌第一遍精調使用的扣件數量進行對比，結果見表4。

表4 預精調與長軌精調扣件數量對比

根據表4統計，若預精調數量小于長軌精調數量，則預精調數量為后期仍需采購數量，預精調數量即為節約數量；若預精調數量大于長軌精調數量，則為多采購數量，可視為浪費數量。根據此計算原則，如果采用復測數據的大數據運用進行長軌預精調，可以節約扣件采購費用508萬元，后期僅需采購88萬元扣件；浪費的扣件為52萬元，綜合節約456萬元，按管段91 km單線線路計算，平均每公里節約5.01萬元。

但從上述數據統計來看，長軌預精調預測的扣件數量，與長軌第一遍精調的扣件數量吻合度仍有一些差值，且主要表現為大調整量的數量不足，小精調量的數量較多，經分析其主要原因為:預精調是基于CPⅢ建網的復測成果，而長軌第一遍精調則是基于CPⅢ復測的測量成果，為此將CPⅢ復測成果轉換到線路方向后，CPⅢ復測成果變形較為明顯，其中主要表現為:

(1)橫向規律性變化，初步分析為CPⅡ加密點未全部安置于雙固定端，加之橋梁在橫向上受溫度影響，在橫向出現左右側變化不一致狀況。

(2)高程在特殊結構(如連續梁)受溫度影響，出現較大變化。

根據類似方法應用情況來看，效果更好，根據分析，主要是長軌精調時考慮了CPⅢ復測成果的變化，未使用傳統的長軌精調方法進行數據處理[13－14]。

7 方法總結

(1)無砟軌道施工精度控制是一個系統控制過程，對于CRTSⅢ型板式無砟軌道而言，包括:測量儀器、精調工裝、軌道板變形、工裝扣壓系統穩定性等，不能簡單地把無砟軌道施工精度控制簡化為測量控制，它需要多工種、多工序的全面配合，方可達到預期效果。

(2)加強無砟軌道施工精度的全面檢查，是發現各工序、各工種配合問題的關鍵，全面推進逐軌枕復測，有助于施工質量的全面控制和全面檢查，并及時發現施工控制過程出現的問題。

(3)逐軌枕復測精度決定了無砟軌道線形的優劣，應注意復測精度的控制，并注意選擇合適的標架進行復測，否則將影響預精調效果。

長軌精調時應充分考慮CPⅢ復測成果變化對線形的影響。

8 結束語

在鄭阜高速鐵路ZFZQ-3標CRTSⅢ型板式無砟軌道施工中，采用逐軌枕復測技術，運用大數據進行分析反饋，有效控制了長軌鋪設后的返工，且施工期間的工藝改進保證了施工期間的原線形，不僅降低了非標扣件材料的使用量，更有效地保證了長軌精調的效果。據聯調聯試結果，該標段長軌精調效果良好，取得了扣件費用花費最少、動態TQI最小(每公里平均1.5)的優異成績，可為類似工程提供參考。