軌道動態幾何狀態檢測方法

董盛偉，梁 賽

（1.北京城建設計發展集團股份有限公司，云南昆明 650500；2.云南京建軌道交通投資建設有限公司，云南昆明 650041）

0 引言

根據交通運輸部頒布的［2019］1 號文件《城市軌道交通初期運營前安全評估管理暫行辦法》和［2019］17 號文件《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范》“第1 部分：地鐵和輕軌”要求，每條新建運營城市軌道交通線路，在工程建設完成后必須經過第三方安全評估通過才能進行初期運營。第三方評估內容涵蓋系統功能校核、系統聯動測試以及運營準備等內容。其中，系統聯動測試環節中軌道動態幾何狀態檢測是第三方評估重要組成部分。

1 國內外研究現狀

軌道動態幾何狀態檢測技術及裝備是檢查軌道病害、指導軌道維修、保障行車安全的動態檢測設備，也是實現科學養護的主要方式，各國軌道交通部門都十分重視相關技術及裝備的開發和應用，相關技術和裝備的研發已持續了將近百年之久。20 世紀70 年代以來，歐、美、日等發達國家相繼研發出多種先進的軌道幾何狀態檢測技術和測量原理，開發出應用現代高新技術的檢測裝備，增加了檢測功能，提高了檢測精度和檢測速度，滿足了軌道交通提速和高速的要求，為保證軌道交通安全運營發揮了重要作用。

在軌道交通高速發展的時期，各國也相繼研發出自己的軌道動態幾何狀態檢測設備。例如，美國研制了技術先進的T10 型軌檢車、德國研制了RAILAB 型軌檢車、意大利研制了“阿基米德”號綜合檢測列車，我國軌道動態幾何狀態檢測設備也已發展到第五代，研制出了GJ-5 型軌檢車。

2 我國的軌道動態幾何狀態檢測技術

2.1 檢測目的

測試并判定軌道動態幾何狀態檢測技術是否符合標準及設計要求。

2.2 檢測原理

軌道動態幾何狀態檢測系統的工作原理為無劇烈運動的非接觸式測量方法和慣性基準法，其整個架構可以大致劃分為數字激光和慣性測量、數據處理、數據采集等部分。

（1）數字激光和慣性測量部分：在軌道檢測梁內部安裝二維數字激光傳感器和慣性測量部分（加速度傳感器、陀螺儀傳感器、傾角傳感器），軌道的輪廓信息通過二維激光位移傳感器來測量，檢測梁的空間姿態和補償信息通過加速度傳感器、陀螺儀傳感器和傾角傳感器來進行測量。

（2）多通道信號調理系統：調理多傳感器的模擬信號和實現空間信號的采樣控制，利用網絡把采集的數據信息發送給車載處理主機。

（3）變壓供電系統：為系統提供所需電源。

（4）車載計算機處理系統：集成了軌道動態幾何參數采集軟件、網絡通信模塊、數據管理存儲模塊等，對所采集的數據進行算法處理，得到軌道幾何參數，實現結果數據存儲及外發等功能。處理主機存儲可容納軌道測距1000 km 的分析數據。

（5）軌道狀況智能分析管理軟件：該軟件安裝在地面工作臺計算機上，用于軌道檢測數據的管理分析及報表的生成、打印。

2.3 技術指標

依據《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范》“第1部分：地鐵和輕軌”文件要求，對軌道動態幾何狀態測試的主要技術指標有高低（1.5～42 m 波長范圍）、軌向（1.5～42 m 波長范圍）、軌距、軌距變化率、水平、三角坑、車體橫向加速度、車體垂向加速度、TQI（Track Quality Index，軌道不平順質量指數）（表1）。

表1 檢測設備幾何參數技術指標

2.4 檢測與安裝方法

檢測設備有軌道動態幾何狀態檢測系統，包括軌檢梁、車體加速度傳感器、數據存儲終端等。檢測方法：將軌檢梁安裝在構架上，將軌檢梁上的傳感器采集到的信號傳送至安裝在電客車內部的數據存儲終端上來進行數據處理和分析，得到軌道幾何參數，同時通過碼表速度信號處理實現電客車數據的精確定位。

軌檢梁是軌道幾何參數檢測中最重要的設備，由2D 激光位移傳感器和慣性包組成，采用便攜安裝方式，快速安裝快速拆除，不會對列車造成任何影響。考慮到檢測準確性，將軌檢梁安裝在被測車輛車體上。為便于設備安裝，需要車輛廠在車體上預留與軌檢梁相匹配的安裝接口，軌檢設備通過左、右吊臂安裝在車體上（圖1）。

圖1 軌檢設備安裝位置

2.5 評定標準

城市軌道交通軌道幾何狀態局部幅值評價允許值的判定，依據交辦運《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范》”要求（表2）。

表2 幾何狀態局部幅值評價允許值

區段質量（均值）評價結果符合以下規定：波長1.5～42 m時，軌道TQI 允許值為9.0 mm。

3 檢測實例

（1）檢測程序：①提前設置好一段各參數均合格的地鐵上行線路；②檢測設備安裝完成，完成動靜態通電通信測試，達到預期調試效果，具備上線正式檢測條件（圖2）；③采用ATO（Automatic Train Operation，列車自動駕駛子系統）模式進行動態檢測，曲線的最高檢測速度按線路限速執行。

圖2 軌檢梁安裝位置示意

（2）檢測結論。各項軌道幾何狀態參數的檢測值都在允許值得范圍以內，檢測出的結果滿足相關技術規范的要求。

4 結論

根據測試結果，所測試驗段軌道動態幾何狀態參數符合交辦運［2019］17 號《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范》的要求，區段質量（均值）評價結果在允許值范圍內，且測試數據與提前設置的線路參數基本吻合。所以，該方法能有效測試軌道動態幾何狀態參數，并作為城市軌道交通初期運營前安全評估的依據。