軌道動態智能分析軟件在CRTSII型軌道板防脹中的應用

宋 松 中國鐵路上海局集團有限公司徐州工務段

1 防脹板動態分析基本思路

CRTSII 型無砟軌道的特點之一為軌道板之間縱向張拉連接、減小自由邊達到整體受力。高溫季節氣溫升高造成混凝土膨脹產生溫度力，接縫處混凝土強度低于軌道板、接縫和軌道板未粘連，造成接縫在整個縱向抗溫度力體系中成為薄弱點，易產生無砟軌道拱起，俗稱脹板。目前預防脹板的檢查手段主要為綜合檢測車動態檢測和地面人工檢查。

智能分析軟件由北京交通大學、中國鐵路南昌局和上海局集團公司聯合研發，2018年通過了國鐵集團工電部和科信部的試用評審，在多個鐵路局進行了試用、效果較好；2019年在國鐵集團工電部和科信部通過正式技術評審，作為鐵路工務安全生產管理信息系統的模塊之一，在全路推廣應用，彌補了其缺少檢測數據智能化處理的不足。該軟件基于服務器處理后的動態檢測數據，對修正里程后的多次波形圖進行自動對比、快速列出超限點，定位脹板疑似處所。

脹板分析中，首先應結合現場實際對智能分析軟件生成的超限點逐處復核，找出疑似點指導地面防脹檢查；其次應充分發揮人工分析主觀能動性，不應過于依賴軟件，分析人員要對設備、生產、常見病害進行掌握，分析人員的專業水平決定了分析質量的高低。

2 利用軌道板脹板識別分析疑似脹板地點

2.1 分析標準設置

進入脹板分析模塊，先進行門限設置，例如把I級變化量設為1 mm，幅值設為0.5 mm。I級變化量1 mm的含義是讓智能分析軟件列出兩次檢測的高低偏差增大量超過1 mm 的處所，幅值0.5 mm 的含義是只對高低偏差超過+0.5 mm 的數據進行分析。標準設定決定了精度和分析工作量大小，應根據需要進行調整。因綜合檢測車檢測為動態檢測，存在檢測誤差，故分析標準過嚴則不具可操作性；脹板初期造成的軌面高低偏差一般為毫米級別，標準過松又會造成疑似處所遺漏。

2.2 動態檢測分析與地面復核

選擇高溫、低溫時段典型數據進行分析。以2017 年7 月20日和2月18日京滬高鐵上行數據進行對比，智能分析軟件會自動運算、列出超限，繪制超限點的多次高低波形圖（以下簡稱為高低波形）。k723+512-k723+514存在一處疑似點，相關信息如表1、圖1。

表1 京滬高鐵上行k723+512-k723+514疑似點信息表

圖1 京滬高鐵上行k723+512-k723+514脹板疑似處所波形對比

此區段高低波形吻合，在k723+512-k723+514 處存在一處突變，左、右高低偏差各增大1.31 mm、1.02 mm，且從6 月20日到7月20日左、右高低偏差各增大0.54 mm、0.53 mm，說明該處高低偏差存在變大過程，故判定此處為疑似處所。現場檢查復核，上行k723+511接縫處存在靜態左、右高低偏差+2 mm，CA 砂漿層離縫2.5 mm、長1 700 mm、深500 mm，確定為脹板引起的高低不良。每次動態檢測后，及時利用分析結果進行地面復核，可大大提高檢查的針對性和效率。

2.3 其它典型地段分析示例

對比2017 年7 月20 日和2 月18 日的動態檢測數據發現的京滬高鐵上行k762+368-k762+369 脹板疑似處所如圖2，現場k762+369 接縫處存在靜態左、右高低偏差+3 mm，CA 砂漿層離縫2.5 mm、長500 mm、深400 mm。

圖2 京滬高鐵上行k762+368-k762+369脹板疑似處所波形對比圖

對比2017年8月8日和2月23日動態檢測數據發現的京滬高鐵下行k762+437-k762+439 脹板疑似處所如圖3，現場k762+440 接縫處存在靜態左、右高低偏差+3 mm，CA 砂漿層離縫3 mm、長2 000 mm、深度已經貫通軌道板橫截面。

圖3 京滬高鐵下行k762+437-k762+439脹板疑似處所波形對比圖

3 分析要點

要達到精確分析脹板疑似處所，需通過高低偏差變化趨勢確定，剔除偶然因素造成的高低偏差突變，充分結合現場生產和設備實際。

3.1 充分分析高低偏差變化趨勢

由于動態檢測存在誤差和偶然性，確定疑似處所需對比多期檢測數據。2019 年7 月21 日和2 月21 日動態檢測數據對比發現的京滬高鐵上行k726+391-k726+393 脹板疑似處所，將該處2 月-7 月6 次高低波形疊加后如圖4，可見該處高低偏差逐漸增大。

圖4 京滬高鐵上行k726+391-k726+393脹板疑似處所6次波形疊加圖

通過峰值變化趨勢查看、分析疑似處所的高低偏差變化情況，京滬高鐵上行k728+545-k728+546 脹板疑似處所的峰值變化趨勢如圖5，可看到此處隨時間推移，高低偏差逐漸增大的趨勢，同時印證了環境溫度對連續型軌道板結構的影響。

3.2 過濾干擾因素造成的動態高低偏差變化

（1）現場動道造成的動態高低偏差增大

對比 2017 年 7 月 23 日和2 月 23 日京滬高鐵下行動態檢測數據發現，k738+355 存在高低偏差增大2 mm、k738+480 存在高低偏差增大1.64 mm如圖6。

圖5 京滬高鐵上行k728+545處2017年1-8月動態高低偏差變化趨勢

圖6 京滬高鐵下行k738+355、k738+480動道造成的高低偏差變化對比圖

結合實際分析，7 月23 日凌晨段對京滬高鐵下行k738+349-k738+479進行了線路精調，精調將梁端處高低偏差進行了修正，高低波形趨于平緩。兩處動態高低偏差增大均處于精調和非精調結合部，動道是其偏差變化的原因。

（2）換軌作業造成的動態高低偏差變化

對比 2018 年 7 月 11 日和 1 月 18 日京滬高鐵上行的動態檢測數據發現的k784+393-k784+395疑似處所左高低偏差增大1.18 mm 如圖7。結合實際分析，7 月6 日段在上行k784+380-k784+401更換右股一根傷損鋼軌，判定為換軌引起的高低偏差變化，且該處經地面人工復核后無問題。需注意因上行綜合檢測車由小里程向大里程檢測，故動態左高低偏差實為現場右股鋼軌的數據。

圖7 京滬高鐵上行k784+393-k784+395動態高低偏差波形對比圖

（3）橋梁端刺結構處的動態高低偏差變化

對比 2018 年 8 月 18 日和 2 月 21 日京滬高鐵上行動態檢測數據，k759+891處左、右高低偏差均存在增大2.61 mm。結合實際分析，上行k759+822-k759+882 存在一處端刺，端刺的主要作用是將橋梁溫度力、制動力等傳至路基內。將2018年2 月至8 月該處高低波形疊加如圖8，初步判斷該處為橋梁、路基結合部剛度不均勻導致的動態高低偏差反復變化，不完全等同于脹板機理。

圖8 京滬高鐵上行k759+822-k759+882端刺區動態高低偏差變化波形疊加

（4）異常數據造成的動態高低偏差變化

綜合檢測車檢測時由于光線、異物、軌道結構過渡等檢測環境產生的異常數據，對動態分析會產生干擾，如圖9 為2018 年 7 月 25 和 2 月 9 日京滬高鐵上行 k702+000-k702+120高低波形對比，這種在極短距離內存在的高低動態偏差變化是異常數據，不具參考性。

圖9 2018年7月25和2月9日京滬高鐵上行k702高低波形對比

3.3 其它注意事項

結合以上防脹板動態分析要點，日常分析中還應注意以下幾點：一是應充分結合連續梁梁端、連續梁簡支梁結合部、橋基結合部、鋼軌伸縮調節器、梁端伸縮裝置等多種結構特點進行分析。二是分析時應認識到靜、動態高低偏差幅值不完全對等，因脹板都為自下而上變化，下部結構變化量不能完全反映在軌面上。三是脹板整治后可利用后續檢測數據對比設備變化情況，盯控脹板整治效果。四是重視動態檢測的實際時段和氣溫資料收集。

4 結束語

自2017年至今，段一直堅持在高溫防脹板期間使用智能分析軟件來指導現場防脹檢查，2017年至2020年段管內處理的4處脹板隱患，均為利用智能分析軟件分析發現，提升了地面檢查效率和準確率，為高鐵行車安全提供了技術保障。建議工務段在連續型無砟軌道防脹板期間組織具有較強業務素質的專業人員進行動態分析。