高速鐵路有砟軌道基礎(chǔ)變形區(qū)段線形控制技術(shù)

劉桂勇 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司阜陽工務(wù)段

1 概況

京港高速鐵路設(shè)計(jì)速度350 km/h，主要鋪設(shè)CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，其中阜陽西站采用有砟軌道結(jié)構(gòu)，因存在差異沉降，是全線的薄弱區(qū)段。

線路維修工作的基本任務(wù)是保持設(shè)備狀態(tài)完好，保證列車以規(guī)定速度安全、平穩(wěn)、舒適和不間斷地運(yùn)行，并盡量延長設(shè)備使用壽命。對差異沉降地段開展線形監(jiān)測，掌握基礎(chǔ)變形規(guī)律和變形趨勢，并結(jié)合其狀態(tài)進(jìn)行針對性地養(yǎng)護(hù)維修，是確保行車安全的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)高速鐵路高平順性、高穩(wěn)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(shè)備數(shù)量多；站場兩端銜接無砟軌道，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。以此為基礎(chǔ)開展線形整修，對于指導(dǎo)類似線路養(yǎng)修生產(chǎn)、豐富養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。

2 基礎(chǔ)變形區(qū)段變化規(guī)律探索

依據(jù)高速鐵路有砟軌道線路維修規(guī)則，線路檢查應(yīng)堅(jiān)持“動(dòng)態(tài)檢查為主，動(dòng)、靜態(tài)檢查相結(jié)合，結(jié)構(gòu)檢查與幾何尺寸檢查并重”的原則。但對于基礎(chǔ)變形重點(diǎn)地段，由于存在不均勻沉降及偏移，如果仍然以動(dòng)態(tài)檢查為主，則難免運(yùn)營過程中出現(xiàn)線路平順性偏差。因此，應(yīng)采取靜態(tài)檢測為主，靜、動(dòng)態(tài)檢查相結(jié)合的原則。靜態(tài)檢測有絕對測量、相對測量兩種方式，對于基礎(chǔ)變形重點(diǎn)的檢測，應(yīng)采取兩者相結(jié)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(diǎn)在同一軌道基準(zhǔn)網(wǎng)里的位置坐標(biāo)。通過與設(shè)計(jì)值的比較，可得到線路的平面、高程偏差。依據(jù)阜陽西站精測網(wǎng)測量數(shù)據(jù)，可知阜陽西站CPⅢ點(diǎn)高程單次及累計(jì)變化量，見圖1。CPⅢ點(diǎn)平面單次及累計(jì)變化量，見圖2。

圖1 阜陽西站京港場CPⅢ高程累計(jì)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(huì)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(jì)變化量圖

由圖2可知，剔除兩端無效數(shù)據(jù)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(yīng)以起道搗固為主，平面糾偏可結(jié)合高程調(diào)整實(shí)施。

2.2 運(yùn)用相對測量確定超限指標(biāo)

相對測量是在沒有外部參考基準(zhǔn)情況下，依據(jù)被測點(diǎn)間的相對幾何關(guān)系，測量并計(jì)算出測點(diǎn)間實(shí)際值與設(shè)計(jì)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(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，對20 m 及以下短波不平順具有優(yōu)勢。根據(jù)歷次數(shù)據(jù)對比，在軌道幾何尺寸偏差項(xiàng)目上，突出表現(xiàn)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(fā)展規(guī)律上，對于作業(yè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)線路，大致每半個(gè)月就會(huì)達(dá)到經(jīng)常保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、每一個(gè)月達(dá)到臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn)。200 km/h～250 km/h 線路軌道靜態(tài)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(tài)幾何尺寸容許偏差管理值

3 基礎(chǔ)變形區(qū)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(xiàn)經(jīng)常保養(yǎng)偏差、避免出現(xiàn)臨時(shí)補(bǔ)修偏差，應(yīng)運(yùn)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(shí)發(fā)現(xiàn)偏差類型與偏差地點(diǎn)。偏差類型與數(shù)值確定后，在現(xiàn)場標(biāo)記作業(yè)起止位置，運(yùn)用弦線、道尺進(jìn)行作業(yè)過程質(zhì)量控制。作業(yè)時(shí)應(yīng)先進(jìn)行一股鋼軌作業(yè)，再進(jìn)行另一股鋼軌作業(yè)，這樣能有效避免誤差疊加。為全面檢查作業(yè)質(zhì)量，作業(yè)后應(yīng)利用0 級軌道檢查儀進(jìn)行復(fù)核。

3.2 利用內(nèi)插法處理長波不平順

依據(jù)圖1，阜陽西站社會(huì)通廊附近年沉降量約90 mm，路橋過渡段以內(nèi)年平均沉降量約45 mm。一般來說，及時(shí)補(bǔ)充道床，恢復(fù)設(shè)計(jì)線形是保障線路平順性的主要手段，但考慮運(yùn)營高速鐵路天窗資源、道砟存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)瓤陀^實(shí)際，難以對沉降區(qū)段通過高頻次的補(bǔ)充道床恢復(fù)設(shè)計(jì)線形。因此，而應(yīng)運(yùn)用靜、動(dòng)態(tài)檢查相結(jié)合的原則，根據(jù)綜合檢測列車長波檢測的優(yōu)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(zhì)是調(diào)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(jié)合綜合檢測列車長波檢測數(shù)據(jù)，有針對性的進(jìn)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(diào)整曲線圖

為便于現(xiàn)場作業(yè)，拉坡后通過內(nèi)插法計(jì)算每3m（約6 根軌枕）一處的高程值。為提高作業(yè)精度，可以高程值替換傳統(tǒng)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(yè)前后長波不平順對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 阜陽西站京港場K847+377附近作業(yè)前后長波不平順對比數(shù)據(jù)

阜陽西站京港場K847+377 附近作業(yè)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(dòng)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(shí)性搗固整治結(jié)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(tài)、又能檢測車輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，能夠較全面地反映輪軌關(guān)系。對于運(yùn)營高速鐵路，綜合檢測列車只檢測軌道幾何狀態(tài)，這就造成無砟有砟軌道結(jié)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(dāng)結(jié)合部與沉降區(qū)段兩種不利因素疊加時(shí)，更應(yīng)引起重視，以避免出現(xiàn)晃車等不良狀態(tài)。

為有效控制結(jié)合部線路不平順，應(yīng)綜合人工添乘及晃車儀數(shù)據(jù)對比分析，采用密實(shí)性搗固的措施對有砟線路進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，考慮到250 km/h 線路有效波長，可重點(diǎn)搗固結(jié)合部向有砟方向70 m 范圍內(nèi)線路，根據(jù)京港鐵路運(yùn)輸強(qiáng)度（100對/天），按照每半個(gè)月一個(gè)周期的頻次，采用小型液壓搗固機(jī)搗固處理，以強(qiáng)化道床密度，盡可能實(shí)現(xiàn)結(jié)合部結(jié)構(gòu)等強(qiáng)。

4 結(jié)束語

針對阜陽西站線路沉降及偏移數(shù)據(jù)，建立了較為完善的基礎(chǔ)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(jiān)測方法，可有效反饋重點(diǎn)區(qū)段基礎(chǔ)變形情況。通過弦測法處理短波不平順、內(nèi)插法處理長波不平順的作業(yè)方案，可綜合處理線路長短波不平順；通過以電子水準(zhǔn)儀作業(yè)后高程值替代傳統(tǒng)的起道量的作業(yè)手段，可更精準(zhǔn)的控制線路縱斷面。

在2020 年上半年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，2020 年7 月份以來，阜陽西站工務(wù)設(shè)備動(dòng)態(tài)檢測實(shí)現(xiàn)了0扣分，在現(xiàn)有沉降的工況下較好地實(shí)現(xiàn)了線路平順性控制，保障了行車安全。