高速铁路轨道精调测量技术的应用.docx
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高速铁路轨道精调测量技术的应用
高速铁路轨道精调测量技术
摘要:
高速铁路要求高平顺性、高安全性、高舒适性,对轨道的几何尺寸以及结构都提出了很高的要求,除了在轨道工程施工期间保证控制精度外,在联调联试期间,根据轨检车、动检车的检测数据,还需要对轨道进行更仔细的调整,结合京沪高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的施工,主要介绍轨道施工阶段以及联调联试期间的轨道调整。
关键词:
京沪高速铁路;CRTSⅡ型板式无砟轨道;数据采集与分析;静态调整;动态调整。
一、工程概况
京沪高速铁路全长1308.598km,最小半径7000m、线间距5m、最大坡度20‰,设计速度350km/h,最高时速380km/h,是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路。
由中国水电集团负责承建京沪高速铁路三标段位于山东省境内,正线起讫里程为DIK412+062.274~DK667+026.73。
正线全长266.617km;铺轨里程为DK285+903~DK534+400,全长264.596km,采用福斯罗300-1扣件系统,现对管段内CRTSⅡ型板式无砟轨道联调联试前后的静态和动态调整技术进行介绍。
二、轨道静态调整
轨道静态调整是在联调联试前根据轨道精调测量的数据对轨道进行全面的、系统的调整,将轨道的几何尺寸调整到允许范围限差内,对轨道线形进行模拟优化调整,在轨距、水平、高低、轨向以及变化率满足要求的前提下,合理的控制调整量,使轨道静态调整的精度满足高速列车行车条件。
静态调整的工作流程为:
CPIII复测、检查及准备、轨道测量、数据模拟分析及方案制定、现场标示、更换扣件、轨道复测。
2.1CPIII复测:
为了确保绝对小车对轨道几何状态采集数据的真实性、可靠性的,才能准确的对轨道实际几何尺寸进行判断与计算,以便于进行下步的轨道调整计算工作,是轨道静态调整的关键,而高精度的CPⅢ控制网是基础。
在无砟道床施工前完成CPⅢ控制网的测量工作,复测完成后,应对CPⅢ网复测精度进行评价,满足要求后,对复测数据和原测数据进行对比分析和评价,对超限的点位认真进行原因分析。
确认复测成果无误,为保证CPⅢ点位的相对精度,对超限的CPⅢ点应按照同精度内插的方式更新CPⅢ点的坐标。
最终应选用合格的复测成果和更新成果进行后续作业。
2.2扣件检查:
在CPIII复测的同时,检查清理钢轨,确保无污染,无低塌、掉快弯、曲等缺陷,也需要对钢轨的扣件进行检查,扣件应安装正确,无缺少、无损坏、无污染、无空吊,扭力矩达到设计标准(±10%),弹条中部前端下颏与轨距块凸台间隙≯0.5mm,轨底外侧边缘与轨距块间隙≯0.3mm,轨枕挡肩与轨距块间隙≯013mm。
检查的具体内容如下:
1、钢轨:
是否污染,是否有缺损,是否有变形,主要是目测检查;2、扣件:
是否缺少,是否污染,是否密贴,密贴主要用塞尺检查,检查部位为:
弹条中部前端与轨距档块、轨底与垫板之间缝隙不大于0.5mm。
规矩档块与轨枕挡肩之间,缝隙不大于0.3mm。
垫板:
是否缺少,是否损坏,是否变形,是否空吊,是否偏斜,主要是目测和塞尺检测;3、焊缝:
主要是检测焊缝平顺性,用靠尺和塞尺检测,顶面,工作边,圆弧面均应该在0~0.2mm。
2.3轨道测量
轨道测量方式有相对小车和绝对小车。
相对小车是测量轨道的相对几何参数,相对几何参数是指轨距、水平(超高)及其偏差和变化率,轨向和高低偏差及长短波不平顺等,相对小车可以快速定位病害区间、是对线路轨道工程质量状况的最基本的评价、可以全面的反映轨道工程质量,并不能直接反应出逐个承轨台的信息以及调整扣件的更换需求量,这时我们采用绝对采集轨道数据,其数据的准确性和精度,直接关系到调整量的大小、方案制定和调整是否到位,是否能够满足轨道高平顺性的要求;1、对使用的全站仪、绝对小车等测量设备进行成套搭配,并对其设备进行常规检定校核,满足要求后才能使用。
在绝对小车使用前应输入轨道中心线参数到相应的测量软件中,确保数据准确无误,再次对线路线形进行检查,确认后方可使用。
(2)对绝对小车采集任务的划分,每台小车尽量连续测量某一股(或一段落)轨道,尽量避免在某一区段采用不同的绝对小车测量,便于数据的系统分析,减少系统误差。
(3)绝对小车在测量时,距离不大于80m。
绝对小车对轨道逐根进行轨枕连续测量,搭接测量时,两次测量搭接长度不少于6-8根轨枕;我们一般采用一块板(10个轨枕),便于轨道短波的计算与保持一致性,这样轨道的轨向衔接会更好。
(4)测量过程中,全站仪设站精度要达到0.7mm以内,最大不能大于1mm,否则应检查CPⅢ点的相对点位精度。
搭接的根轨枕两站测得的数值相差不能大于2mm,包括高程、平面、超高、轨距等,否则重新设站。
此项工作为静态精调计算正确的保障,只有采集的数据真实反映出轨道现场实际的几何尺寸情况,才能根据数据作出正确的判断。
(5)在数据采集过程中,不能盲目追求进度,必须以精度为前提,当现场条件不满足采集时应停止测量,不在雨天或太阳光较强时间段等情况下采集,尽量在阴天采集。
(6)设站采集后,隔段时间或本测站数据采集完成后,应对初始观测点进行校核,便于发现在采集过程中仪器是否发生变化,以确定本站数据采集是否有效,否则应重新采集。
(7)现场采集数据时,如进行第二次采集或搭接测量时要使两次小车传感器对准同一个位置。
否则如果坡度较大,两次数据会产生很大误差。
(8)数据采集过程中,应按照测量时间、里程段落、左右线等情况对数据进行分类保存。
2.3数据模拟分析及方案制定
在数据模拟分析前,应确定段落区间划分,有站场时,要单独划分为一单元;道岔前后各200米线路要纳入道岔单元;正线长度要控制在1.5~2.0km,不宜超过2km,若曲线长度超过2km的,在圆曲线上分开,不可在缓和曲线上划分,曲线头尾各200米要纳入曲线单元,单元之间需要数据搭接100~200m。
根据以上划分的原则,利用专业的数据处理软件,对轨道进行2.3.1模拟调整与方案制定;
2.3.1.1预处理:
如果某段落导向轨/基准轨不一致,则应在导向轨切换出(一般为缓直点)将原始文件断开;对原始数据进行检查,剔除异常值;测量顺序检查,保证一个测站一个顺序;剔除测量值少于3个点的测站;每个轨枕只能重叠2次,多余的测量要删除;对文件进行追加和重排列;生成“普通报表前”检查相关属性及配置。
2.3.1.2模拟调整:
分析前,确保搭接段落模式为“扩展模式”能更有效保证轨道的顺接性。
其原则为:
明确基准轨,曲线地段,平面位置以高轨为基准轨、高程以低轨为基准轨,直线地段以下一条曲线为依据来判断基准轨;“先整体、后局部”可首先基于整体曲线图,大致标出期望的线路走线或起伏状态,先整体上分析区间调整量,再局部精调;“先轨向后轨距”,轨向的优化通过调整高轨(基准轨)的平面位置来实现,低轨的平面位置利用轨距及轨距变化率来控制;“先高低后水平”,高低的优化通过调整低轨(基准轨)的高程来实现,高轨的高程利用超高和超高变化率来控制;在轨道精调软件中,平顺性指标可通过对主要参数(平面位置、轨距、高程、水平)偏差曲线图的“削峰填谷”原则来实现,目的:
直线顺直,曲线圆顺。
现以模拟分析举例说明:
首先从整体看线路的基本情况,在大范围内整体“削峰填谷”;
经过模拟分析数据:
经过模拟分析后:
轨向的调整:
平面基准轨偏差导致轨向不平顺:
首先通过调整基准轨使轨向满足要求,然后通过调整非基准轨使轨距和轨距变化率满足要求;
轨距的调整:
平面非基准轨偏差导致轨距不平顺:
在轨向良好的情况下,直接调整非基准轨使轨距和轨距变化率满足要求;
高低的调整:
高程基准轨偏差导致高低不平顺:
首先通过调整基准轨使高低满足要求,然后通过调整非基准轨使超高和超高变化率满足要求;
水平(超高)的调整:
高程非基准轨偏差导致超高不平顺:
在高低良好的情况下,直接调整非基准轨使超高和超高变化率满足要求;
经过以上模拟调整后生成调整量报表:
2.3.1.3精度标准:
对模拟分析的数据应该满足下表的要求:
序号
项目
平顺度允许偏差(mm)
检测方法
1
轨距
±1
轨道几何状态测量仪
2
轨矩变化率
1/1500
3
水平
1
4
三角坑
1mm/3m
2
高低
弦长10m
1
弦长30m
2
弦长300m
10
3
轨向
弦长10m
1
弦长30m
2
弦长300m
10
4
正矢
弦长20m
0.5mm/2.5m
2.3.1.4经验与建议:
在制定调整方案时不可一味的关注短波不平顺,中长波不平顺(波长30米以上)将可导致严重晃车,影响列车舒适性;钢轨和扣件系统状态良好的情况下,轨向连续多波不平顺、轨向与三角坑的复合不平顺是导致横向加速度超限的主要原因,要重点控制;钢轨和扣件系统状态良好的情况下,高低连续多波不平顺是导致垂直加速度超限的主要原因,要重点控制;轨距、超高、平面、高程四大参数邻枕变化不超过0.7mm;5米(8倍枕距)内任意两点相对偏差不能超过2mm;按技术标准合格率100%;同时根据动检状况控制或提高优良率;根据以上指标原则,对模拟调整方案进行核对优化后,制定正式“调整方案”,并计算调整量,用于现场调整。
2.4轨道调整
轨道精调应该在长轨应力放散锁定后进行。
根据制定的调整量表,备足扣件数量。
根据调整方案准确统计各类扣件需求量,据此尽早补充到位,并预留一定余量。
2.4.1在轨道调整前,应根据该区段的调整量表备足各种型号扣件,并对人员安排以及机具进行安排。
一组人员分配表:
序号
作业内容
工种
人数
备注
1
现场位置确定及标示
技术员
2
含轨道状态检查及复核
2
现场指挥员
领工员
1
配合技术工作
3
散扣件
民工
2
含扣件回收及整理
4
更换扣件
民工
6
配合回收及整理
5
现场防护员
防护员
2
专职防护
6
调整后检查
线路工
2
经验的线路工
一组机具准备:
电子轨距尺一把,内燃机扳手一台、液压起道机二台、弦线,钢尺一套、材料现场运输小推车一辆、塞尺一把、撬棍一根、材料运输车一辆(线下)。
2.4.2由模拟分析人员对现场调整技术员和领工员进行技术交底,内容为调整方向及位置、轨枕编号、现场标示的方法,现场技术员和领工员一定要核实方案里面的里程与现场标示是否一致,避免标错枕、漏枕的现象出现。
2.4.3现场调整应该分组、分程序进行;第一组负责根据方案现场标示轨枕的扣件型号;第二组人员主要散料工作,对相应标示的轨枕散对应扣件;第三组对标示的轨枕处,松动需要更换的扣件,其中最多不能松过8个轨枕,并且比要需要更换的扣件两端多松开1-2个扣件;第四组负责更换扣件,更换扣件前一定要检查扣件型号是否与标示相同,换前一定要清理;然后由第三组人员紧固扣件,并保证扣压力达到要求。
第五组由经验丰富的线路工组成,对已经更换过的位置目测,保证不能有大的突变点,当出现不平顺的情况时,应根据道尺及弦线对异常点进行处理,一消除线路中欧冠出现的局部缺陷。
扣件更换结束后,现场技术员核对调整量和扣件规格,检查调整效果然后做好详细记录,以便编制竣工资料和日后备查;回收调整下来的扣件,清扫道床表面。
2.4.4轨道复测;轨道调整完成后,应该对其调整量比较大的段落进行复测,以检查调整的准确性,同时也可以做为动态调整的依据。
三、轨道动态调整
轨道动态调整是在联调联试期间根据轨道动态检测情况对轨道局部缺陷进行修复,针对相对几何参数进行微调,对轨道线型进一步优化,使轮轨关系匹配良好,进一步提高高速行车的安全性、平稳性和乘座舒适度,使轨道平顺性全面达到高速行车条件。
轨道动态调整主要依据轨道动态检车的检测报告以及波形图,对其进行分析,找出影响行车安全和添乘人员舒适度的局部区段,通过绝对小车、道尺、弦线对轨道进行测量,确定调整位置和调整量,对轨道进行调整。
京沪高速铁路在联调联试期间采用的是通过160km/h轨检车和350km/h动车组,对轨道状态进行动态检测和评估。
1.轨道动态调整的流程为:
动态检测车测量、检测数据分析、现场核实、制定精调方案、动态检测车检测。
2.轨道动态调整的标准应符合下表要求:
轨道动态几和尺寸容许偏差管理值
速度等级
300~350KM/h
标准等级
验收I
验收II
III
IV
42m波长
高低(mm)
3
5
10
11
轨向(mm)
3
4
6
7
70m波长
高低(mm)
/
/
/
/
轨向(mm)
/
/
/
/
120m波长
高低(mm)
5
6
12
15
轨向(mm)
5
6
10
12
大轨距(mm)
+3
+4
+7
+8
小轨距(mm)
-2
-3
-5
-6
水平(mm)
3
5
7
8
三角坑(mm)
3
4
7
8
轨距变化率(基长2.5m)(‰)
0.8
1.0
/
/
注:
1、I、II级为动态验收等级。
III、IV级为临时修补和限速等级,III、IV级仅作为联调联试期间轨道状态过程评价和调整的依据。
2、表中管理制为轨道不平顺计算零线到峰值的幅值。
3、水平偏差管理值不包括曲线按照规定设置的超高和超高顺坡量。
4、三角坑偏差管理值包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量。
5、严格控制连续三波、多波高低、轨向不平顺和轨向、水平逆向复合不平顺。
区段不平顺均值管理标准:
采用区段轨道不平顺均值进行管理,管理标准见下表
轨道不平顺质量指数(TQI)管理值
速度等级
高低
轨向
轨距
水平
三角坑
TQI
I级
II级
300 0.8*2 0.7*2 0.6 0.7 0.7 4 5 注: 适用于轨道不平顺波长为42米以下,计算单元长度200米。 3.轨道低速检测车; 低速轨检车的检测指标主要包括: 轨向、轨距、轨距变化率、高低、水平、水平变化率、三角坑。 轨道检测车的波形图如下: 轨向、轨距、轨距变化率的调整是通过更换轨距挡块来完成的,首先分析波形图、TQI值、静态调整量表。 通过波形图,找出静态调整量表经过对比后,确定调整方案,现场调整。 并不是所有轨向,轨距都能通过静态调整量表来找出位置的,这时就需要绝对小车、道尺、弦线等方式查找。 无论如何,波形图和TQI值是参考的基础;高低、水平、水平变化率的调整是通过更换垫片来完成的,其调整的方式与轨向、轨距、轨距变化率的调整方式相同。 4、轨道高速检测车: 轨道高速检测车也就是CRH动车组,其检测指标包括高低、水平、三角坑、动力学指数等,没有低速轨检车的轨向检测和TQI值,但增加了动力学指数。 在动态调整时传统的道尺、弦线要放弃,因为通过现场的调整经验发现,即使用道尺和弦线发现了问题并作了调整,通过第二天的波形图相对照,发现调整到位的情况不足50%,往往超限点重复出现,所以高速的动检车全部用轨检小车进行调整。 动车组检测的超限问题主要为: 三角坑、高低和横向、垂向加速度。 首先根据波形图确定问题地段,利用绝对小车对问题地段进行测量,绝对小车测量的图形与波形图对比,动态精调阶段分析调整方案时,宜结合动检车波形图和TQI指标,首先处理2级及以上超限点,其次优化TQI指数并减少1级超限点。 确定调整方案,现场调整。 4.1动力学性能的调整 动力学性能检测参数包括轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、横向稳定性、横向平稳性、垂向平稳性。 轮轴横向力多为轨向和水平的复合不平顺,重点检查轨向、水平,其次轨距也是轮轴横向力一个参考因素。 脱轨系数应该重点检查扣件情况,看扣件是否紧固到位。 其次应该重点检查轨距档块和轨枕挡肩的缝隙是否在0~013mm。 轮重减载率重点检查焊缝平顺度,扣件、垫板状况,多为焊缝平顺度不良造成。 横向平稳性、垂向平稳性和垂向平稳多为轨向和水平的复合不平顺决定。
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