高速铁路轨道检测技术探讨

常振峰

常振峰

国家铁路局安全技术中心北京100891

摘要：高速铁路设备维护坚持“严检慎修，动态检查为主，动、静态检查相结合，结构检查与几何尺寸检查并重”的原则，工务设备的检查与检测是轨道能科学地养护维修与管理的基础。本文以结构→病害→检测→调整→复测的思路进行论述，在介绍无砟轨道静态检测与精调的过程中，以“理论准备→检测数据分析与调整方案制定→工具设备准备→轨道精调与调整施工→轨道复测验收”的顺序探讨。

关键词：高速铁路；轨道工程；检测；调整

当前世界范围内高速铁路的飞速发展催生了高速铁路监测技术的进步，高速铁路发达国家利用高科技手段，研制具有综合性、高速度、高智能、高可靠性的大型轨道检测设备。通过非接触测量的检测方式，利用惯性基准法、弦测法等检测原理，通过计算机网络、光纤通信、激光摄像、高速光纤数字陀螺、数字滤波等技术，实现高速铁路检测的高速度化，高科技化，高智能化，高精确化。

我国工务检测包括静态检测、动态检测及其他检测三种方式。近年来在CRH2-010A和CRH2-061C动检车上自主研发时速250和300km轨检系统的成功经验，以及在0号高速综合检测列车上的系统集成经验，已经具备了研制开发具有完全自主知识产权的时速300km及以上高速铁路轨道检测系统的能力。在轨道静态检测中我国已经推广使用轨检小车、线路检查仪（车载、便携）等设备，自主研发了多种型号的轨检小车，如TRIG1000铁路轨道检测仪、南方高铁轨检系统、中铁咨询轨道检测系统等，能够静态检测客运专线轨道的几何状态。

1高速铁路检测基本知识

高速铁路检测要按照严检慎修的原则，综合分析轨道动态检测资料(特别是轨道动态检测图谱)、现场静态检查资料和人工添乘资料，制定作业方案，经审批后实施。具体程序如下：动态检查（动检和人工添乘）→轨道动态检测图谱分析（确定偏差项目、处所）→现场静态检查（复核、查找偏差地点）→专业技术人员综合分析（查找原因，确定整修作业方案）→作业方案审批→作业方案实施→作业质量回检→处理情况信息反馈。

线路的检测以轨道检测车为主，每次轨道检查车对线路进行检查过后，都能给出一套完整的线路检测报告和轨道检测波形图资料[1]。分析线路检测报告和轨道检测波形图资料，进行轨道状态评估。根据轨道平面控制网CPⅢ测量轨道的几何状态，对轨道病害进行精确的定位，指导轨道的调整维修。

2轨道几何形位静态检测与精调

2.1静态检测概念及其标准

静态检测在无荷载作用情况下的线路几何状态检测，利用检测工具沿线路逐点进行，包括线路和道岔几何形位检测。几何尺寸静态检测包括线路和道岔几何尺寸检测，线路几何尺寸检测分为直线和曲线轨道检测[2]。直线轨道检测的主要项目有：轨距、水平（含三角坑或线路扭曲）、方向及高低。曲线轨道检测的主要项目有：轨距、水平（含三角坑或线路扭曲、外轨超高、缓和曲线超高顺坡）、曲线正矢及高低。道岔几何尺寸检测的主要项目有：道岔各部轨距、水平、方向、高低、导曲线支距、查照间距等。

高速铁路的轨向和高低的平顺性指标有短平和长平标准，应采用轨道几何状态测量检查仪和CPⅢ网测量计算。

（1）短平指标是30m弦，每隔5m计算矢高，设计与实测矢高差小于2mm，即

△h=(P25设计－P33设计)－(P25实测－P33实测)2mm(1-1)

式中，P25和P33为30m弦检验的矢高点。

（2）长平的指标是300m弦，两测点间距为150m。高速铁路高速的保障在于高平顺，轨道不平顺影响高速列车运行时的舒适性，对影响列车的运行速度，严重时可能危及行车安全。

2.2静态检测仪器及常见病害

工务专业静态检测仪器主要包括轨道几何测量检查仪、轨距尺、支距尺、钢轨平直度测量仪、钢轨平尺、钢轨轮廓（磨耗）测量仪、隧道限界测量仪、站台限界测量器具、轨温计、超声波钢轨探伤仪等[3]。常见的病害有：高低不平顺、水平病害、方向不平顺、轨距病害、空吊现象等。

2.3轨道结构精调概述

静态精调是根据轨道静态测量数据对轨道进行全面、系统地调整，将轨道几何尺寸调整到允许范围内，对轨道线型进行平顺性优化，合理控制轨距、水平、轨向、高低等变化率，使轨道静态精度满足设计时速高速行车条件。

轨道动态精调是根据轨道动态检测情况对轨道局部缺陷进行修复，对部分区段几何尺寸进行微调，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，是对轨道状态和精度进一步完善、提高的过程，使轨道动、静态精度全面达到高速行车条件[4]。利用检查车（包括“综合检测列车”、“轨道检查车”）、车载式线路检查仪和人工添乘等方式进行动态检查检测，及时掌握动态质量。根据动态检查结果，有针对性地进行静态检查。静态检查时，除对轨道几何尺寸检查外，还要对轨道结构和零件状态一并进行检查[5]。

3轨道几何测量检测仪检测

轨道几何测量检查仪（简称轨检小车）的测量原理是利用轨道两侧的CPⅢ控制网和全站仪的自动跟踪测量功能，对轨检仪上的棱镜进行观测并获得该棱镜的三维坐标。基于CPⅢ控制网的轨道精测系统可以有效地实现轨道几何形位的检测与精调。通过精度测量，获得轨道几何状态的数据，通过分析对比，制定精调方案，并且在调整过程中控制调整量，最后再进行复测，确保线路运营的高质量。

新建高速铁路广泛采用跨区间无缝线路，在长轨检测及精调作业中，进行CPⅢ控制网复测[6]。CPⅢ控制网必须按分段观测、分段计算，分段长度一般为4km左右。在分段观测连接处应有3条边8个CPⅢ控制点作为公共点进行观测，如图3-1所示。

图3-1CPIII平面观测网

无砟轨道长轨的静态检测及精调具体分为：轨检车数据分析、制定调整方案、轨道精测与调整施工、轨道复测验收。

4轨道动态检测及动态调整

目前主要的动态检测车有：低速（小于等于160km/h）轨道几何状态检测车、高速（250～350km/h）轨道几何状态检测车和高速轨道动力学检测车。

必须坚持“检重于调”的理念。要根据轨检资料、添乘情况确定晃车地点。现场必须进行认真检测，查找出问题点、确定调整方案后，方可调整。轨道动态调整是根据轨道动态检测情况对轨道局部缺陷进行修复，对部分区段几何尺寸进行微调，对轨道线型进一步优化，使轮轨关系匹配良好。依据动态检测报告和分析检测波形图，找出影响行车安全和旅客舒适度的局部区段，通过用轨检小车，塞尺，弦线等检查工具对轨道进行测量评价，确定调整位置和调整量，对钢轨进行调整。

4.1轨道动态检测分析及精调

轨道动态精调主要通过轨检车、综合检测车和动车组对轨道状态进行检测和评估，根据动态检测数据分析结果，利用静态调整的方式对轨道进行调整。

轨道检测车是检查轨道动态不平顺的主要设备，检查包括轨道动态不平顺和车辆动态响应。低速轨道检测车的检测项目主要包括：轨向、轨距、轨距变化率、高低、水平、水平变化率、三角坑等。高速轨道检测车的检测项目主要包括：高低、水平、三角坑和动力学指数。没有低速轨检车的轨向检测和轨道不平顺质量指数TQI值，但是多出了动力学指数的检测。轨道检测分析[7]资料有：轨道检测车检测报告，轨道检测波形图和轨道动力学检测报告。

轨道动力学检测重点分析动力学指标超限处所分布情况，与轨道检测的不平顺信息之间是否存在对应关系，与前阶段检测是否重复出现等。高速轨道检测车在检测时，由于检测里程的偏差，精确查找轨道调整位置宜采用轨检小车进行测量，再进行轨道调整。

4.2轨道动态检测与调整标准

(1)轨检车可以测量的轨道不平顺检测参数：高低、轨向、轨距、超高、水平、三角坑（扭曲）、曲率、复合不平顺（左右轨）：复合不平顺值为轨向不平顺值与轨道动态水平值的逆相加权和，计算公式为：

(4-1)

此外，轨检车还测量车体的横向加速度和垂向加速度。按照振动激扰原理，高低不平顺引起车体垂向的振动，轨向不平顺引起车体横向的振动。在现场分析轨检波形时，可对应加速度信息来确定病害。

(2)轨道动态检测指标有：减载率、横向力、横向平稳性、垂向平稳性、脱轨系数。脱轨的主要原因是横向力过大引起的，必须立即处理。轨道动态管理标准采用了对轨道动态局部不平顺的峰值管理和对区段整体不平顺的均值管理。将上述项目标准差的和定义为轨道不平顺质量指数(TQI)，是高低、轨向、轨距、水平和三角坑的动态检测数据的统计结果，该值与轨道状态平顺性密切相关。

4.3轨道动态检测设备及方法

4.3.1动态检测设备

动态检测指在有荷载作用情况下的线路几何状态检测。检测的手段和方法包括综合检测列车、轨检车、线路检查仪（车载、便携）和人工添乘[8]。

线路检查仪分车载式和便携式，通过测量动车组、机车或客车车体运行时的横向和垂向加速度来辅助发现线路动态不平顺，可作为线路检查的辅助工具。

4.3.2轨道动态调整过程

调整步骤：检测资料分析、现场检查核实、轨检小车检查、CRTSⅡ板轨道精调作业施工安排制定调整方案、现场调整、复检。

轨道质量状态的评价，需要进行峰值管理：超限与扣分。根据不平顺峰值大小，将超限分为四级，峰值评价常用于指导紧急补修。峰值分析情况所示。

幅值统计特征值管理：定义为200m单元区段内高低（左右）、轨向（左右）、水平、轨距、扭曲等轨道不平顺幅值标准差的和，称为轨道质量指数（TQI）。反映轨道的均衡状态，用于制定维修计划。

检查内容：局部短波（波长1～l0m）不平顺的检查、长波不平顺的检查调整、连续短波不平顺的检查调整。

参考文献：

[1]李向国．高速铁路技术（第二版）[M]．北京：中国铁道出版社，2012．

[2]岳祖润．高速铁路施工技术管理[M]．北京：中国铁道出版社，2010．

[3]铁道部运输局．高速铁路工务知识读本[M]．北京：中国铁道出版社，2011．

[4]周光民．无砟轨道长钢轨精调技术研究[J]．铁道建筑技术，2011，10(4)：53-58．

[5]王志坚．武广铁路客运专线无砟轨道精密工程测量[M]．北京：中国铁道出版社，2012．

[6]GB／T153l4-94，精密工程测量规范[S]．

[7]黄守刚．铁路与城市轨道工务[M]．北京：机械工业出版社，2010．

[8]上海铁路局．高速铁路施工工序管理要点(第4册)：CRTSⅡ型板式无砟轨道[M]．北京：

作者简介

常振峰（1989.2-），男，北京丰台，石家庄铁道大学学士，助理工程师，单位：国家铁路局安全技术中心，研究方向：铁道工程、铁路运营维护、铁路营业线施工。