高速铁路轨道平顺性检测与精调技术研究

宋程

中国铁路北京局集团有限公司石家庄工务段 河北省石家庄市 050000

摘要:轨道几何平顺性是指导高速铁路轨道精调作业的重要依据，是高速铁路建设过程中关键控制指标，也是列车安全运行的重要指标。对高速铁路轨道几何平顺性的计算方法进行了改进，根据平顺性精度需求提出了适用于高速铁路轨道精调全站仪等级，确定了轨道精调有效测量距离和轨道几何平顺性施工控制指标。

关键词:高速铁路；轨道几何平顺性；轨道精调

我国在建或已经运营的多条客运专线设计速度达到或高于250km/h，高速列车运行的安全性、平顺性和舒适性则必须要有良好的轨道几何状态作支持。轨道精调是轨道精度控制的关键环节，根据轨检小车精调测量数据和平顺性控制指标，计算轨道调整量，对轨道线性进行优化，使轮轨匹配良好，提高列车运行的安全性、平稳性和乘坐舒适度。由此可见，

轨道几何平顺性概念在轨道精调作业中居于核心地位。然而工程实践表明，按上述方法进行高铁轨道精调，往往需要多次反复调整才能满足要求。为了提高轨道精调的施工质量和效率，本文研究并提出了轨道平顺性计算新方法，并在此基础上探讨了平顺性需求的精度和技术保证措施，最后提出轨道精调施工过程中的平顺性控制指标，并就其在施工实践中的应用进行了探讨。

1轨道平顺性指标

1.1静态指标

根据《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB10754－2010），轨道静态平顺性主要指标如表1。平顺性指标中，高低和轨向是最重要的两个方面，高低、轨向是指钢轨沿纵向高低、方向的偏差。

表1高速铁路轨道平顺性指标

1.2动态指标

轨道动态平顺性指标包含动态检测的轨道几何状态和车辆动力学响应两大指标，其中动态检测的轨道几何状态指标与静态平顺性指标类似，也包含高低、轨向、轨距、轨距变化率、水平、三角坑（扭曲）等。动力学响应常规检测项目包含轮轨垂向和横向作用力、脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力、转向架构架和轴箱的横向和垂向加速度等车辆动力学响应稳定性指标、车体横向和垂向加速度、车体平稳性指标、车体横向加速度变化率等。其中垂向加速度和横向加速度大小直接影响乘车的舒适性及安全性，是动态调整的重点。轨道高低不平顺及轨道扣件的垫板缺失影响垂向加速度的大小，轨向的不平顺对横向加速度影响最大。

2高速铁路轨道平顺性检测技术

2.1大型轨检车和小型轨检仪对比

大型轨检车主要应用于轨道交通线路运营期间的检修、维护等、其优点众多，但价格昂贵。在施工、铺轨、精调等阶段检测内容相对较少，大型轨检车适用性优势并不明显，就此提出了小型检测车或轨检仪的概念。相比大型轨检车，小型轨检仪在精调工作中优势明显，其成本较低、小巧易携、操作简单、运输方便，虽功能较为单一，但也能满足日常的养护维修工作。

2.2轨道平顺性的绝对测量和相对测量

我国高速铁路采用“三网合一”的测量体系该测量体系基本满足了我国高速铁路建设的需要。“三网合一”测量体系主要由勘测控制网、施工控制网及运营维护控制三网组成。“三网合一”测量体系中，勘测、施工、运营维护阶段，线路及构筑物的里程和坐标始终一一对应，每一个里程只有一个唯一的坐标（x、y、z），这就保证施工和运营维护能够严格按照设计要求的线型，从而保证了高速铁路轨道的平顺性，也为构建数字化铁路管理平台创造了条件。

2.2.1绝对测量

绝对测量是以CPⅢ控制网为基准，先利用全站仪自由设站后方交会的方法确定全站仪中心三维坐标，接着按极坐标测量的方法测量轨道上轨检小车棱镜点的坐标，进而计算出轨道点测量坐标与设计坐标的差值，最后按照计算的差值逐步把轨道调整到位。本文试验采用导线混合网形，多测回边角测量方法，进行CPⅢ平面控制网的外业数据采集。CPⅢ平面控制混合网示意图如图1所示。

图1CPⅢ平面控制混合网示意图

2.3.2相对测量

与绝对测量对应，采用轨道检查仪测量轨道内部几何参数的方法称为“相对测量”，常用的有弦测法和惯性基准法。

（1）弦测法检测轨道高低和轨向，通常需要2至3名工人配合完成。

（2）惯性基准法是大型轨检车测量高低不平顺常采用的方法，原理是在运动车体内通过加速度计或陀螺建立一个惯性参考基准，利用位移传感器获取钢轨在惯性坐标系内的相对位置。

3高速铁路轨道平顺性精调技术

轨道残余变形可通过日常的轨道整理予以校正，对轨道平顺性进行控制，首先要做好不平顺的测量工作，其次要精确计算调整量，再进行轨道精调，这是良好轨道质量的保障。

3.1精调阶段划分

无砟轨道是当今高速铁路的先进技术，得到更加普遍的应用，对于高速铁路无砟轨道来说，目前的轨道精调分为静态精调和动态精调两个阶段。轨道静态精调是在联调联式之前，根据轨检仪测量的不平顺数据对轨道进行的调整。轨道动态精调是在联调联式期间，根据测量结果对轨道缺陷进行动态局部修复。

3.2精调量计算方法

轨道精调是通过轨道测量不平顺数据对轨道调整量进行计算，通过精调使轨道精度达到规范标准，满足行车舒适性要求。目前常用的精调量计算方法，可分为基于外部几何尺寸的坐标法和基于内部几何尺寸的渐伸线法两类。

渐伸线法是指直接利用公式计算渐伸线长度、选配曲线半径并计算既有曲线拨距的方法。工务维修实践中，长期以来以渐伸线作为依归以轨道内部几何尺寸为依据计算整正量。渐伸线中，因绳正法操作较为简便，广泛应用于普速线路以及提速线路的整道计算工作中。除此法外，工务维修中常使用一种经验方法进行整道计算，即目穿法。目穿法通过目测不平顺，经多次动道、逐点改善轨道平顺性。以上方法测定不平顺均比较粗糙，且严重依赖于操作者的技能与经验，易破坏设计线型，故目前不能作为独立的整道方法应用于高铁无砟轨道的养修。

3.3FAR精调技术

本文阐述的调轨方法，先准确计算出扣件（剩余）可调量范围，再以（剩余）可调量参与轨道不平顺控制，并针对扣件（剩余）可调量约束调整后所引起的轨道短波不平顺，在调整过程中加入相邻点偏差较差约束，引入 L1 范数最优化原则，构成一套轨道自动化精调算法，即“扣件类型-调整量-剩余可调量”（Fastener type-Adjusted values-Remaining allowed adjustable values，简称FAR）的调轨体系。

将此调轨方法用于长钢轨精调实测数据检验，结果表明：准确的扣件（剩余）可调量是保证有效精调方案与优化调整量的前提，能够有效避免模拟调整中调整量过大导致的现场精调扣件无法调整到模拟位而产生的平顺性超限和返工调整的缺陷问题，因此可以作为最要紧约束参与不平顺的控制。

5结束语

综上所述，铁路轨道准确的几何形位是保证列车安全运行的基本条件。高速铁路无砟轨道的理论研究和实践分析表明，只有在高平顺性的轨道上才能实现高速行车，而轨道平顺性检测是确保轨道高平顺性的最后一环，具有十分重要的作用。因此，高铁铁路轨道施工中，要重点加强对平顺性的检测，并认真落实精调技术，确保高速铁路轨道几何参数的精度，为高速铁路长久安全运营提供保障。

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