CRTSⅠ型双块式无砟轨道静态调整和动态调整技术

2010-09-02刘世海郭建钢

铁道标准设计 2010年1期

关键词：轨距轨枕扣件

刘世海,郭建钢,王波

(中铁三局集团武广项目经理部,湖南衡阳 421001)

CRTSⅠ型双块式无砟轨道静态调整和动态调整技术

刘世海,郭建钢,王波

(中铁三局集团武广项目经理部,湖南衡阳 421001)

客运专线要求高平顺性、舒适性、安全性,对轨道结构及几何尺寸提出很高的要求,除在无砟轨道施工期间保证精度控制以外,施工完成后在联调联试期间还应对轨道进行仔细的调整,确保其几何尺寸满足要求,结合武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道的施工,主要介绍在联调联试前后的静态调整和动态调整。

武广铁路客运专线;双块式无砟轨道;数据采集;静态调整;动态调整

1 工程概述

武广铁路客运专线设计时速 350 km。设计线路双线,最小曲线半径7 000m,最大纵坡 20‰,电力牵引,轨道类型主要为CRTSⅠ型双块式无砟轨道。由中铁三局武广铁路客运专线 XXTJIV标经理部承建的无砟轨道工程,正线起讫里程 DK1 713+536.18～DK1 820+029.65,总长 105.497 km,位于衡阳市和郴州市境内。笔者对管段内 CRTSⅠ型双块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。

2 轨道的静态调整

轨道的静态调整是在联调联试之前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,对轨道线形进行优化调整,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高速行车条件。

轨道静态调整流程：CPⅢ复测、扣件调查、焊缝检查、轨道测量、调整量计算、现场标示、轨道调整、轨道复检。

2.1 CPⅢ复测

只有真实、可靠的轨道数据才能准确反映轨道的实际几何尺寸,才能进行准确的判断与计算,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。

(1)在 CPⅢ控制网复测前,先进行全面的检查,重点对已经破坏的 CPⅢ控制桩重新埋设;确保整个网的控制点都在测量范围内,尽量避免 CPⅢ点的二次复测,以保证整网数据及相对点位精度的一致性。

(2)复测前,根据既有的 CPI、CPⅡ及 CPⅡ加密点的分布情况,合理确定 CPⅢ控制网长度。在控制网衔接处的已知点地势条件要好,要保证在 CPⅢ测量时直接通视,与全站仪的高度角还不能太大,同时最好不要位于特大桥附近,尽量避免在特大桥、隧道出入口附近进行分网测量。控制网长度均在 4～8 km。

(3)选择合理时间、选择良好的外部环境进行CPⅢ复测。

(4)对 CPⅢ控制点进行全面复测,复测尽可能一气呵成,尽可能保证整个控制网在最短的时间内完成测量,使整个网存在的误差具有一致性。复测结果必须达到相对点位精度为 1mm以内,确保整网大部分相对点位精度(误差椭圆长轴误差)在 0.7mm以内。

(5)CPⅢ控制网的补测要因地制宜并采取不同的方式进行。如果整网复测后,在数据采集前有个别的CPⅢ点被破坏就需要补测,如果是连续的几个点被破坏,则需要按照 CPⅢ测量方式连续测量,在计算时将破坏点前后没有被破坏的 CPⅢ点作为约束条件(不少于 6个),保证与先前测量的 CPⅢ点相对精度;如果仅是个别点被破坏,则采取前方交会方式,从两个不同测站测量这一点,两站测量的坐标误差在 2mm以内,则取平均值作为测量结果;如果仅个别 CPⅢ点在数据采集前也可以不补测,在使用时采用连续 7个 CPⅢ设站采集数据,不影响精度。

(6)CPⅢ高程测量尽量在阴天进行。

(7)所有复测后的 CPⅢ数据(平面和高程),只要整网精度符合要求,不论与原施工时使用的 CPⅢ平面坐标和高程差多少,都要采用复测后的数据作为轨道精调前的数据采集依据。

2.2 扣件调查

复测完成后,对轨枕进行编号,每一根轨枕只有唯一编号,轨道的静态调整和动态调整都是按照轨枕编号进行的。

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≯0.3 mm,轨枕挡肩与轨距块间隙≯0.3mm。检查的具体内容如下。

钢轨：是否污染,是否有缺损,是否有变形,主要是目测检查。

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。

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

轨道数据采集是无砟轨道调整的关键一步,其数据采集的精度与可靠性直接关系到调整量的大小和调整是否到位,是否满足轨道的高平顺性要求。

(1)对使用的全站仪、精调小车等测量设备进行常规检定校核,满足要求后才能使用。

(2)对精调小车合理分配任务,每台小车尽量连续测量某一股轨道,尽量避免在某一区段采用不同的小车测量,这样便于数据的系统分析,减少系统误差。

(3)精调小车在测量时,距离不大于 65m。精调小车对轨道逐根进行轨枕连续测量,分次测量时,两次测量搭接长度不少于 20根轨枕;20根轨枕基本达到13m长度,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,每次设站精度要达到 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 20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,否则就会越调越不理想。

(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。

2.4 调整量的计算

(1)在数据采集完成后及时对每一测站数据进行叠加,形成能计算的数据,在叠加时每一段都应选择“扩展类型”,能更有效保证轨道的顺接性。

同时特别注意在叠加过程中,轨道的标准几何参数必须选择正确,同时要检查设计的线路平面参数、纵坡参数是否正确,里程与高程是否对应,里程与坐标计算是否正确,断链是否考虑,长度与里程是否一致,超高设置等。

(2)当对叠加在一起的数据进行计算前,应先检查该区段的导向轨是否正确,在某些区段,本是一致的导向轨,结果出现不同的导向轨,这样就会发生计算错误。

(3)调整计算的基本原则：“先轨向,后轨距”,“先高低,后水平”,这个原则性的规定不能改变。

(4)轨向调整,应先根据输入参数确定的导向轨是否一致,确定一股钢轨作为基准股(曲线地段选择高股,直线地段选择与前方曲线高股同侧钢轨),对基准股钢轨方向进行精确调整。

在计算时从两个方面控制基准轨的轨向调整,即平面位置、轨向短波。在计算完成后轨向的标准要达到短波 2mm/30m合格率 100%,1mm/30m合格率≮96%;长波 10mm/300m合格率 100%;线形平顺,无突变,无周期性小幅振荡,这样才能满足要求,进行下步的轨距调整。

(5)轨距调整,固定基准股钢轨,调整另一股钢轨,轨距精度控制：±2mm合格率100%,±1mm合格率≮96%,轨距变化率≯1.5‰;该股钢轨方向线形应平顺,无突变,无周期性小幅振荡。从本次轨检数据看,按照轨距 ±2mm的标准控制有点偏大,应按照 ±1 mm控制轨距,这也是本次轨检后轨距不合格率偏高的主要原因。除横向调整了轨距以外,还应纵向看轨距的变化率是否满足要求,同时 5 m间距的两根轨枕轨距相对差值也必须在 1 mm以内,最大不得超过1.5mm。

(6)高低调整,应先选定一股钢轨为基准股(曲线地段选择低股,直线地段选择与前方曲线低股同侧钢轨),对基准股钢轨高低进行精确调整,在计算时也从两个方面控制基准轨的高低调整,一是从高程的数据考虑 2mm/5m,二是从高低短波考虑 2mm/5m,在高低短波计算时不能只从单点考虑 2mm是否满足要求,还应考虑相对差值必须在 2mm以内。

在计算时还应考虑三角坑的高低,应从第 1根轨枕数据往下计算与第 5根轨枕的数据,要同时满足要求,综合考虑,才能保证高低的平顺性。

短波2mm/30m合格率100%,1mm/30m合格率≮96%;长波 10mm/300m合格率 100%;线形平顺,无突变,无周期性小幅振荡。

(7)水平调整,固定基准股钢轨,调整另一股钢轨高低,校核水平精度,1mm合格率 100%;水平变化率,相邻两根轨枕≯1mm,间隔 5根轨枕≯2mm;该股钢轨高低线形应平顺,无突变,无周期性小幅振荡。

经过对轨道车检测结果的分析看,在数据处理过程中,1mm合格率对动态检测的影响很大。而三角坑的出现位置附近都伴随着水平超高的超限,所以静态调整精度应该对轨距和水平的要求有所提高,主要控制变化率不大于 0.7 mm,合格率不小于 90%这一指标。

2.5 轨道调整

对计算的调整量进行核对优化后形成正式“调整量表”,用于现场调整。备足调整件数量。根据调整量表准确统计各类调整件需求数量,据此尽早补充到位,并预留一定余量。

(1)在调整前应根据需要调整的区段,需要的各类型号调整件数量,是否满足要求,然后决定对该区段进行调整。当调整件不满足要求时,最好不要对该段进行调整,避免发生二次调整,对螺栓经常进行扰动会影响钢轨的稳固效果。

(2)由调整计算人员对现场负责调整的技术人员或工班长进行交底,交底内容主要是调整方向及位置,螺栓的松动与紧固应注意的事项,负责人应仔细核对资料里程与现场标示轨枕号、里程是否一致,现场不要发生轨枕号漏编现象,内业计算时轨枕号不要错位,否则容易发生调整错误现象。

(3)在现场调整中,应分组分程序进行。

第一组人负责根据调整数据贴标签,把需要调整的位置和型号标在轨枕上。

第二组人负责扣件的配料,把需要的扣件按型号放到需要调整的位置(第一组已在现场贴标签位置)。

第三组人员负责在贴标签处松扣件,把需要调整的扣件松开,其中最多不能松过 8根轨枕,并且要比需要换扣件的位置多松开 4～6根轨枕。

第四组负责扣件的更换,保证安装的位置和方向正确,同时在安装前应对钢轨底部、侧面进行清理。

第五组负责紧固扣件,保证扣压力达到标准。

第六组由有经验的线路工进行目测,保证不能有大的突变点,当出现不平顺的地方可以根据道尺旋线,结合现场实际,对不太合理的点进行处理,以消除线路中存在的局部隐患。防止现场换错换反现象。

现场更换时,第一：必须保证计算数据与现场轨枕的一一对应。第二：必须保证换的挡板的方向,垫板的厚度,与计算资料相符合。第三：更换完的扣件必须设立专人检查,确保更换的准确性。

2.6 轨道复检

静态调整第一次完成后,应该对调整量比较大和连续调整地段进行复核测量,以检查调整的准确性,同时可以作为动态调整的基础数据。

3 无砟轨道的动态调整

无砟轨道的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,对部分区段几何尺寸进行微调,对轨道线形进一步优化,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。

动态调整主要是依据轨道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。

目前主要的动态检测手段：低速(≯160 km/h)轨道检测车、高速(250～350 km/h)轨道检测车、高速轨道动力学检测车。轨道动态检测标准见表1。

表1 轨道动态检测标准

3.1 低速轨检车动态检测指标和调整

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。

3.1.1 轨向、轨距、轨距变化率现场检测及处理

轨向、轨距、轨距变化率均通过调整轨距挡板来完成调整。首先分析波形图、TQI值和轨道静态调整的调整表。

从图1可以看出,K1771+800处由于右轨向造成了此处的小轨距现象,结合该段 TQI表的分析,本段轨向应有 3～4mm的调整量,初步分析应是现场更换时人为错误所致。

图1 K 1 771+800波形

通过查找静态调整量表(表2),经过现场对照后,发现右轨调整方向错误,调整过后,此处轨向问题彻底消除,如图2所示。

表2 静态调整量

图2 调整后K1 771+800波形

并不是所有的轨向和轨距都能通过静态的调整表来找出位置,如果调整表无法确定位置,就需要通过道尺、弦线和轨检小车的方式进行查找。不管怎样,波形图和 TQI值是参考的基础。

3.1.2 高低、水平、三角坑的现场检测及处理

高低、水平和三角坑通过调整垫片来完成。同样,先分析波形图、TQI值和调整表。在调整表未发现错误时,只能通过轨检小车进行检测。

3.2 动车组的动态检测指标和调整

CRH动车组检测指标主要包括：高低、水平、三角坑、动力学指数。没有低速轨检车的轨向检测和 TQI值,但是增加了动力学指数的检测。

3.2.1 轨道几何状态的调整

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 2 d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。在检测时,由于检测里程的偏差,实际超限点里程通过对比直缓点和缓直点来确定采集范围,如果波形图上的直缓点显示里程为 K 1 767+000,但是实际的直缓点里程为 K1 767+050,这时,在超限报告中,超限点里程也应该在报告上的大里程方向 ±50m范围内。确定了这一点,便于在现场找准位置,就可以大大减少数据采集的工作量。

在动车检测的超限点中,二级超限点三角坑的峰值为 4～6mm,通过现场采集发现,4～6mm的峰值所对应的采集数据的偏差为 2～3mm。

例如,我们对 K1 774+200处的二级超限点进行分析,通过波形图初步分析为水平超高引起的三角坑,于是现场进行了数据采集。数据采集后与波形图显示结果一致,主要是左轨出现超高现象。当天晚上处理完毕后,检测车第 2天又对轨道进行了检测,分析调整后波形图,发现调整到位,没有出现超限点。把第 2天检测的波形图和第 1天的波形图进行对照,发现处理到位。

3.2.2 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 0～0.3mm。

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。