道岔捣固顺坡以及衔接部分施工工艺*

顾建华

(1．武汉大学 经济与管理学院，湖北武汉430072;2．广州大型养路机械运用检修段，广东广州511486)

我国铁路网四通八达，承担了国民经济客货运输的重要任务，如何确保铁路列车运行的长期安全可靠显得尤为重要，这离不开线路等固定设备的有效养护和维修［1］。其中道岔是铁路固定设备轨道结构的重要组成部分，是工务工程养护维修的重点部位［2］。实践表明，在固定的线路结构设计过程中，道岔捣固车作业过程中经常碰到顺坡作业以及岔群区域施工断点衔接的问题，严重影响道岔捣固的施工质量，为提高线路养护维修质量，确保列车行车安全，采用一定的施工工艺和方法进行重点控制势在必行。

1 道岔捣固车相应的几何参数和原理概述

1．1 几何参数及数学模型

在捣固车作业过程中，拨道和抄平系统要完成2个方向上的道床几何尺寸检测及整正作业:即纵向水平(简称纵平或水平)和横向水平(简称横平或超高)。在拨道、抄平系统内部，横平和纵平相互联系、相互作用，起道、抄平作业在同一起道执行动作中完成［3］。起道、抄平作业较为常用的作业车型为CD08－475型，以CD08－475型道岔捣固车为例进行分析和运算［4－6］，其几何参数如图1所示。

图1 CD08－475型道岔捣固车几何参数Fig．1 The geometric parameters of switch tamping car CD08－475

1．1．1 基本几何参数

(3)R点和F点的影响系数。由图1示几何关系R点的影响系数:

由图1示几何关系F点的影响系数:

1．1．2 起道原理分析

根据R和F点的影响系数，并由图2所示的原理可知抄平作业时，以M为基点起道值是由F和R点的反馈而影响。

R和F点对M的影响值:

图2 抄平原理示意图Fig．2 Sight principle diagram

1．1．3 三点法拨道原理分析

在实际拨道作业过程中就CD08－475型道岔捣固车的三点法拨道是用四点法拨道模拟三点法拨道的方法来实现的。原理如图3所示。

图3 四点法模拟三点法拨道原理图Fig．3 Four simulation three point method to track lining principle diagram

由图3可见:在以BD为弦长BCD为弧的模型中与08－32的三点拨道原理相同，其中H′1就是08－32对应的偏差值。由于H′1近似与H4相等(所存在的误差是高阶的无穷小)，所以，只需要把H2和H3矢量值相抵消就可以了，这样就实现了四点法模拟三点法拨道。

其中:H3+H4为拨道传感器正矢偏移，H1为测量传感器正矢偏移:

由以上两式可得:

对于D点随动的补偿是抵消C点一部分的残余值，这些在电路里面都是固定的。实际拨道运用的原理就是绳正法测量精度的长度为18．8 m，自动拨道的时候就是以这个长度进行测量反馈来进行补偿的，所以，D点前端的误差是没有办法控制的，激光拨道就是把在激光小车的发射点加进了一个实时补偿前端(D点)对拨道系统进行了前端误差(线路的偏差)的修正，等于把弦线延长到了激光点，大的方向(激光发射的精度一般300 m以内)可以得到修正。

1．2 模型参数的分析

图3中F点的情况Fy(x+11．12)包含了自身结构和电路两部分。自身的结构是由线路的状况决定的;电路部分是通过电路与本身结构的系数相乘后叠加，由传感器电路部分来控制起道，各部分就可以直接通过人为控制来实现，相当于虚拟控制F点的效果，电路部分包含了3个方面:手动输入部分、ALC系统输入部分、激光修正部分，通过3个方面的结合使用和对线路的测量就可以消除线路本身结构或不良情况对抄平过程的影响。

而R点只包含了本身结构的部分，这就要求选取作业点的时候尽量保证选取线路从R点到M点线路状况良好的区域进行作业。

M点在上面的模型中是作为基本点进行建立的，在电路部分也可以改变，这样的控制类似于虚拟控制基本点M的效果，不同的是它可以单边控制不像F是左右同时控制，这个主要是用于控制横向水平。

在横向水平和纵向水平的综合控制下就形成了一个面的控制效果。

这在实际的起道作业中就是一个反馈比较的过程，当f(x)与抄平传感器值抵消(或起道相抵为负值)时，起道作业的过程结束。

静态的分析就是:Fy(x－6．12)和 Fy(x+11．12)是 2 个静态数值的过程。

2 顺坡作业工艺分析

2．1 顺坡率变化对顺接的影响分析

若按照道岔车经验的作业模式，每捣固一根枕木起道值变化1 mm(由前端输入)，其顺坡影响值:

x:顺坡作业前进的里程。

在线路情况理想的情况下，

其中:C为前端起道的初值，

两者相加等于1，其作业的实际起道值为:

因为，当x∈(－∞，0］时，

fh(x)=0(顺坡过程，x为负值，无法起道)，所以，当 x ∈ (0，6．12］时，

fh(x)=C －0．646x(顺坡过程，x为0 －6．12，起道量需减去顺坡影响值)。

当 x∈ (6．12，∞)时，fh(x)=C － 0．646x+0．645 × fh(x － 6．12)。

fh(x)对x求一阶导数可以得到顺坡率:

当 x ∈ (0，6．12］时，p= － 0．646

当 x∈ (6．12，2 × 6．12)时，

p= － 0．646 － kR× (－ 0．646)=0．975

当x∈ ((n －1)×6．12，n ×6．12］时，

p= －0．646－kR×(－0．646)－ …

由(4)迭代进行计算，前端的输入以固定速率顺坡，其顺坡率是变化的，如表1所示。

表1 固定顺坡系数数据Table 1 Fixed along the slope coefficient data

由表1可见:这样顺坡率的变化会造成顺接的困难。

2．2 顺坡系数的优化调整

由上述的分析可知，反馈是以固定的RM点的距离进行的，如果设定第1个6．12 m以b1每空顺坡，第2个6．12 m 以b2每空顺坡，第 n个6．12m以bn每空顺坡，进行推广分析。

在x∈((n －1)×6．12，n ×6．12］时，其上述(2)～(5)式变为顺坡影响值:

前端影响值为:

实际起道:

顺坡率为:

所以，要对顺坡系数进行优化调整，如表2所示的顺坡率的工艺就是合理的。

表2 优化顺坡系数数据Table 2 Optimize the slope coefficient data

图4 顺坡率的比较Fig．4 The comparison of the slope rate

经过优化后的顺坡率均接近1‰，符合线路的顺坡要求，而且也便于操作。在(3)式中的C是起道量的高度直接影响到顺坡的线路长度，若按照1‰考虑，则起道高度和顺坡的距离基本就是1 m对应1 mm。

2．3 分 析

在直线上面作业时，顺坡的过程就是顺坡率起道值由0增加到起道初值的过程，顺坡率为正值，如果要顺成直线固定坡率的话就要计算实际起道到所需要的起道量后，前端的输入降为实际起道，出现了固定坡率和0坡率的转接;直线上面作业结束时，顺坡的过程就是顺坡起到初值减少到起道值为0过程，顺坡率为负值。顺接有固定顺坡率的线路则可以按照原有的顺坡率以固定的顺坡系数进行顺坡，值得注意的顺接点一定要对应。

3 捣固作业中衔接处的工艺分析

3．1 起道作业中起点与终点的衔接

(1)起点即前次施工作业的起点区域作为本次施工结束点区域。

(2)对上次起道值开始顺坡时捣固作业点(B点小车位置)做好标记，并了解给定的起道值和起道顺坡率。

(3)一般要求本次起道量与上次施工给定起道值一致，当前端小车(即D点小车)位置与上次起道捣固标记起点位置一致时，大机二号位操作人员应将上次起道顺坡率作为本次施工作业结束的顺坡降进行降起道量，直至作业结束。

(4)较理想状态是本次施工结束时B点小车位置刚好到达前次施工起道量给定到位后前端小车(D点小车)位置。

(5)结束点即前次施工结束点区域一般作为本次施工作业起点区域。

(6)对前次施工结束时起道量开始下降顺坡时B点小车位置做好标记，并了解顺坡率和起道值。

(7)本次施工中B点小车位置与前次施工中顺坡起道量开始下降时B点小车位置一致时作为捣固作业的起点，并开始给一定量的起道值，该值使左右起道表指针指示为零，在此基础上，按上次顺坡率进行起道量增加，起道量给定总量也以上次施工给点值一致。

(8)设备故障原因，不能继续进行顺坡或者捣固作业，工务部门应该组织工务部门利用起道机具进行顺坡作业。对于封锁区段限制不能按规定顺坡率进行作业的施工负责人应该做好预想，做到最佳顺坡率。在曲线区段顺坡时遵照上述规定但是不能在缓和曲线上进行顺坡作业［7］。

3．2 拨道作业中起点与终点的衔接

(1)使用自动拨道情况下，作业起点应该选在“零点”开始(A，B，C和D)在一条直线上面，开始自动拨道作业，在衔接点仍采用自动拨道，直至作业结束，拨道指示表指示零点时关闭拨道即可。应在前次作业结束拨道区域加载并查找拨道零点，然后打开自动拨道作业，直至在顺坡阶段找到零点时结束拨道作业。

(2)使用激光拨道情况下，必须由工务部门提前做好测量，激光发射点应设在上次作业后平直线路上，且本次拨道作业起点区域方向应与激光发射点在同一中心线上。需要注意的是本次作业起点区域AD段的直线长度应大于24．65 m，并在线路上标记出来，激光点位置距作业起始点位置不大于300 m。激光拨道作业结束时，如前端平面存在偏差时，应在二号位输入激光作业时的偏差值。在此种情况下，必须由工务部门提前找好激光发射点，激光发射点也是作业结束点，应与前次作业后线路方向在同一中心线上。操作方法与前次施工作业起点处的衔接施工中激光拨道作业相同。

3．3 道岔群区开向不同换加载的衔接

(1)对于可动心的道岔区域，不存在有害空间，其对拨道的测量系统影响很小，应该保持拨道的连续性，从一次方向加载过去［8］。对于存在有害空间的道岔且前后道岔是存在不同开向时，应该在D点作业小车接近有害空间时候(加载方向为有害空间的对面侧)更换测量小车的加载方向。

(2)采用自动拨道时，在D点靠近反开向道岔有害空间前找到一个拨道“零点”的位置做好标记，更换小车的加载方向在确认前后动车安全的情况下，前后移动机械车，使测量轮对靠轨回到作好标记的位置，是“零点”时继续自动拨道作业。不是“零点”往作业反方向退车(A点小车不能到前面作业完道岔岔心有害空间)，至找到最近的零点只拨不捣至捣固作业点，继续作业。

(3)采用激光拨道时，在D点靠近反开向道岔有害空间前找到一个拨道“零点”的位置做好标记，并记录好前端的偏移数值，更换小车和激光小车的加载方向，前后移动机械车，使测量轮对靠轨回到做好标记的位置重新标对激光到记录的数值，是“零点”继续自动拨道作业，不是“零点”往作业反方向退车(A点小车不能到前面作业完道岔岔心有害空间)找到最近的零点，重新标对激光的零点只拨不捣到原来的位置。前端输入数值的情况与激光的方法是一致的。

(4)为了更加高效优质地保证施工质量，在安排封锁计划时要求:单组道岔(包括单开、交分、交叉渡线直股)必须在一个封锁点内完成;在封锁作业范围内有竖曲线的，必须一次将竖曲线全部作业完成;安排精确捣固的道岔，需一次将作业范围内道岔作业完毕。另外起道、拨道困难的区域应由人工协助配合施工。

4 结论

道岔捣固车作业过程中的顺坡作业以及岔群区域施工断点衔接的问题，可以根据CD08－475型道岔捣固车的起拨道控制基本原理，采用有效的施工工艺，加强重点部位监控，提高作业质量，能够有效消除病害，进而确保铁路列车行车的安全可靠。

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