轨道动态检测在地铁土建结构监测中的拓展应用

彭 良 亮

(南京地铁运营有限责任公司工务分公司，江苏 南京 210000)

1 影响轨道动态检测数据因素

结合某地铁的设备养护实际情况，为便于分析说明将城市轨道线路的横断面图作为说明对象，将整个横断面分为轨道结构和土建结构两大部分。线路为整体道床结构形式时，轨道结构主要包含钢轨、扣件、轨枕在内的统一研究整体(下文称为对象一)，断面内除轨道结构外的土建结构综合为另一个研究整体(下文称为对象二)，详见图1；线路为碎石道床结构形式时，轨道结构主要为包含钢轨、扣件、轨枕、碎石道床在内的统一研究整体(下文称为对象三)，断面内除轨道结构外的土建结构综合为另一个研究整体(下文称为对象四)，详见图2。

为形象说明土建结构在轨道动态检测作业中对检测结果的影响，选取土建结构中对轨道动态检测几何参数影响较为突出的高低、水平(超高)、轨距三项指标进行分析说明。

1.1 轨道结构对轨道动态检测数据影响分析

根据GJ-6检测系统的原理[1]可以知道对象一、三在轨道高低和水平(超高)项目检测中能够影响检测结果的因素主要有：

1)钢轨病害缺陷，例如高强度的钢轨波磨、无缝线路焊接接头处的高低接头病害等；

2)扣件病害缺陷，例如轨下垫板/板下垫板缺失造成的空吊病害等；

3)线路中轨枕空吊病害；

4)线路整体碎石过渡段软硬结合部位的竖向结构刚度差异。

GJ-6轨道检测系统参数见表1。

表1 GJ-6轨道检测系统参数

对象一、三在轨道轨距项目检测中能够影响检测结果的因素主要有：

1)钢轨磨耗。钢轨垂直磨耗与作用边的侧向磨耗都能影响轨距检测结果；

To understand detailed characteristics of jet noise from singlestream exhausts,for a given nozzle,the spectral characteristics of the parametric variations can be examined in two ways:(A)fi x NTR and vary NPR and(B)fix NPR and vary NTR based on the nozzle operating conditions defined in Table 2.

2)扣件横向不稳定性。扣件中钢轨轨底与扣件挡肩或轨距块离缝，扣件锚固螺栓与轨枕的联结失效都会导致扣件横向稳定性不良；

3)道碴不密实或轨枕病害导致的线路横向稳定性不良。

尽管轨道结构存在的病害缺陷可以通过轨道动态检测数据结果表现出来，但是轨道结构中的各种病害缺陷都有一定的影响范围，在影响范围以外显示出来的检测数据结果缘由是值得思考的问题。

1.2 土建结构对轨道动态检测数据影响分析

土建结构是地铁各类设备安装的基础，土建结构形式、结构状态直接或间接影响着其他专业设备的状态。城市轨道交通运营线路中的轨道专业设备因与土建结构的紧密联系其设备状态(主要为轨道线路几何状态)受到结构形式、结构状态的直接影响。在对线路进行轨道动态检测中常发现轨道结构良好的线路区段仍然出现异常检测数据，很多土建结构病害在高精度的GJ-6轨检系统检测过程中都能有数据体现，同时在专业人员的配合下也能在现场设备检查结果中予以核实确认。

研究成果已经表明，高速铁路中桥梁结构变形映射至轨面几何形态中呈现出定量化的变化关系。运行线路中钢轨变形最值与桥梁结构变形幅值呈线性关系，桥梁结构变形幅值越大钢轨变形最值相应增大[2-4]。梁体结构变形表现形式多种，梁体的纵横向位移变形、扭转变形、支座变形、墩台变形、梁体的上拱或下挠变形等。这些结构变形因素中的一种或几种变形在满足适当条件下都能映射至轨面几何形态中表现出来。地铁运营线路虽与高速运营铁路存在差异，但结构形式与轨面之间的关系仍具有借鉴意义。

土建结构沉降会影响轨面不平顺[5]。当土建结构发生不均匀沉降时无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载的共同作用下发生跟随性沉降变形。各层沉降幅值依次增大，沉降值越大轨面不平顺越明显，在特定沉降波长条件下，沉降值超过25 mm时轨道结构与土建结构发生脱空，轨面不平顺明显显现出来。在线路动态轨道检测结果中轨面不平顺的值与土建结构沉降值成正比关系，并且在某特定范围内有放大或收缩一定影响值。结构沉降能导致轨道线路几何状态不平顺，最终通过轨检系统在检测结果中显现。

对象三、四作为与轨道专业设备的直接联系的土建设备，是轨道专业设备安装的基础，当对象三、四出现病害缺陷时引发轨道整体结构稳定性差异导致线路检测结果数据异常。这种异常时常以超出轨道结构影响范围以外的检测数据值表现出来。准确及时的发现和识别这些超出轨道结构影响范围以外的异常检测数据结果，为土建结构的故障识别、病害养护和结构安全隐患消除提供辅助方法和方向。

2 轨道动态检测数据中土建结构引起的异常识别与应用

2.1 桥梁竖向挠曲变形

2.2 整体道床脱空

2014年6月某地铁线路在轨道动态检测时发现线路左右高低异常，三角坑、水平异常。异常处左高低峰值6.15 mm，谷值5.17 mm，4.25 m范围内高低差值为11.43 mm。水平值-6.88 mm，三角坑病害4 m范围内13.70 mm。专业人员现场无荷载静态检查轨道结构设备良好，后续对土建结构进行检查时发现此轨道数据异常处为地铁隧道区间上下行联络通道处，因土建结构沉降，导致整体道床与土建结构剥离，形成脱空部位，在道床自重和列车动荷载作用下在线路动态轨检中表现出轨道几何不平顺，以高低项反应最为突出。整体道床脱空病害在发展初期往往具有一定的隐蔽性，在现场结构巡检中一般难以发现，通过动态轨检及时发现整体道床的脱空病害并及时进行维修治理，消除地铁运营安全隐患，见图5。

2.3 局部结构沉降

2016年4月某地铁线路在轨道动态检测时发现线路下行8K+700左右高低突发异常，高低峰值13.28 mm,谷值13.71 mm，9.15 m范围内高低变化值26.50 mm，轨道专业人员现场检查此处轨距、轨向、水平参数均在正常范围内。后续土建专业人员在详细检查后确认该区域存在结构沉降病害。此案例进一步表明轨道动态检测在辅助监控土建结构状态，发现土建结构病害中具备一定作用，见图6。

2.4 轨道动态检测在土建结构管控中的应用

土建结构是城市轨道交通运营的基础，桥隧结构安全是地铁安全运营的首要因素，做好对土建结构监管是保障地铁安全运营的必要工作。地铁桥隧结构具有形式多、数量大、分布广的特点，部分结构病害隐蔽性强、发展快、后果影响严重。能有效借助高精度的动态轨道检查设备加强对土建结构的监测，既能提高监测效率还能及时发现和处理部分土建结构病害，利用持续的轨检数据跟踪分析能有效掌握和分析土建结构病害的发生、发展过程并做好过程管控。

将轨道动态检测技术运用在土建结构监测中一方面能加强专业人员之间的联系沟通，通过轨检数据分析研究和现场比对检查不断提升专业人员的技能水平；另一方面，充分利用轨道动态检测设备辅助对土建结构的变形情况进行测量；最后通过对轨检数据的识别和分析，能对土建结构中的隐蔽性较强的病害进行发现和监控。

结合本文的多个现实案例，可以考虑利用轨道动态检测设备对桥梁结构变化、整体道床脱空、局部结构沉降等进行辅助监控，提高设备利用率，加强土建结构变形管控。

3 结语

1)轨道动态检测中数据结果并非完全由轨道结构影响。

2)轨道动态检测中对地铁运营线路中的整体道床脱空、结构沉降等土建结构病害及高架线路中桥梁竖向挠度特征都能在轨检数据中直观表现。

3)运营线路中土建结构管控过程中存在巡检周期长、病害隐蔽难发现等困难，借助其他辅助监测手段能加强土建结构设备的状态管控。

4)轨道结构与土建结构之间的紧密联系，通过轨道动态检测数据分析可以判断轨道几何状态与土建结构状态，将地铁轨道动态检测运用拓展至土建结构的变形监测，为土建结构的养护维修、病害治理和安全管控提供数据支撑，为城市轨道安全运营提供坚实保障。