轨道几何形位的测定方法探讨

□孙艳英

轨道几何形位参数在整个城市轨道交通系统中占据重要地位。轨距设置不合理或后期轨距值偏大、偏小，将会严重影响车轮与钢轨之间的摩擦力，行车安全受到一定威胁，乘客乘坐舒适度严重下降。轨道结构的平顺性影响着车轮、钢轨之间的关系，轨道结构平顺与否决定着轨道的质量状态，平顺性与否是表明轨道载荷水平和整体水平的指标，是维修部门落实维保计划的依据。为了确保列车运行的舒适性、安全性和平稳性，轨道结构应保证能提供较高平顺性的基础[1]。轨道不平顺将对行车安全和平稳有影响，车轮和钢轨间的动力作用增大，维修时间、成本加大，列车和线路设备的寿命将缩短。如果轨道不平顺不能及时的诊改维护，轨道结构病害将越来越严重。

一、轨道几何形位的测定

轨道几何形位的测定是对轨道的形变状态进行检测，为线路的维修保养提供依据。主要检测参数有：

(一)测量评价方法。至今为止，应用的轨道几何形位的评价法有整体不平顺法及局部不平顺法[2]。轨道局部不平顺法主要是对某一区段的参数偏差进行分析，它主要分析超限范围、最大值及数量，能快速、准确地对轨道区段进行维修保养。整体不平顺方法分统计分析法及功率谱密度法。检测方法有弦测法、惯性基准法、弦测法与惯性基准法相结合的方法。

弦测法是一种相对静止的测量方法，以测量位移为基础，以钢轨两个测量点的相接为弦，最大矢度点到弦的距离为弦测值。弦测法的函数不恒等于0，范围在0～2间波动，无法准确地表明轨道平顺性的情况。弦测法的检查方法简单、装置简单、操作简单，有两点差分法、正矢法、三点弦测法，弦测法在保障列车振动舒适度方面以及检测精度方面是有利的，是轨检小车、人工检测最常用的基本方法，得到了广泛的应用。弦测法也有一定的缺陷，由于轨道结构具有相当的刚度与硬度，在小范围内轨道结构变形体现的不是很明显，所以，该方法进行不平顺检测仅体现部分轨道结构病害变形所带来的不平顺状态。

惯性基准法是一种利用惯性原理的动态测量方法，首先在运动的检测设备内部确立一个惯性参考对象，通过位移传感器测定钢轨相对于参考对象的位移，继而明确轨道平面在惯性坐标系中的位置[3]。由于实际作业过程中，运行的检测车无法确定静止的测量基准线，因此工务部门优先选用改进后的惯性基准法来进行测量，也就是位移与加速度积分叠加惯性基准法。采用惯性基准法测量的设备主要是大型轨检车，它的检测效率高、检测结果准确，但是它的成本高、测量步骤繁琐，它的运行会影响正常列车的运行作业，不能满足工务日常检测需求。后期随着对设备的研究与改进，造价低、体积小、精度高、使用方便的小型轨道检测设备代替了轨检车。小型轨检车是由维修人员在钢轨上匀速推动，它能实时的测量、显示指定位置的几何形位参数，具有故障报警功能，它能准确地标记故障点，便于维修人员后期维修工作。在无缝线路钢轨接头处，便携式轨检车经过时会产生振动，但是这并不会影响检测的准确性。

(二)测量技术。

1.人工测量技术。

(1)轨检小车(轨检仪)。轨检小车是用于测量高低、轨向和三角坑等参数的设备，它利用传感器和三维坐标，利用数学模型，测定轨道不平顺状态的几何参数。

轨检小车是一种几何形位静态检测仪器(也被称为“轨检仪”)，是“一测一停”式的手推式测量仪器。它由硬件、软件部分构成，硬件含电源、倾角传感器、数据处理装备、轨距传感器、轨道中线坐标测量装备、里程传感器等。它可使用传感器对水平、轨距等参数进行测量，然后通过软件进行处理，能实时得到高低、轨向、轨距、水平等参数，继而对轨道的平顺性实时的评估。

(2)人工线路的检查。维修人员应该重点对线路的桥隧、曲线、平交道口以及薄弱部位进行检测，工务人员应准确填写人工线路检测表，采取相应措施进行维修保养。人工线路的检查工具有弦线和道尺。

2.轨检车测量技术。轨检车是轨道动态检测的重要设备，我国轨检车有电磁传动式、机械传动式、GJ-3型、GJ-4型、GJ-5型、0号高速综合检测车以及GJ-6型。轨检车在使用时，把0.25米作为相邻检测点，分别对轨距、水平(超高)、高低、轨向以及三角坑等参数进行检测。

轨检车是通过测量摄影机组以及惯性测量系统对轨道不平顺进行检测的工具，其检测速度可达上百公里每小时，减少了人为误差而引起的数据不准确现象，检测效率比较高。轨检车还可以测定与车体相关的加速度，能够从行车平稳性、乘客舒适度等方面评价轨道质量状态。但是，由于轨检车主要通过惯性测量设备进行测量，测量精准度会随时间的增加而下降，其维修量很大。

GJ-4型轨检车检测项目及精度有：轨距精度是±1.0mm，超高(水平)精度是±1.5mm，高低(左右)精度是±1.0mm，轨向(左右)精度是±1.5mm，三角坑精度是±1.5mm，水平、垂向加速度精度是±0.01g，复合不平顺精度是±1.5mm。其中各检测项目中正负号定义如下：轨距偏差正负：测量值小于标准值时取负，否则取正；超高水平正负：沿轨检车运行方向，右轨高取负，否则取正；高低正负：高低向上为正，向下为负；轨向正负：沿轨检车运行方向，向左取正，向右取负；水平加速度：平行于轨道面，垂直于轨向，沿轨检车运行方向，向右取负，否则取正；垂向加速度：垂直于车体地板，向上为正；曲率正负：沿轨检车运行方向，右轨取正，左轨取负。

二、轨道不平顺的分析方法

利用检测数据分析不平顺性方法有两种，一种是对局部不平顺幅值采用超限评分法，一种是整体不平顺分析法。

(一)轨道的局部不平顺分析方法。局部不平顺分析方法主要使用不平顺幅值超限扣分法，它主要是依据检测数据判断各参数是否超限，超限扣分描述按照以下进行[4]：超限等级为I级时，若不符合保养标准，扣1分。超限等级为II级时，若不符合舒适度标准，扣5分。超限等级为III级时，若不符合临修补修标准，扣10分。超限等级为IV级时，若不符合限速标准，扣301分。

轨道不平顺总扣分数公式如下：

(1)

式中：S：该区段总的扣分数；

N：检测项目个数；

Ki：各级超限每处的扣分数；

Tj：各单项检测参数的权重；

Cij：各等级超限峰值个数。

轨道的局部不平顺以km为单位，把1km内S值的大小作为扣分总数，用来衡量是否符合标准要求：S≤50为优良；51≤S≤100为合格；S>300为不合格。

(二)轨道的整体不平顺分析方法。整体不平顺分析方法利用轨道质量指数(TQI)管理，利用200m范围内轨道区段测定的数据评定轨道平顺性[5]。轨道质量指数计算公式如下：

(2)

在式2中，

δi：单元轨道几何不平顺的标准差(mm，i=1,2……7)；

xij：轨道几何不平顺的幅值(mm)；

N：连续采用数据的个数；

TQI是用数值表明轨道质量状态的方法，其值越大对轨道的平顺性越不利。

(三)两种方法的对比。第一种方法能直观地说明局部病害的超限情况，比较容易确定其类型、程度及位置。但是，它不能反映轨道整体不平顺情况，也不能反映轨道整体的平均质量状态。第二种方法比第一种方法更具有科学性，可以客观反映轨道质量状态，是工务部门编制维护计划，指导维护作业的最重要指标。

三、结语

轨道结构的不平顺将使车轮、钢轨之间产生激扰源，将增加振动和动作用力，增加轨道结构的振动，降低列车运行的平稳性、舒适性，增加噪声的影响，缩短设备的使用寿命，严重时将影响列车运行安全，对乘客安全有威胁。文章对测量评价方法、测量技术、轨道局部不平顺分析方法及轨道整体不平顺分析方法进行了分析研究，明确如何对几何形位进行测定。