高铁重点监测地段轨道变形测量评估分析方法研究

刘 林

中船勘察设计研究院有限公司 上海 200063

高铁轨道应注重重点地段的质量控制，针对轨道变形情况展开测量，降低诱发因素对轨道变形的影响，保证轨道变形情况的控制效果。轨道变形测量需要对误差进行控制，合理对测量方法进行使用，降低测量过程中存在的阻碍因素，形成完善的轨道变形测量环境。轨道变形属于轨道质量控制常见问题，需要注重相关检测标准的应用，提高轨道变形的检测水平。

1 高铁重点监测地段轨道变形诱发因素分析

高铁重点地段存在轨道变形的风险，需要明确轨道变形的诱发因素，提高轨道变形测量的针对性，保证列车能够在轨道上平稳运行。轨道变形受到周边环境的影响，造成地面出现一定程度的下沉，使得轨道与地面存在缝隙，在高铁重力作用下，轨道的损耗将会增加，并且会引起向下弯曲变形，导致高铁行驶过程中存在颠簸感。地质结构是引起轨道变形的关键因素，将会影响到高铁运行的稳定性，需要明确地质结构的控制条件，降低轨道发生变形的风险。高铁长期运行环境下，轨道的损耗情况将会增加，并且对地表承载力造成破坏，成为轨道变形的诱发因素。轨道变形将会增加高铁运行的风险，需要对重点地段采取监测措施，做好轨道变形的评估工作，避免轨道处理过程中发生问题，保障高铁轨道建设能够符合安全规定，提高变形检测的测量评估水平[1]。

2 高铁重点监测地段轨道变形测量评估方法

2.1 控制点测量

轨道变形测量需要对地面控制点进行选择，根据施工放样情况选择控制点，对地面测量环境进行把控，确保地面控制点检测的严格性。地面控制点选择应在开阔的位置，地面高度角15°以内不能存在遮挡，否则将会影响到对控制点的识别，无法将控制点集中在有效区域。地面控制点测量运用到GPS技术，按照《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）标准展开测量，需要做好测量精度方面的控制，测量环境应远离无线电，距离不能低于200m，形成良好的测量环境。地面控制点检测需要注重基线边的控制，一般不能低于300m，边长过短不利于精度的把控，将会影响到测量结果的准确性。控制点测量需要设置加密编号，便于沿着轨道方向对地面点进行描述，通过连续编号采取分段测量的方式，有助于轨道地段局部变形的判断。

2.2 轨道线形测量

轨道线形测量可确定轨道的变形情况，对轨道当前状态进行评估，获得轨道的质量信息。轨道线形测量采用车载全站仪、GNSS轨道测量仪等测量工具，对轨道的线形进行连续测量，具有较高的轨道测量效率，满足高精度的测量条件。实际上，轨道线形测量注重多种设备的结合，全站仪与导轨测量联合使用，使测量条件更加完善，确保导轨测量方法的有效性。轨道线形测量示意图如图1所示，轨道测量过程中选择4对控制点，车载全站仪惯导型导轨测量仪完成线形测量，确定轨道的拱度和沉降情况，保证导轨测量工作能够有序开展。轨道线形测量设站间距通常在60-100m之间，采取段距离分布的测量方式，提高轨道测量的规范性，并且需要对站点误差进行控制，其中横向、纵向、高程误差不能超过1mm，方向角误差不能超过2″，确保轨道具有良好的线形，提高对轨道精度的控制水平[2]。

2.3 线路中线调整

轨道变形将会引起线路红线的变化，通过中线偏差可判断轨道的变形情况，为轨道偏差的调整提供依据。对于存在弯度的轨道，随着高铁行驶过程的累积，轨道将会向外侧弯曲，导致线路中线向轨道外侧偏移。线路中线是诊断轨道变形的有效措施之一，可结合中线情况对轨道进行调整，发挥出轨道测量的作用。线路中线偏移是轨道变形判断的基准条件，需要注重基准线的选取，以轨道的设计中线位置为依据，确保轨道测量过程能够发挥作用，实现对线路中线的合理运用。轨道实际中线的确定通常采用描点法，若轨道为直道，可在轨道一侧作垂线寻找轨道的中心点，将多组对应点连接形成中线；若轨道为弯道，可在外侧轨道作一条法线，通过法线及另一侧轨道确定中心点，接着由多组对应点确定中线位置。

2.4 轨道不平顺性

轨道变形可通过几何状态进行判断，变形后将会影响到轨道的平顺性，导致区段内轨道质量下降，需要做好轨道的处理工作，结合轨道几何特征展开分析，确定轨道平顺性所处条件。轨道平顺性可采用质量指数进行衡量，确定不同区段轨道的特征情况。轨道质量指数计算公式如下：

式中，xij为200m区段内各项平顺性指标；为单项几何不平顺性指标均值；σj为单项几何不平顺性指标标准差；i取值为1,2,…,n；j取值为1,2,…,7。通过这种方式，可对轨道的线形特征进行量化，提高轨道线形评估的精准性。轨道不平顺性评估可确定轨道的变形情况，评测方法上具有一定的复杂性，通常每200m作为一个测量分段，围绕轨道不平顺性进行评估。其中，不平顺性指标越大，说明轨道的变形情况越严重，易于对轨道变形特征进行判断[3]。

2.5 测量精度评定

测量精准评定是实现轨道精准测量的关键，需要借助三维空间坐标进行精度上的评估，满足测量精度的评定要求。轨道变形测量分为直接测量和间接测量，其中，采用检测仪器得到的测量结果为直接测量，自动对轨道的测量数据进行记录，减少轨道变形测量环节的中间过程；间接测量需要对轨道数据进行采集，采用数学方法得出测量结果，注重评估过程的具体实现，便于针对测量评估环节展开设计。无论采用何种轨道变形测量方式，均需要对测量精度进行控制，将偏差影响控制在较低水平，使测量精度控制能够发挥作用。由于轨道变形测量基于空间坐标进行，需要注重水平与垂直方向的误差分析，需要对误差情况进行严格评定，如垂直沉降测量误差不能超过1.0mm、水平位移测量误差不能超过1.5mm，做好测量环节的偏差控制，提高变形测量评估的精度控制效果。

3 高铁重点监测地段轨道变形测量评估案例

3.1 工程概况

沪蓉快速铁路通道六安～独山区间，全长2065.74m。采用32m及跨度24m跨度双线混凝土简支梁，混凝土圆端实体桥墩，基础为桩基础。该工程采用车载全站仪、GNSS轨道测量仪对轨道变形情况进行评估，每200m作为一个测量路段，对轨道变形情况进行全面检测，配出轨道工程中存在的变形风险，保障高铁能够在轨道上稳定行驶，基于轨道变形隐患进行防范，使高铁轨道质量得到了有效控制。

3.2 轨道线形检测

轨道线形决定着列车的运行质量，需要对线形进行检测和复验，通过全站仪、GNSS对轨道线形进行检测，明确轨道线形的控制条件。轨道线型检测对重点地段进行了划分，采取具有针对的检测措施，提高对重点地段轨道变形的防范作用，对变形测量数据进行严格把关。轨道线形检测需要把控数据的质量，结合测量数据进行集成评估，对轨道变形数据进行浏览，注重轨道变形检测成果的展示，便于对轨道变形情况进行处理。轨道线形数据应输入到监测系统中，用于对轨道数据进行综合处理，提高对轨道数据的处理效率，便于对轨道变形情况进行总结，实现轨道变形信息的汇总。轨道变形监测系统结构如图2所示，实现重点地段轨道数据采集、分析、监控全过程，轨道变形数据汇总将更加集成化，将全站仪、GNSS与监测系统建立连接，使轨道线形监测更具有可靠性。轨道线型检测注重多点预测，构建稳定性较强的数据检测条件，结合指标限定条件对轨道变形情况进行预警，便于对轨道变形情况进行监测，实现轨道变形情况的整体把控[4]。轨道线形检测能够形成多方面的预警，将轨道信息录入到监测系统中，在检测方法上将更具有全面性，提高轨道变形信息的处理效率，全面提高轨道变形的控制能力，基于轨道的整体情况进行考量，提高轨道线形检测的智能化水平。

3.3 测量精度校验

测量精度校验在轨道变形分析中具有必要性，需要满足轨道变形的精度控制条件，确保变形检测误差的可控性。轨道检测应注重横向偏差及纵向偏差的控制，关注轨道线形变化的累积情况，将偏差维持在1.0mm范围内，防止产生较大的偏差变化量。测量精度校验主要分为两种方法：第一，对重点地段铁轨变形情况进行多次测量，通过取平均值的方式降低误差，直至精度控制到达1.0mm标准。第二，采用上下行测量方法，沿着相反方向对误差进行校验，将上下行误差作用于相同地段，取上下行测量的均值提高变形测量精度。通过测量精度校验能够改善轨道的测量质量，提高轨道精度的控制效果，降低偶然因素对轨道测量结果的影响。精度校验可明显改善测量质量，确保测量结果接近于实际情况，为轨道线形调整提供数据支持，提高轨道偏差控制的标准化水平。

3.4 轨道平顺性分析

通过平顺性分析可对轨道质量进行衡量，对轨道的质量指数进行判断，满足轨道质量分析的控制要求。轨道平顺性指标受到高铁时速的影响，本工程高铁设计时速为160km/h，结合T200轨道不平顺质量指标TQI管理值标准要求，轨道质量指数应控制在11mm以内，保障轨道具有良好的平顺性。以某路段上下行轨道检测为例，上行检测TQI值为5.98mm＜11mm，下行检测TQI值为6.08mm＜11mm，说明该段轨道的平顺性满足指标要求。轨道平顺性分析在变形控制中具有重要作用，有助于改善轨道质量的控制条件，提供轨道质量控制的量化依据，可作为轨道线形改善的判断依据，保障高铁轨道具有良好的线形状态。

本工程中，轨道平顺性采用主动控制方法，针对轨道不平顺情况进行防范，保证轨道能够保持平顺状态。平顺控制过程中，需要考虑到材料自身的影响，确保材质洁净、强度匹配，做好轨道钢材的选择工作，防止材料自身的出现问题。钢轨尺寸精度采用水平、垂直复合校验的方式，通过激光测量、计算机在线分析进行调整，采用具有先进性的检测技术，使不平顺性能够得到精准识别。平顺性良好的钢轨可降低对轮轴的冲击作用，保证轨道能够与高铁相契合，使平顺性能够得到充分考量，降低平顺性指标的综合影响。平顺性控制需要注重核心要素的掌控，主要包含以下控制参数：

第一，轨距。对轨顶面下16mm点间距离进行检测，判断同一轨道横截面内左右钢轨之间的最短距离，确定轨距的变化率情况，使轨距控制能够发挥显著作用，对轨道平顺性变化进行控制。第二，轨向。通常分为左右轨向两种，需要控制好方形上的偏差，从正反两个方向进行分析，确定空间方向上的范围情况，实现从轨道方向上的误差校正。第三，高低。轨道垂直方向上具有高低之分，在偏差较大的情况下，将会造成不平顺性的增加，在空间上则表现出轨道的不连续性，导致偏差控制无法满足要求。第四，水平。同一轨道横截面需要处于同一水平面上，理论上不能产生高度差，保证轨道横截面能够稳定衔接，基于横截面控制对轨道平顺性进行考量。第五，三角坑。三角坑是影响平顺性的重要因素，检测间隔5m的相邻矢高差情况，若超过超过设计矢高差的2mm，则认为轨道处于不平顺状态。

4 结语

综上所述，轨道变形是实现高铁安全营运的关键，需要对测量方法引起重视，合理对测量方法进行使用，实现全站仪、GNSS的有效运用，并且与轨道变形监测系统结合起来，实现轨道变形数据的集成化处理。轨道变形测量注重对精度的控制，将测量误差控制在允许范围内，对轨道线形状态进行检验，为高铁的安全运营提供技术支持，进而促进铁路行业的可持续发展。