周全能,潘正風(fēng)

(武廣鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司咨詢項目部,武漢 430060)

1 概述

為保證高速列車在客運(yùn)專線鐵路上運(yùn)行的安全性,以及乘坐旅客的舒適度,高速客運(yùn)專線的軌道必須具備高平順性和高穩(wěn)定性。武廣鐵路客運(yùn)專線無砟軌道全線以雙塊式無砟軌道為主。雙塊式無砟軌道施工是先逐段精確調(diào)整工具軌以固定軌道位置,再在鋪設(shè)長軌后進(jìn)行軌道的精調(diào)。精確調(diào)整工具軌對保證軌道的平順性極為重要,因為這時軌道位置已基本固定,長軌所能調(diào)整的量是很小的(向下最大為4 mm,左右最大為8 mm),即便在可調(diào)的范圍內(nèi)也要更換軌道扣件才能調(diào)整。無砟軌道的平順性,一方面依賴于建立高精度控制網(wǎng)和對軌道的精確測量,即在CPⅠ、CPⅡ和二等水準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,建立無砟軌道施工測量CPⅢ控制網(wǎng),并利用高精度全站儀和軌道幾何狀態(tài)測量儀來測定軌道的幾何狀態(tài),對軌道進(jìn)行精確調(diào)整。另一方面需要根據(jù)軌道的幾何狀態(tài)測量數(shù)據(jù)對軌道平順性作出正確的評估,給出適合無砟軌道特點(diǎn)的軌道平順性評估方法。根據(jù)研究,軌道平順性不僅有短距離平順性(短波平順性)的要求,還有較長距離平順性(長波平順性)的要求。

2 無砟軌道初始不平順性產(chǎn)生的原因

無砟軌道的平順性應(yīng)滿足短波平順性和長波平順性。一般來說,初始的短波不平順性和長波不平順性主要由軌道的測量誤差產(chǎn)生的。進(jìn)一步的分析可以知道,軌道的短波不平順性主要是由一個測站測量軌道的誤差引起的,在兩個相鄰測站中間連接處的不平順性還與測站之間的相對誤差有關(guān)。軌道的長波不平順性主要是由CPⅡ和CPⅢ的點(diǎn)位誤差引起的。

(1)軌道短波不平順性與測量軌道誤差的關(guān)系

如圖1所示,A、B、C為同一測站測量的等間隔(5 m或10 m)的軌道點(diǎn),點(diǎn)B作AC的垂線交點(diǎn)為D,則BD稱為矢高。軌道短弦的實際矢高與設(shè)計矢高不符(即矢高誤差)將產(chǎn)生軌道短波不平順性。為討論方便,假定線路方向和X坐標(biāo)方向一致。

圖1 軌道短弦的矢高

由圖1可知,矢高誤差與A、B、C3點(diǎn)的y坐標(biāo)誤差有關(guān),假定三點(diǎn)的y坐標(biāo)分別為ya,yb,yc,則矢高V為

轉(zhuǎn)換成真誤差關(guān)系式

換成中誤差關(guān)系式

假設(shè)各點(diǎn)的mya、myb、myc相等,并等于my,則矢高中誤差為

軌道點(diǎn)位由全站儀測量、軌道幾何狀態(tài)測量儀測量和調(diào)整來確定的,按等影響原則,由全站儀測量誤差產(chǎn)生的矢高的中誤差為

在軌道測量時,全站儀大致安置在AB方向線上,則全站儀測量產(chǎn)生的矢高誤差主要受方向誤差影響,則

由式(2)可知,短弦矢高的誤差與全站儀測量方向誤差和測量距離成正比,但與弦的長短無關(guān)。若全站儀測量方向中誤差小于2″,則所產(chǎn)生的短弦矢高誤差將不大0.5 mm。

(2)相鄰測站連接處軌道的不平順性與測站間相對橫向誤差的關(guān)系

假設(shè)由兩個相鄰測站測量軌道中間連接處的3個點(diǎn)分別為P11、P12、P13和P21、P22、P23(圖2),取測量點(diǎn)的平均位置P1、P2、P3來確定軌道位置。由圖2可看出,相鄰測站相對橫向誤差所產(chǎn)生的矢高誤差f等于相鄰測站相對橫向誤差的1/4。

圖2 測站相對橫向誤差對軌道矢高的影響

全站儀相鄰測站的相對橫向誤差所產(chǎn)生的矢高誤差也不應(yīng)大于0.58 mm,因此,設(shè)站點(diǎn)相對橫向中誤差應(yīng)不大于4×0.58 mm=2.3 mm。可見,若相鄰測站間相對橫向中誤差小于2 mm,則在連接處所產(chǎn)生的矢高中誤差將不大于0.5 mm。

(3)軌道的長波不平順性與CPⅢ點(diǎn)位誤差的關(guān)系

軌道的長波不平順性是以較長弦的矢高誤差來衡量的。相隔較長距離的軌道點(diǎn)是在不同的測站上測量的,而測站的位置是通過全站儀觀測周圍的一組CPⅢ點(diǎn)確定的。因此,軌道的長波不平順性主要決定于CPⅢ點(diǎn)組之間的相對誤差。

也即任意3個相鄰CPⅢ點(diǎn)(中間點(diǎn)到兩邊點(diǎn)的距離為150 m)的角度中誤差應(yīng)不大于8″。這一要求實際上比相鄰測站間相對橫向中誤差小于2 mm的要求要低一些。

3 無砟軌道平順性的評估

由以上分析,軌道平順性是由軌道施工測量來保證的。但在無砟軌道鋪設(shè)時,只是依據(jù)高精度測量控制網(wǎng)對軌道進(jìn)行逐段、逐點(diǎn)的測量和調(diào)整,而實際軌道能否滿足無砟軌道平順性的要求是不知道的。因此,在軌道鋪設(shè)調(diào)整后,需要測定軌道的幾何狀態(tài)對軌道平順性作出正確的評估。下面介紹幾種軌道平順性評估的方法。

(1)2 mm/10 m軌道短波平順性評估方法

2 mm/10 m軌道短波平順性評估方法如圖3所示,即10 m弦(P1～P3)中間軌向偏差(矢高設(shè)計值和實際值之差),時速大于250 km時不大于2 mm。下一評估段從P3開始,兩評估段之間沒有重迭。

圖3 不重迭2 mm/10 m軌道短波平順性評估(單位：m)

這種軌道短波平順性評估方法,適用于有砟軌道平順性評估,但缺少許多無砟軌道評估的數(shù)據(jù),無砟軌道評估需要有每塊軌枕的設(shè)計矢高和實際矢高數(shù)據(jù)。因為,對于無砟軌道結(jié)構(gòu)來說,每塊軌枕都有可能產(chǎn)生變形從而成為線路不平順的原因。而對有砟軌道結(jié)構(gòu),由于其剛度較無砟軌道小,使得有砟軌道不會在每塊軌枕處產(chǎn)生變形。

(2)重迭2 mm/10 m/20 m軌道短波平順性評估方法

如圖4所示,與2 mm/10 m軌道短波平順性評估方法不同的是,下一評估段從P2開始,兩評估段之間重迭10 m。這種軌道短波平順性評估方法也不能滿足每塊軌枕處有檢測數(shù)據(jù)的需要。

圖4 重迭2 mm/10 m/20 m軌道短波平順性評估

(3)2 mm/5 m/30 m軌道短波平順性評估方法

武廣鐵路客運(yùn)專線無砟軌道平順性的評估方法采用德國2 mm/5 m/30 m軌道短波平順性評估方法,如圖5所示,這種軌道平順性評估方法可以檢查每一塊軌枕處的變形,滿足無砟軌道平順性的評估。30 m弦包含有49個軌枕(軌枕間隔為0.625 m),要求對P2至P48的每一軌枕處的矢高進(jìn)行計算,按式(3)計算偏差dV,且不大于2 mm。下一評估段為P40～P88。

圖5 2 mm/5 m/30 m軌道短波平順性評估方法(單位：m)

(4)10 mm/150 m/300 m軌道長波平順性評估方法

10 mm/150 m/300 m軌道長波平順性評估方法,其計算原理與2 mm/5 m/30 m軌道短波平順性評估方法相同。

4 結(jié)論

客運(yùn)專線無砟軌道鋪設(shè)必須進(jìn)行高精度的施工測量,使軌道位置滿足平順性的要求。為無砟軌道鋪設(shè)施測的CPⅢ控制網(wǎng),必須滿足相鄰設(shè)站點(diǎn)的相對橫向中誤差(軌向偏差)小于2 mm。由全站儀測量軌道,測量距離不大于70 m,方向中誤差小于2″。

無砟軌道平順性評估應(yīng)有每一軌枕處的設(shè)計矢高和實際矢高,檢查每一塊軌枕。因此,無砟軌道平順性評估宜采用2 mm/5 m/30 m軌道短波平順性評估方法和10 mm/150 m/300 m軌道長波平順性評估方法。

[1] 李青岳,陳永奇主編.工程測量學(xué)(修訂版)[M].北京：測繪出版社,1995．

[2] 鐵建設(shè)[2006]189號，客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定[S]．

[3] 武廣鐵路客運(yùn)專線咨詢聯(lián)合體.專題咨詢報告(SCR—ST039)[R].武漢：武廣鐵路客運(yùn)專線咨詢項目部,2009．