高速铁路有砟轨道基础变形区段线形控制技术

刘桂勇 中国铁路上海局集团有限公司阜阳工务段

1 概况

京港高速铁路设计速度350 km/h，主要铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道结构，其中阜阳西站采用有砟轨道结构，因存在差异沉降，是全线的薄弱区段。

线路维修工作的基本任务是保持设备状态完好，保证列车以规定速度安全、平稳、舒适和不间断地运行，并尽量延长设备使用寿命。对差异沉降地段开展线形监测，掌握基础变形规律和变形趋势，并结合其状态进行针对性地养护维修，是确保行车安全的关键，也是实现高速铁路高平顺性、高稳定性、高可靠性的重要手段。

阜阳西站为京港铁路与郑阜铁路的交汇站，设备数量多；站场两端衔接无砟轨道，结构较为复杂。以此为基础开展线形整修，对于指导类似线路养修生产、丰富养护维修经验具有重要意义。

2 基础变形区段变化规律探索

依据高速铁路有砟轨道线路维修规则，线路检查应坚持“动态检查为主，动、静态检查相结合，结构检查与几何尺寸检查并重”的原则。但对于基础变形重点地段，由于存在不均匀沉降及偏移，如果仍然以动态检查为主，则难免运营过程中出现线路平顺性偏差。因此，应采取静态检测为主，静、动态检查相结合的原则。静态检测有绝对测量、相对测量两种方式，对于基础变形重点的检测，应采取两者相结合的方式。

2.1 采用绝对测量确定变形趋势

绝对测量可以获得轨道上各测量点在同一轨道基准网里的位置坐标。通过与设计值的比较，可得到线路的平面、高程偏差。依据阜阳西站精测网测量数据，可知阜阳西站CPⅢ点高程单次及累计变化量，见图1。CPⅢ点平面单次及累计变化量，见图2。

图1 阜阳西站京港场CPⅢ高程累计变化量图

由图1可知，阜阳西站平均月沉降量4.5 mm左右，但差异沉降明显，其中社会通廊附近沉降量最大，平均月沉降量9 mm左右。

图2 阜阳西站京港场CPⅢ平面累计变化量图

由图2可知，剔除两端无效数据后，阜阳西站月偏移量约0.5 mm。因此对阜阳西站变形整治应以起道捣固为主，平面纠偏可结合高程调整实施。

2.2 运用相对测量确定超限指标

相对测量是在没有外部参考基准情况下，依据被测点间的相对几何关系，测量并计算出测点间实际值与设计值间相对变化量的一种测量方法。相比于绝对测量，相对测量具有检测效率高、短波测量准等优点，对20 m 及以下短波不平顺具有优势。根据历次数据对比，在轨道几何尺寸偏差项目上，突出表现为高低与三角坑偏差，约占偏差总量的70%，其中三角坑约占偏差总量的20%。在发展规律上，对于作业验收标准内线路，大致每半个月就会达到经常保养标准、每一个月达到临时补修标准。200 km/h～250 km/h 线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值见表1。

表1 200 km/h～250 km/h线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值

3 基础变形区段线形整治方法

3.1 利用弦测法处理短波不平顺

为减少出现经常保养偏差、避免出现临时补修偏差，应运用相对测量（高速铁路一般采用0级轨检仪）方法每周对阜阳西站线路检测一遍，以便及时发现偏差类型与偏差地点。偏差类型与数值确定后，在现场标记作业起止位置，运用弦线、道尺进行作业过程质量控制。作业时应先进行一股钢轨作业，再进行另一股钢轨作业，这样能有效避免误差叠加。为全面检查作业质量，作业后应利用0 级轨道检查仪进行复核。

3.2 利用内插法处理长波不平顺

依据图1，阜阳西站社会通廊附近年沉降量约90 mm，路桥过渡段以内年平均沉降量约45 mm。一般来说，及时补充道床，恢复设计线形是保障线路平顺性的主要手段，但考虑运营高速铁路天窗资源、道砟存储运输等客观实际，难以对沉降区段通过高频次的补充道床恢复设计线形。因此，而应运用静、动态检查相结合的原则，根据综合检测列车长波检测的优势，采用拟合线形消除120 m波长及以下偏差，满足有砟轨道线形控制条件，其本质是调整不可容许的偏差，保留可以容许的偏差。

鉴于阜阳西站沉降量大、偏移量小，可结合综合检测列车长波检测数据，有针对性的进行超平，采用拉坡处理的方式消除长波高低偏差（见图3）。

图3 阜阳西站京港场高程测量及调整曲线图

为便于现场作业，拉坡后通过内插法计算每3m（约6 根轨枕）一处的高程值。为提高作业精度，可以高程值替换传统的起道量来控制线路平顺性。通过上述措施，长波不平顺得到整治，阜阳西站京港场K847+377 附近作业前后长波不平顺对比数据见表2。

表2 阜阳西站京港场K847+377附近作业前后长波不平顺对比数据

阜阳西站京港场K847+377 附近作业前后，120 m 长波高低对比见图4。

图4 (a) 综合检测列车检测120 m长波高低波形图（2020年2月17日）

图4 (b) 动检车检测120 m长波高低波形图（2020年3月4日）

3.3 利用密实性捣固整治结合部

不同于新建高速铁路，综合检测列车即可检测轨道几何状态、又能检测车辆动力学响应，能够较全面地反映轮轨关系。对于运营高速铁路，综合检测列车只检测轨道几何状态，这就造成无砟有砟轨道结合部常常存在人体感觉不良，但轨道几何尺寸又不超限，其根本原因在于线下刚度不同。当结合部与沉降区段两种不利因素叠加时，更应引起重视，以避免出现晃车等不良状态。

为有效控制结合部线路不平顺，应综合人工添乘及晃车仪数据对比分析，采用密实性捣固的措施对有砟线路进行补强处理，考虑到250 km/h 线路有效波长，可重点捣固结合部向有砟方向70 m 范围内线路，根据京港铁路运输强度（100对/天），按照每半个月一个周期的频次，采用小型液压捣固机捣固处理，以强化道床密度，尽可能实现结合部结构等强。

4 结束语

针对阜阳西站线路沉降及偏移数据，建立了较为完善的基础变形整治方法，通过线形绝对测量每月一期，相对测量每周一期的综合监测方法，可有效反馈重点区段基础变形情况。通过弦测法处理短波不平顺、内插法处理长波不平顺的作业方案，可综合处理线路长短波不平顺；通过以电子水准仪作业后高程值替代传统的起道量的作业手段，可更精准的控制线路纵断面。

在2020 年上半年经验总结的基础上，2020 年7 月份以来，阜阳西站工务设备动态检测实现了0扣分，在现有沉降的工况下较好地实现了线路平顺性控制，保障了行车安全。