高速铁路轨道平顺性影响因素分析及控制措施研究

高速铁路对轨道平顺性和稳定性要求高,轨道平顺性控制是施工的重要环节,影响轨道平顺性的因素很多。本文首先分析了我国规范中轨道平顺性的评价指标,指出了轨向、高低在周期性不平顺时,指标计算存在的缺陷,提出了对检测点一定范围内的所有测点相互校核,取最大值为该点的轨向、高低偏差的方法;系统分析了设计线形、下部结构变形、轨道结构部件精度、轨道施工等因素对轨道平顺性的影响,提出了无砟轨道施工精度、长轨精调等控制措施,解决了大跨桥梁温度变形对CPⅢ测量的干扰、充填层施工过程中轨道板易扰动等难题。研究成果对高速铁路轨道平顺性控制具有一定的参考价值。     

高速铁路轨道中长波不平顺检测模型研究

为保证速度200km/h及以上列车安全平稳运行,高速铁路增加轨道30m弦和300m弦中长波平顺指标。传统手工检测已无法满足该要求,需依靠高精度测量设备采集轨道坐标高程以控制轨道中长波不平顺。某进口高速铁路轨道检测设备将矢距差法模型计算的轨向高低不平顺作为不变量,结合调整量较差控制中长波轨向高低。受检测起点位置影响,矢距差法模型计算结果表现出显著随机性,忽略基准弦端点变化会产生模型误差。实测数据显示:采用这种模型,轨道调整后不平顺指标超限率达18.9%;若验收高速铁路线路,测量成果精度的提高可能无法有效控制轨道不平顺。因此,提出高密度四点偏差约束轨道方向高低模型,以提高矢距差法模型的检测精度。实测数据检验结果表明,模型不仅能够使任意位置中长波轨向高低满足检验要求,而且能获得最优扣件调整量。     

增加轨道扣件可调量和相邻点偏差约束的高铁轨道精调优化算法

高速铁路轨道精调依据300m、30m以及10m弦的长中波轨向和高低、轨距、轨距变化率、水平和扭曲等参数控制轨道不平顺。然而无砟轨道钢轨的扣件可调量有限,若完全按照轨道几何参数设计值要求获得的轨道横、竖向偏差进行轨道精调,会面临调整量超出扣件可调范围的困境。为此,提出在轨道精调算法中增加轨道扣件(剩余)可调量的约束条件,采用L1范数最优解算法进行轨道调整量优化,避免了调整方案受扣件限制难以实现的缺陷。在新的优化算法中,通过增加相邻点偏差较差以提高轨道空间线形的相对精度。通过实测数据检验,结果表明:扣件(剩余)可调量约束是优化调整方案中保证钢轨最优几何形位的必要条件;相邻点偏差较差约束可以有效弥补扣件可调量约束引起的轨道短波不平顺,进一步提高调整后轨道的平顺性。建议对扣件(剩余)可调量约束的限差值规范化处理,建立"扣件类型—调整量—剩余可调量"轨调体系。采用剩余可调量对扣件可调范围约束,并参与轨道平顺性控制。     

高速铁路轨道平顺性测量与精度分析

基于高速铁路轨道平顺性验收标准和方法,对与轨道平顺性有关的测量误差进行了理论分析和精度估算。理论分析指出CPⅢ点间的相对精度、全站仪自由设站误差及极坐标测量误差是影响轨道平顺性的主要因素。精度估算表明:采用标称精度不低于1″、1 mm+2×10-6×D(D为测距边长,km)的全站仪,能够完全满足中线偏差、高程偏差和300 m弦长的轨向、高低平顺性检测的精度要求;0.5″级全站仪能够满足30 m弦长的轨向、高低平顺性检测的精度要求,而1″级全站仪无法达到相应的核算精度,建议限制观测距离或重复观测以提高数据的可靠性。     

CPⅢ精测网及轨检小车在高速铁路轨道精调和养护中的应用

高速铁路对轨道的平顺性有着极高的要求。CPⅢ精测网和轨检小车在沪宁、沪杭高铁在轨道精调中的应用经验以及了解轨道精调的流程和技巧,能为高铁的前期联调联试和后期维护管理提供坚实的保障。     

轨道不平顺作用下动车组安全运行速度限值研究

为研究无砟轨道轨向和高低不平顺对车辆-轨道耦合系统的动态影响,确定各不平顺值下的限速标准,分别建立CRH2A型车和CRH5型车计算模型。通过3σ原理将不平顺样本的10 m弦测值拟合为正态分布,取其μ±3σ的值为该样本不平顺值。计算不同速度等级、不同程度高低和轨向不平顺值时,两种车型的动力响应。研究结果表明:多数工况下CRH5型车所确定的不平顺限值小于CRH2A型车,说明CRH2A型车动力学性能更优;轨向不平顺主要引起车辆横向扰动,高低不平顺主要引起车辆垂向扰动,说明某方向上的不平顺激励主要对同方向造成扰动;列车对于横向的激励较垂向激励更为敏感,因此轨向不平顺限值通常要小于高低不平顺限值;计算得到各动态不平顺值对应的限制速度,利用轨道动静态几何不平顺之间的关系转化得到各速度等级下轨道静态几何尺寸容许偏差管理值,对规范内容有一定的补充。     

基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型

为改进高速铁路轨道几何平顺性精调的测量精度与效率,本文提出一种基于双向近景摄影测量检测轨道几何状态的方法,通过从铁路正、反向里程对轨道进行双向摄影,以轨道控制网CPⅢ作为像控点,采用严密的光束法区域网平差理论,对轨道双向摄影图像进行联合平差处理,探索出近景摄影测量检测轨道中线偏差和轨面高程的计算模型与精度评估方法。仿真试验结果双向摄影相对于单向摄影的横向与高程精度分别提高85%和42%。现场轨道试验段计算结果表明,双向近景摄影测量检测轨道的横向偏差测量精度为2.4mm,轨面高程精度为1.7mm,满足规范要求的轨道中线偏差与轨面高程测量精度指标,可为高速铁路轨道静态几何状态测量提供一种高效检测技术。     

京张高铁大跨度钢桁梁桥无砟轨道长轨精调技术

高速铁路大跨度钢桁梁桥通常铺设有砟轨道,以避免温度应力下钢梁形变对轨道平顺性的影响。京张高铁官厅水库特大桥为8孔跨度为110 m的钢桁梁桥,其上铺设无砟轨道,对轨道精调提出了新的要求。采用钢梁固定端CPⅢ点自由设站、现场实测梁中CPⅢ点三维坐标的方法来进行控制网复测,采用轨道惯性测量系统进行轨道快速测量,并对其作业模式、测量流程、精度控制、数据处理、平顺性及模拟调整量分析等进行研究。此外,还详细介绍了轨道精调的作业过程,对轨道相对测量、抗拔扣件处理、轨道几何状态的静态质量评价、动检TQI质量指数应用等进行了分析。轨道精调结果表明:该段钢桁梁桥无砟轨道相对测量TQI小于2,设计速度下动检车检测无"二级分",达到了较好的效果。     

无砟轨道精调中CPⅢ网点稳定性检测方法的研究

研究目的：无砟轨道施工控制测量技术，特别是其中的无砟轨道精调已成为无砟轨道建设的关键技术之一。无砟轨道精调时，在进行后方交会点的三维平差之前，需对参与后方交会的CPⅢ网点的稳定性进行检测，剔除点位发生变动的CPⅢ网点。如何进行CPⅢ网点的稳定性检测，研究CPⅢ网点的稳定性判断方法及其可行性并制定合理的判断标准，对确保无砟轨道的高精度铺设很有必要。研究结论：提出了利用前期CPIR平面和高程控制网平差后提供的资料，和无砟轨道精调时由全站仪自由设站实测数据计算的每2个CPⅢ网点间的实测距离和实测高差，与已知距离和已知高差比较，进行CPⅢ网点稳定性检测的方法，理论分析与试验结果证明，该方法是正确的和可行的，可在工程中推广应用。     

高铁运维阶段CPⅢ平面网复测方法研究与应用

CPⅢ轨道控制网是高铁运维阶段轨道系统静态检查的控制基准,需要定期进行必要的复测,且复测工作仅能在夜间4 h天窗维修时间内进行。为此,提出了通过对相邻CPⅢ点位之间组成的纵横向弦长的变化进行CPⅢ网复测的新方法,推导出了纵横向弦长较差及其限差的计算模型,通过模拟计算确定了CPⅢ网复测的横向和纵向弦长较差限差的建议值分别为±1 mm和±2 mm,并据此进行了复测点位稳定性判定的试验验证。理论分析和试验结果表明,该方法是正确可行的,研究成果对CPⅢ网的复测及相关测量规范的制定和完善有参考价值。     

轨道工程测控新技术在广州地铁中的应用研究

将高铁精密工程测量中的CPⅢ测量与无砟轨道精调检测评估等技术引入广州地铁的建设与运营中,从建立轨道控制网(CPⅢ)、整体道床轨道精调、轨道平顺性检测等方面进行应用研究,形成一整套轨道施工新工艺的测量标准和技术规程,实现广州地铁轨道的高平顺性与高稳定性。     

高速铁路运营阶段CPⅢ复测方法研究与应用EI北大核心

研究目的:CPⅢ轨道控制网是高速铁路运营维护阶段轨道系统静态检查的控制基准,需要定期进行必要的复测,且复测工作仅能在夜间4h天窗维修时间内进行。现行规范中CPⅢ网的复测方法需要全线复测且必须联测上一级控制点进行分区段测量等特点导致存在复测工作量大、效率低下等问题。发展一种适用于运营维护阶段CPⅢ网复测的新方法并制定合理的点位稳定性判定标准具有非常重要的意义。研究结论:(1)模拟计算确定CPⅢ网复测的横向和纵向弦长较差限差的建议值分别为1 mm和2 mm,并据此进行了复测点位稳定性判定的试验验证。判定方法为:当相邻CPⅢ点间不满足不大于1 mm的横向弦长较差限差时,则至少有一点的稳定性欠佳,为进一步判别,需结合这两点与相邻点间的纵向弦长较差是否大于2 mm来确定。(2)采用横向和纵向弦长较差的相对变化进行点位稳定性判定与现行规范中的复测方法结论一致,证明该方法是可行的,研究成果对CPⅢ网的复测及相关测量规范的制定和完善有参考价值。     

高速铁路CPⅢ相邻区段搭接方法研究与应用

研究目的:CPⅢ轨道控制网相邻区段之间能否实现合理平顺搭接已成为影响控制网能否达到高精度的重要因素之一,进而影响轨道的平顺性。本文针对现行规范中直接坐标严密平差搭接方法在可操作性上存在的问题,结合工程实际对CPⅢ网相邻区段搭接方法进行对比研究,意在发展一种既能满足工程实际需要又能有效提高CPⅢ网相邻区段之间搭接精度的新方法。研究结论:(1)余弦函数平滑搭接法在CPⅢ平面网相邻区段搭接中应用是可行的,其搭接处理后的长波平顺性和相对精度均高于直接坐标严密平差搭接法;(2)提出的"基于余弦函数平滑坐标的严密平差搭接法"更加有利于提高搭接区段轨道的短波平顺性和整体线路的长波平顺性;(3)本文研究成果满足工程测量实际需要,可应用于无砟轨道铺设阶段和运营维护阶段CPⅢ平面网相邻区段平顺搭接处理,对相关测量规范的完善有一定参考价值。     

轨道精调中后方交会点三维严密平差方法研究

研究目的:目前采用的自由设站后方交会点三维坐标计算,是把平面和高程坐标分开分别进行的,这在理论上存在一定的不严密性.针对这一问题,本文在介绍无砟轨道精调方法的基础上,就精调中自由测站后方交会点三维坐标计算问题进行研究. 研究结论:以全站仪自由设站三维后方交会的斜距、水平方向和天顶距为原始观测值,推导了三维后方交会点坐标严密平差计算的数学模型,并通过实验数据验证了模型的正确性和合理性,提高了自由测站后方交会点三维坐标计算的精度,有利于高速铁路轨道平顺性的提高,可在无砟轨道精调中推广使用.     

400 km/h高速铁路线路长波不平顺敏感波长及控制效果分析

随着高速铁路不断发展,400 km/h及以上高速铁路已成为铁路科技创新的重大需求,在更高速度运行条件下将面临着一系列车线动力学问题。为探讨更高速度条件下高速铁路线路长波不平顺敏感波长及线路平顺性管理控制问题,基于车线动力学理论,针对某一高速铁路车型,分别就高低不平顺对车体垂向加速度的影响、轨向不平顺对车体横向加速度的影响进行相干性分析与功率谱密度分析,得到了300～400 km/h速度条件下车体长波不平顺敏感波长;通过轨道静态中点弦实现了对特定速度条件下敏感波长的有效控制并提出对应的中点弦控制标准。综合对比发现：此高速动车组列车在300～400 km/h速度条件下,高低不平顺敏感波长范围为114～147 m,轨向不平顺敏感波长范围为60～79 m;线路长波不平顺对轮轨作用力影响较小,对车体振动加速度影响显著,可以通过静态中点弦测量管理有效控制轨道不平顺敏感波长;在400 km/h速度条件下,高低不平顺推荐采用80 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为5,11和17 mm;轨向不平顺推荐采用60 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为4,6和10 mm;在实际线...     

高速铁路运营阶段CPⅢ复测方法研究与应用

研究目的:CPⅢ轨道控制网是高速铁路运营维护阶段轨道系统静态检查的控制基准,需要定期进行必要的复测,且复测工作仅能在夜间4h天窗维修时间内进行.现行规范中CPⅢ网的复测方法需要全线复测且必须联测上一级控制点进行分区段测量等特点导致存在复测工作量大、效率低下等问题.发展一种适用于运营维护阶段CPⅢ网复测的新方法并制定合理的点位稳定性判定标准具有非常重要的意义.研究结论:(1)模拟计算确定CPⅢ网复测的横向和纵向弦长较差限差的建议值分别为1 mm和2 mm,并据此进行了复测点位稳定性判定的试验验证.判定方法为:当相邻CPIII点间不满足不大于1 mm的横向弦长较差限差时,则至少有一点的稳定性欠佳,为进一步判别,需结合这两点与相邻点间的纵向弦长较差是否大于2 mm来确定.(2)采用横向和纵向弦长较差的相对变化进行点位稳定性判定与现行规范中的复测方法结论一致,证明该方法是可行的,研究成果对CPⅢ网的复测及相关测量规范的制定和完善有参考价值.     

轨道横向不平顺对无缝线路变形的影响

为研究轨道横向不平顺对无缝线路变形的影响,建立三维轨道框架非线性有限元模型,计算轨道框架处于内外轨温差、单轨单节点轨向不平顺、单轨双节点轨向不平顺、双轨双节点轨向不平顺等不同工况条件下的钢轨节点位移,分析轨道横向不平顺与轨道框架稳定性之间的关系。分析结果表明,当钢轨发生单轨双节点同向偏移时,钢轨节点位移变化最显著。在线路养护维修中应注意轨道的横向不平顺,特别是同侧钢轨发生2次同向不平顺。     

激光长弦轨道检查仪在京沪高铁病害整治中的应用

随着京沪高铁的开通运行,解决线路长波不平顺将是工务部门在线路维护中的首要任务。传统的测量手段存在精度差、劳动强度大、效率低等问题,而进口设备则过于依赖CPⅢ网,且效率偏低。激光长弦轨道检查仪利用激光准直技术,直接对轨道线路进行100～200 m波长的不平顺进行检测,检测结果既包含长波不平顺参数,又有10m弦(或20m弦)短波不平顺参数,既降低劳动强度,又提高工作效率,为工务部门解决线路长波不平顺提供新的科学手段。     

基于动静态检测数据的轨道精测精调评价技术

高速铁路无砟轨道不平顺的整修主要是通过精调作业来完成,轨道精调分为静态精调和动态精调。为优化轨道精调作业组织,提高轨道精调效率,可采用轨道测量仪和轨道检查仪协同工作组织轨道精调,从而提升作业效率和质量。采用多个矩形窗级联的方法优化滤波器和FIR带通滤波器滤波,将静态检测数据与动态检测数据关联起来,实现评价标准的通用、精调效果的静态评估,以及预测精调作业的动态评估结果,促进精调作业快速满足静动态轨道几何不平顺检测标准。通过算例分析可知,轨道精调对轨道几何不平顺的单项高低改善较为明显,轨向只是稍有变化,且目前单项高低标准差最大改善量约为1.0 mm。     

应用CPⅣ网进行轨道几何状态测量方法研究

研究目的:高速铁路轨道精调前应进行轨道几何状态测量。现行的方法是采用CPⅢ后方交会自由设站进行轨道几何状态测量,再与设计参数进行比较,之后通过精调使轨道的平顺性各项参数满足设计要求。利用轨道基准网相邻点具有较高相对精度和点位永久保存可用于运营维护阶段的特点,本文提出在轨道基准网(CPIV)点上利用强制对中装置设站、后视,配合轨检仪进行轨道几何状态静态检测的新方法,结合工程实际对该方法进行现场试验。研究结论:(1)采用CPIV强制对中设站方法进行板式无砟轨道几何状态静态检测,设站时间短,作业效率显著提高;(2)CPIV强制对中设站方法利用相邻点间的高精度可确保轨道的高平顺性,经现场试验证明,测量成果正确可靠,满足规范要求;(3)应用CPⅣ网进行轨道几何状态测量,统一了轨道板、轨道精调控制基准,平顺性指标较好,值得推广应用;(4)研究成果可应用于高速铁路板式无砟轨道施工和运营维护阶段轨道几何状态静态检测,对相关测量规范的编制和完善具有参考价值。