張家海 上海鐵路局上海高鐵維修段

滬昆高鐵金山北站岔區(qū)平縱斷面調整技術研究

張家海 上海鐵路局上海高鐵維修段

國內高速鐵路快速發(fā)展，高速道岔得到廣泛應用。目前國內許多地區(qū)普遍存在路基沉降問題，導致了道岔區(qū)段軌道線形發(fā)生較大變化。通過對滬昆高鐵金山北站岔區(qū)平縱斷面調整技術研究，提出解決高速道岔因沉降引發(fā)平縱斷面大值變化的解決方案。建立沉降數(shù)據(jù)庫，開發(fā)道岔墊板并制定線形調整方案，分析調整前后軌道幾何狀態(tài)觀測數(shù)據(jù)，評估驗證了調整方案的實際效果。

高速道岔；路基沉降；平縱斷面調整

國外的高速鐵路經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術已較為成熟，在高速鐵路道岔方面，以德國、法國的技術最為先進，國內自主研發(fā)的客專道岔也是在充分吸收兩國先進技術基礎上，結合國內的實際情況開發(fā)的。

由于國內高速鐵路的快速發(fā)展，高速道岔得到廣泛應用。目前國內許多地區(qū)普遍存在路基沉降問題，長江三角洲尤為明顯，這也導致了道岔區(qū)段軌道線形發(fā)生了較大的變化。然而，高速鐵路線路平縱斷面的設計參數(shù)對實際運行車輛的安全性和舒適性有很大影響[1]。高速道岔在上海鐵路局的鋪設數(shù)量逐年增多，雖然國內高速道岔制造水平已達到了一定的高度，但對高速道岔的養(yǎng)護經(jīng)驗還有待提高，特別是對因路基沉降而引發(fā)的軌道大值變化還沒有較好的解決辦法，也沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以遵循。

1 工程概況

滬杭高鐵下行K44+705～K45+498（含金山北站N3、N5岔）為無砟軌道，線形條件為：平坡、直線，處于路基段，此區(qū)段屬路基沉降重點觀測地段，通過長期的沉降觀測及動靜態(tài)跟蹤監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)路基局部變化，平面最大偏差24.9mm，最大沉降量53.7mm，對旅客舒適度造成一定影響。而日常養(yǎng)護中平面最大調整量為-8mm～+4mm，縱斷面最大調整量為-4mm～+ 26mm，因此通過對金山北站N3、N5岔的平、縱斷面調整方案的制定、施工技術的實現(xiàn)、后期數(shù)據(jù)的分析，提出一套處理路基沉降而引發(fā)的道岔平、縱斷面調整方法，具有非常重要的意義[2]。

2 平縱斷面調整方案

邀請相關測量設計單位對滬杭高鐵金山北站下行線路平縱斷面進行測量和線形優(yōu)化，提出線路平、縱斷面調整方案。

圖1 平面擬合方案示意圖

平面擬合方案如圖1所示，其中：K44+805處用大半徑圓曲線連接，曲線長52.995m；K45+022處用大半徑圓曲線連接，曲線長60.974m，不侵入道岔；K45+210處用大半徑圓曲線連接，曲線長38.061m，不侵入道岔；K45+390處用大半徑圓曲線連接，曲線長55.556m，不侵入道岔。

圖2 縱斷面擬合方案示意圖

縱斷面擬合方案如圖2所示，其中：K45+210處增設變坡點，采用大半徑的圓曲線型豎曲線連接，豎曲線長7.501m；K45+410處增設變坡點，采用大半徑的圓曲線型豎曲線連接，豎曲線長3.500m。

3 道岔特制墊板設計

道岔特制鐵墊板根據(jù)現(xiàn)場實際情況在原有基礎上加厚，采用鐵墊板與橡膠墊板分離，改造后鐵墊板加厚厚度分三種：分別為15mm，20mm，25mm，平面偏移量在原設計數(shù)據(jù)基礎上預留6mm和4mm兩種，滿足墊板采用“6-9”偏心套的需要（鐵墊板設計平、縱偏移量見表1），從而實現(xiàn)調整方案上的量值調整[3]。

4 調整后軌道幾何狀態(tài)分析

4.1 軌道質量指數(shù)

軌道質量指數(shù)(TQI)，是一種采用數(shù)學統(tǒng)計方法描述區(qū)段軌道整體質量狀態(tài)的綜合指標和評價方法。我國采用計算單元軌道區(qū)段各項幾何參數(shù)的標準差，并計算7項幾何參數(shù)標準差之和作為我國評價軌道區(qū)段質量狀態(tài)的軌道質量指數(shù)（TQI），單元軌道區(qū)段長度設定為200m。7項軌道幾何參數(shù)包括軌道高低（左軌、右軌）、軌向（左軌、右軌）、軌距、水平、三角坑[4,5]。

表1 特制鐵墊板設計平、縱偏移量明細表

平縱斷面調整前數(shù)據(jù)選取了2011年9月20日、10月8日、11月5日和11月25日，里程從K44+000～K46+000的下行線軌檢車數(shù)據(jù)。平縱斷面調整后數(shù)據(jù)選取了2012年1月16日、2月5日、2月15日和3月5日，里程從K44+000～ K46+000的下行線軌檢車數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)劃分為以200m為一個區(qū)段，共計10個區(qū)段，計算統(tǒng)計左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平、三角坑各單項標準差值和TQI值，通過各單項軌道不平順的統(tǒng)計值以及TQI值反映出該項軌道狀態(tài)的平順程度。

統(tǒng)計調整前后各4組數(shù)據(jù)TQI的平均值與最大值，如圖3所示。

圖3 調整前后TQI平均值、最大值對比

從圖3中可見，各里程TQI值調整后曲線上的點普遍在調整前曲線的下方，即經(jīng)平縱斷面調整后，TQI值普遍較調整前小，調整后的軌道更為平順，軌道幾何狀態(tài)改善。

為了進一步分析導致TQI值減小的具體原因，對調整前后各4組數(shù)據(jù)的各單項不平順標準差的平均值與最大值進行統(tǒng)計。此處以軌向不平順為例，如圖4所示。

圖4 調整前后軌向(左軌、右軌)平均值、最大值對比

從圖4中可見，各里程軌向單項標準差值調整后曲線上的點普遍在調整前曲線的下方，即經(jīng)平縱斷面調整后，軌向單項標準差值普遍較調整前小。

同樣的，對高低、軌距、水平、三角坑等其他各單項不平順統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)，經(jīng)平縱斷面調整后，高低、軌向、軌距單項不平順基本呈改善趨勢，而水平、三角坑并無明顯趨勢，故可認為，該區(qū)段TQI值在調整后的改善主要是由高低，軌向和軌距單項不平順的改善所引起。

4.2 舒適度分析

隨著旅客列車的不斷提速，對工務系統(tǒng)線路維修養(yǎng)護提出更高的要求，僅僅滿足行車安全，確保幾何尺寸不超限，已經(jīng)遠遠不能滿足當前的需要，還需要解決如何減少列車晃動，提高旅客乘坐的舒適度，滿足線路維修等問題。

采用調整前后各5組添乘儀的垂加值和水加值數(shù)據(jù)進行處理分析，根據(jù)里程區(qū)段求得2級超限、3級超限的平均值和最大值，統(tǒng)計超限個數(shù)，并對比調整前后各組數(shù)據(jù)，如表2所示，以評價調整后的線路軌道舒適度。

表2 調整前后添乘儀數(shù)據(jù)對比

從表2中可見，平縱斷面調整后垂加2級、3級、水加2級、3級超限的平均值與最大值都較調整前小，超限出現(xiàn)的數(shù)量也明顯減小，故認為經(jīng)平縱斷面調整后，線路軌道舒適度得到了一定的改善。

5 結論

本文通過對滬昆高鐵金山北站岔區(qū)平縱斷面調整技術研究，提出解決高速道岔因沉降引發(fā)平縱斷面大值變化的解決方案。通過對沉降數(shù)據(jù)的觀測，建立沉降數(shù)據(jù)庫，開發(fā)道岔特制墊板并制定平縱斷面線形調整方案，分析軌道幾何狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)，評估平縱斷面調整施工后軌道幾何狀態(tài)的變化情況。

主要結論是：1.應用開發(fā)了道岔特制調整墊板，提出了平縱斷面調整方法；2.優(yōu)化現(xiàn)場施工組織方案，實現(xiàn)高效、快速施工，確保行車安全；3.統(tǒng)計分析平縱斷面調整前后各單項不平順標準差、TQI、以及添乘儀數(shù)據(jù)，可知，所采用的調整方案，使軌道幾何狀態(tài)得到改善。

責任編輯：宋飛 張建強
來稿時間：2014-02-10