铁轨维护论文:铁轨维护测量特点及建议

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本文作者：王彦春作者单位：铁道部标准计量研究所

高速铁路养护中测量的关注点

高速铁路轨道是按坐标法进行测量的，施工时按照线路设计参数完成轨道三维坐标的准确定位。目前，高速铁路轨道施工采用以大地测量基准网（CPⅢ）为测量基准、以高精度全站仪为核心单元、以轨道测量小车（即简易功能的高精度轨检仪）为基础，构成轨道三维坐标测量系统，承担高速铁路轨道几何参数的测量任务。根据高速铁路运营的具体特点，转变以往的常规维修作业方式，形成以夜间“天窗”修为主的日常养护维修作业模式。作为养护维修作业重要而关键的组成部分，线路测量作业方式必然要与之相适应，兼顾测量准确度和测量效率至关重要。线路运营时的控制与维护项目以相对平顺性为主，而且测量效率的要求特别突出。以相对平顺性为主与以坐标法测量为主这两种相对独立的轨道检测技术与理念之间，在具体实现方面显然存在着明显的差异与冲突。

高速铁路养护维修测量设备配备方法建议

针对铁路养护维修的具体特点，高速铁路养护维修测量设备配备的出发点是：兼顾测量准确度和测量效率，寻求两者间的平衡；以轨道相对平顺性测量为立足点，兼顾坐标测量，对轨道几何参数进行检测，即研究探索以“绝对+相对”测量为基本思路的高速铁路运营状态下的轨道测量模式，以适应线路精确修的发展方向。按照高速铁路运营类型，针对不同的测量施工特点，提出高速铁路养护维修测量设备配备方法建议，供实际工作中参考，见表1。

上述建议的整体思想是兼顾测量准确度、可靠性和测量效率，将测量手段分为3个层次。第1层次是有载荷动态测量（即大型轨道检查车）。第2层次中，对于轨道内、外部静态几何参数，以无载荷动态测量为主，配合必要的静态测量手段，对于道岔和钢轨的相关几何参数，鉴于被测量的具体特点，主要是采用静态测量手段。第3层次以静态测量为主，第2和第3层次作为第1层次检查结果的确认，第3层次作为第2层次检查结果的确认。

轨道几何参数的测量，是该建议的重点内容和根本出发点。实际作业中应正确理解相应测量方法的本质效果，配备适当数量和功能的测量设备，并配备适量的备品。以第2层次设备作为日常检查主要手段，尤其是测量效率比较高的测量手段（根据现场的作业方式和生产需要，建议每50～60km线路配备1套轨道检查仪），结合作业要求合理运用相关测量手段，各层次的测量手段的相互配合。以第3层次设备作为补充手段，以获得最佳测量效果和测量效率。

线路几何状态参数测量方式，主要分为动态测量线路动态参数、动态或等间隔（定位）测量线路静态参数、静态（针对性定位）测量线路静态参数3种。这3种方式特点各异，从测量准确度、测量效率、测量结果的适用性和测量成本等方面考虑，线路动态参数的动态测量目前主要是采用大型轨道检查车，测量效率高，便于集中测量，对行车运营影响非常小；但测量成本高，测量结果难以直接用于指导线路维修。线路静态参数的静态（针对性定位）测量主要以轨距尺等常规量具对线路相关参数进行测量，测量准确度高，测量结果可直接用于指导线路维修；但测量效率低，测量作业的劳动强度大，不宜于测量数据的存储和系统分析，且需要安排专门的“天窗”作业时间。线路静态参数的动态或等间隔（定位）测量，主要以具有轨道内部几何参数，如轨距、水平（超高）、长波（300m）和短波（30m）平顺性、轨距变化率、三角坑等，及外部几何参数，如线路空间（横向、垂向位置偏差）等多参数综合测量功能的轨道检测仪器设备对线路相关参数进行测量，测量准确度比较高，测量结果可直接用于指导线路维修，其测量效率较静态测量明显提高，宜于测量数据的自动存储和系统分析；但与大型轨道检查车相比，其效率还是差很多，而且需要安排专门的“天窗”作业时间。可以看出，3种测量方式各有千秋，应根据具体情况有机结合，相互协调，相互补充。

该建议相关3个层次的测量手段各具特点，其应用条件、工作效率和效果等各不相同，具体见表2。

结论与建议

为适应现场作业时间紧的现状，提高测量效率、缩短作业周期是当务之急，以严格控制轨道相对不平顺为主，辅之以监测与控制轨道关键位置处的三维坐标的工作方式是目前的首选方式。它以设置在轨道单侧或两侧的CPⅢ或轨道控制桩为基准点，通过测量这些基准点与对应位置的线路中线（或基本轨）之间的横向与高程偏差及其变化，来实现对轨道三维位置的间接测量。

这种方式的测量简单便捷，测量效率高，测量精度可控，可作为线路轨道的常规检查内容，以月为计算单位进行。

对于无砟轨道，以往是轨道测量仪在得到CPⅢ支持的情况下，采用坐标法实现对轨道坐标的直接测量，并推算出轨道的相对不平顺结果（但短波平顺性的准确度不能保证）。其缺点是测量效率低、对环境条件（如气温、风力、光照，以及邻线行车等）非常敏感，同时，其设备成本较高、操作难度大、对操作人员素质的要求高。对于养护维修时的线路检测而言，单纯依靠轨道测量仪对轨道几何参数进行测量不太现实。由于无砟轨道结构比较稳定，虽然难于做到“免维修”，其绝对坐标的变化一般是很缓慢的，其线路线型在很长的一个时期内不会产生明显的变化。另一方面，无砟轨道的养修调整量是十分有限的，因此，无砟轨道采用“相对测量+绝对测量”的复合测量方法，即采用带有绝对测量功能的轨道检查仪，或者采用轨道检查仪与轨道测量仪相结合的方式，用轨道检查仪快速普查轨道相对不平顺状态，密切关注其变化，当这种变化累积到一定的程度后，再考虑重测CPⅢ，用轨道测量仪对超限处所进行有针对性的坐标测量，可以达到事半功倍的效果。

对于有砟轨道，与无砟线路存在明显的区别，有砟线路的结构稳定性较差，在轮轨作用力的持续作用下，线路线型会发生不容忽视的变化。因此，这类线路的坐标变化会比无砟轨道严重得多，线路检测中应更多地考虑充实仪器的坐标测量能力。但出于效率、成本等方面的考虑，这种坐标测量能力不宜依靠轨道测量仪来实现。在轨道检查仪的基础上，采用适宜的方法测量线路与基准控制点的相对位置变化，它既能直接测量出轨道的相对不平顺结果，同时，又能测量出轨道的（相对）坐标位置，其优点是测量效率高、环境适应性强、成本低。

从表面上看，轨道测量仪和带有位置测量的轨道检查仪均能测量轨道坐标，也均能测量轨道相对不平顺，但它们之间存在着明显的差别：对于轨道相对不平顺测量准确度，后者占明显优势，由于它是通过陀螺仪等直接测量相对不平顺的，测量准确度高，且不存在数据的搭接、CPⅢ网的平差等问题。对于轨道坐标的测量精度，前者占一定优势。原因是，后者往往采用一个或少量的CPⅢ或基准点来获得线路中线坐标，相对于前者多点平差自由设站，更多地受到CPⅢ基准误差的影响。基准点复现设施（是指CPⅢ或轨道控制桩）为永固性设施，其坐标位置需定期监控，并应与线路三维坐标测量同步进行基准点位置复测。