沪昆高铁金山北站岔区平纵断面调整技术研究

张家海 上海铁路局上海高铁维修段

沪昆高铁金山北站岔区平纵断面调整技术研究

张家海 上海铁路局上海高铁维修段

国内高速铁路快速发展，高速道岔得到广泛应用。目前国内许多地区普遍存在路基沉降问题，导致了道岔区段轨道线形发生较大变化。通过对沪昆高铁金山北站岔区平纵断面调整技术研究，提出解决高速道岔因沉降引发平纵断面大值变化的解决方案。建立沉降数据库，开发道岔垫板并制定线形调整方案，分析调整前后轨道几何状态观测数据，评估验证了调整方案的实际效果。

高速道岔；路基沉降；平纵断面调整

国外的高速铁路经过几十年的发展，技术已较为成熟，在高速铁路道岔方面，以德国、法国的技术最为先进，国内自主研发的客专道岔也是在充分吸收两国先进技术基础上，结合国内的实际情况开发的。

由于国内高速铁路的快速发展，高速道岔得到广泛应用。目前国内许多地区普遍存在路基沉降问题，长江三角洲尤为明显，这也导致了道岔区段轨道线形发生了较大的变化。然而，高速铁路线路平纵断面的设计参数对实际运行车辆的安全性和舒适性有很大影响[1]。高速道岔在上海铁路局的铺设数量逐年增多，虽然国内高速道岔制造水平已达到了一定的高度，但对高速道岔的养护经验还有待提高，特别是对因路基沉降而引发的轨道大值变化还没有较好的解决办法，也没有现成经验可以遵循。

1 工程概况

沪杭高铁下行K44+705～K45+498（含金山北站N3、N5岔）为无砟轨道，线形条件为：平坡、直线，处于路基段，此区段属路基沉降重点观测地段，通过长期的沉降观测及动静态跟踪监控，发现路基局部变化，平面最大偏差24.9mm，最大沉降量53.7mm，对旅客舒适度造成一定影响。而日常养护中平面最大调整量为-8mm～+4mm，纵断面最大调整量为-4mm～+ 26mm，因此通过对金山北站N3、N5岔的平、纵断面调整方案的制定、施工技术的实现、后期数据的分析，提出一套处理路基沉降而引发的道岔平、纵断面调整方法，具有非常重要的意义[2]。

2 平纵断面调整方案

邀请相关测量设计单位对沪杭高铁金山北站下行线路平纵断面进行测量和线形优化，提出线路平、纵断面调整方案。

图1 平面拟合方案示意图

平面拟合方案如图1所示，其中：K44+805处用大半径圆曲线连接，曲线长52.995m；K45+022处用大半径圆曲线连接，曲线长60.974m，不侵入道岔；K45+210处用大半径圆曲线连接，曲线长38.061m，不侵入道岔；K45+390处用大半径圆曲线连接，曲线长55.556m，不侵入道岔。

图2 纵断面拟合方案示意图

纵断面拟合方案如图2所示，其中：K45+210处增设变坡点，采用大半径的圆曲线型竖曲线连接，竖曲线长7.501m；K45+410处增设变坡点，采用大半径的圆曲线型竖曲线连接，竖曲线长3.500m。

3 道岔特制垫板设计

道岔特制铁垫板根据现场实际情况在原有基础上加厚，采用铁垫板与橡胶垫板分离，改造后铁垫板加厚厚度分三种：分别为15mm，20mm，25mm，平面偏移量在原设计数据基础上预留6mm和4mm两种，满足垫板采用“6-9”偏心套的需要（铁垫板设计平、纵偏移量见表1），从而实现调整方案上的量值调整[3]。

4 调整后轨道几何状态分析

4.1 轨道质量指数

轨道质量指数(TQI)，是一种采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。我国采用计算单元轨道区段各项几何参数的标准差，并计算7项几何参数标准差之和作为我国评价轨道区段质量状态的轨道质量指数（TQI），单元轨道区段长度设定为200m。7项轨道几何参数包括轨道高低（左轨、右轨）、轨向（左轨、右轨）、轨距、水平、三角坑[4,5]。

表1 特制铁垫板设计平、纵偏移量明细表

平纵断面调整前数据选取了2011年9月20日、10月8日、11月5日和11月25日，里程从K44+000～K46+000的下行线轨检车数据。平纵断面调整后数据选取了2012年1月16日、2月5日、2月15日和3月5日，里程从K44+000～ K46+000的下行线轨检车数据。将数据划分为以200m为一个区段，共计10个区段，计算统计左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑各单项标准差值和TQI值，通过各单项轨道不平顺的统计值以及TQI值反映出该项轨道状态的平顺程度。

统计调整前后各4组数据TQI的平均值与最大值，如图3所示。

图3 调整前后TQI平均值、最大值对比

从图3中可见，各里程TQI值调整后曲线上的点普遍在调整前曲线的下方，即经平纵断面调整后，TQI值普遍较调整前小，调整后的轨道更为平顺，轨道几何状态改善。

为了进一步分析导致TQI值减小的具体原因，对调整前后各4组数据的各单项不平顺标准差的平均值与最大值进行统计。此处以轨向不平顺为例，如图4所示。

图4 调整前后轨向(左轨、右轨)平均值、最大值对比

从图4中可见，各里程轨向单项标准差值调整后曲线上的点普遍在调整前曲线的下方，即经平纵断面调整后，轨向单项标准差值普遍较调整前小。

同样的，对高低、轨距、水平、三角坑等其他各单项不平顺统计，发现，经平纵断面调整后，高低、轨向、轨距单项不平顺基本呈改善趋势，而水平、三角坑并无明显趋势，故可认为，该区段TQI值在调整后的改善主要是由高低，轨向和轨距单项不平顺的改善所引起。

4.2 舒适度分析

随着旅客列车的不断提速，对工务系统线路维修养护提出更高的要求，仅仅满足行车安全，确保几何尺寸不超限，已经远远不能满足当前的需要，还需要解决如何减少列车晃动，提高旅客乘坐的舒适度，满足线路维修等问题。

采用调整前后各5组添乘仪的垂加值和水加值数据进行处理分析，根据里程区段求得2级超限、3级超限的平均值和最大值，统计超限个数，并对比调整前后各组数据，如表2所示，以评价调整后的线路轨道舒适度。

表2 调整前后添乘仪数据对比

从表2中可见，平纵断面调整后垂加2级、3级、水加2级、3级超限的平均值与最大值都较调整前小，超限出现的数量也明显减小，故认为经平纵断面调整后，线路轨道舒适度得到了一定的改善。

5 结论

本文通过对沪昆高铁金山北站岔区平纵断面调整技术研究，提出解决高速道岔因沉降引发平纵断面大值变化的解决方案。通过对沉降数据的观测，建立沉降数据库，开发道岔特制垫板并制定平纵断面线形调整方案，分析轨道几何状态检测数据，评估平纵断面调整施工后轨道几何状态的变化情况。

主要结论是：1.应用开发了道岔特制调整垫板，提出了平纵断面调整方法；2.优化现场施工组织方案，实现高效、快速施工，确保行车安全；3.统计分析平纵断面调整前后各单项不平顺标准差、TQI、以及添乘仪数据，可知，所采用的调整方案，使轨道几何状态得到改善。

责任编辑：宋飞 张建强
来稿时间：2014-02-10