自动轨道衡基础设计若干技术条件的分析

罗正文

1.中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，北京 100081；2.北京华横科技有限公司，北京 100081

自动轨道衡（以下简称轨道衡）是按预定程序对走行中的各节铁路货车进行识别、称量并对称量数据进行处理的一种装置［1］。轨道衡由基础、传感器、承载器、引线轨道、仪表、计算机、打印机等组成，可分为断轨和不断轨轨道衡，也可分为单承载器和多承载器轨道衡［2-3］。轨道衡以货车平稳通过和电子传感器弹性变形为测量基础，所以需为轨道衡承载器设计一个刚性大的钢筋混凝土基础。为了让货车平稳通过轨道衡称量区轨道及其邻近的引线轨道，引线轨道应设计为稳定、少维修的结构。引线轨道道床刚度应与轨道衡基础刚度相近，故引线轨道道床一般也设计为混凝土整体道床。轨道衡基础及其两端整体道床应能承受列车动荷载，具有足够的强度和稳定性；基础和整体道床下的地基应具有相应的承载力。为保证长期稳定性和轨道可维修性，地基应有工后沉降要求。轨道衡基础和整体道床还应满足防洪排水、防冻胀和普速铁路轨道结构方面的要求。

1 轨道衡基础下地基承载力与沉降

轨道衡线路条形基础宽约3.5 m。一般要求轨道衡基础和整体道床下地基承载力不小于120 kPa。如果基础高度较大，则基础混凝土自重较大，需考虑提高地基承载力。鉴于沉降的起因是地基，为保证轨道可维修性并参考TB 10621—2014《高速铁路设计规范》中无砟轨道路基工后沉降要求，建议轨道衡基础和整体道床下地基工后沉降不大于20 mm。

2 轨道衡基础厚度与抗冻胀埋深

轨道衡基础和整体道床承受列车动荷载，设计为刚性结构，因其自身变形小有利于延长工程寿命［4］。为保证一定刚度，轨道衡基础和整体道床厚度均不能小于0.8 m。为避免寒冷地区基础下部土层冻胀影响基础稳定，基础底部的埋深需达到当地冻结深度以下0.2 m左右。

3 轨道衡所在区段轨道技术条件

以单承载器轨道衡为例，以称量区轨道为对称中心向两端分别为引线轨道（含整体道床轨道）、过渡段轨道、普通有砟轨道。

3.1 整体道床

3.1.1 整体道床最小长度

轨道衡一般采用动态称量的转向架计量方式［5］。货车的前后转向架依次经过轨道衡承载器并被称量。理想状态是被称量货车在走行过程中位于一个比较理想的平面上，为减小连挂的相邻货车对被称量货车的影响，相邻货车也应位于该平面上。为确保被称量货车及其相邻货车平稳运行，避免轨道不平顺引起的车钩浮动对称量准确度造成影响，引线轨道和整体道床需满足最小长度条件。

引线轨道是位于轨道衡称量区两端的两段轨道，都分别从称量区一端边界开始经整体道床起点至终点。经分析，单侧引线轨道最小长度L的计算公式为L=M+N=（L1+L2+L3）+（L1+L2+L3+L4）= 2（L1+L2+L3）+L4。其中：M为被称量货车所占用的长度，M小于车长，因为在刚开始称量时刻货车的一个转向架已位于称量区；N为后方相邻货车所占用的长度，N也小于车长，因邻车后车轴之后的悬空部分不计入；L1为车轴与车钩之间的距离；L2、L4为转向架轴距；L3为中间两个车轴之间的距离，如图1所示。

图1 计算参数示意

以59 种常见敞车中最长的C75 为例进行计算，L=2×（1 468+1 830+8 700）+1 830=25 826 mm。

因为轨道衡基础长度稍大于称量区长度，即引线轨道大部分位于整体道床上但有一小段在轨道衡基础上方，故单侧整体道床最小长度Q=L-D=24 826 mm，D为基础上方引线轨道长度，约1 m。故轨道衡基础每一端的单侧整体道床最小长度通常取整为25 m。轨道衡基础长度约6 m，两端整体道床最小长度之和为50 m，故轨道衡基础段与两整体道床段长度之和最小约56 m。

3.1.2 整体道床施工工艺规定

整体道床施工时应将轨枕和钢轨用扣件联结成轨排，将称量区轨道和两端引线轨道的钢轨联通，在轨道精调、加固后再浇筑整体道床混凝土，以避免各轨枕空间位置偏差，确保轨道平顺［6］。各施工单位技术与管理水平参差不齐，为避免施工失误，建议在设计文件中补充规定“必须将钢轨与轨枕联结成轨排后，方可浇筑整体道床混凝土”。有的施工单位对防止扣件被混凝土污染问题重视不够，无措施或措施不当造成扣件被污染，或污染后不及时清理从而引起后患，故设计文件应规定“浇筑整体道床混凝土时必须采取措施，防止污染扣件”。

3.2 轨道衡所在区段线路条件

为了让被称量货车平稳通过轨道衡称量区，轨道衡所在轨道段应为平坡直线段。考虑轨道的平顺衔接，轨道衡称量区两端的轨道平直段应在整体道床终点外适当延长（如22 m），普通有砟轨道与整体道床轨道的过渡段布置在延长段内。经分析，对于单承载器轨道衡，轨道衡所在平坡直线段最小长度约为100 m，即（22+56+22）m，即轨道衡中心点至两端至少各有50 m 平直段。对于拟建轨道衡的场地，轨道有一定坡度且难以调成平坡者占相当比例，一般将该100 m 轨道坡度放宽至2‰。因此，以单承载器轨道衡为中心，必须有100 m 平缓坡直线段（坡度≤2‰），才有条件修建轨道衡。对于多承载器轨道衡，平缓坡直线段最小长度需在100 m 基础上增加一个前后承载器中心距。对于单承载器轨道衡，从轨道衡中心至两端依次布置基础、整体道床、过渡段。多承载器轨道衡的特殊之处是相邻基础之间有一小段整体道床。

3.3 引线轨道静态几何尺寸

轨道越不平顺，其上走行列车晃动越大，故轨道衡引线轨道的平顺性直接影响轨道衡称量精度。参考TG∕GW 102—2019《普速铁路线路修理规则》和施工经验，既要确保较高的平顺性又不过于严苛，对新建轨道衡引线轨道静态几何尺寸要求如下：

1）轨道衡基础中心前后各30 m 线路轨道水平偏差不大于4 mm，无超过4 mm的三角坑；轨道衡基础中心前后各15 m 线路轨道水平偏差不大于3 mm，无超过3 mm 的三角坑；轨道衡称量区轨道水平偏差不大于2 mm。

2）轨距偏差-1～+3 mm，称量区和引线轨道的轨距变化率不大于1.5‰。

3）关于轨向和高低，钢轨远看顺直，用10 m 弦线测量，钢轨内侧、顶面正矢均不大于4 mm。

4）钢轨接头的轨顶、内侧错牙均不大于0.5 mm。

3.4 轨道衡引线轨道钢轨及钢轨接头布置

引线轨道原则上应采用50 kg∕m 以上钢轨和弹条扣件。对于断轨轨道衡，厂家附带的称量轨、引线轨不应有焊接接头。不断轨轨道衡利用原有线路钢轨作为称量轨，其钢轨接头距轨道衡承载器中心应不少于6 m。为避免不利因素叠加，参照TG∕GW 102—2019 对混凝土枕与宽枕分界处的规定，设计文件中应补充规定“整体道床与道砟道床分界处，距钢轨接头不得少于5根轨枕”。

3.5 钢轨防爬

断轨轨道衡的称量轨（长约3.8 m）与两端的引线轨道钢轨（以下简称引轨）之间设置了轨缝，二者不能接触，否则会相互作用而影响称量。轨缝过大时，车轮冲击过大影响轨下结构和传感器寿命。为防止轨缝挤死或过大，应在引轨上安装双向防爬器。双向防爬器的固定结构预埋于整体道床内。

不断轨轨道衡的称量轨与两端的引轨是同一根钢轨，分界处没有轨缝，也就不存在轨缝挤死问题，故可不设防爬器，但引轨爬行意味着称量轨爬行，仍在一定程度上影响称量。因此，引轨配套扣件禁止采用刚性扣件，须采用弹条扣件，以确保钢轨具有较大的防爬能力、轨道衡称量区位置长期大致不变。

3.6 整体道床轨道与普通有砟轨道过渡段的设置

整体道床轨道与普通有砟轨道刚度相差较大，二者分界处应设置过渡段，以保证轨道刚度在纵向渐变过渡，避免突变引起较大轨道动态不平顺。

4 排水设施、轨道衡控制室、轨道衡专用接地装置的设置

轨道衡基础呈下凹处，应设置排水通道。整体道床表面应有排水坡、不得积水。轨道衡控制室地面、室外电气机柜的混凝土底座顶面高程应满足防洪要求。

轨道衡控制室尽量与轨道衡正对，也允许根据具体限制条件适当调整位置。控制室瞭望窗以凸窗为宜，以便于观察被称量货车运行状态。轨道衡的专用接地装置应纳入轨道衡基础设计，接地电阻不大于4 Ω。轨道衡不得与配电箱、避雷针等共用接地装置。

5 结语

轨道衡基础等相关工程应由具备资质的单位进行设计。设计时除了应按照规范满足结构强度、稳定性、沉降，轨道平顺性、构造和专项固有施工工艺要求外，还须满足轨道衡特殊要求。