高速鐵路軌道精測精調(diào)及其平順性優(yōu)化研究.pdf

1、為使客運專線列車快速、平穩(wěn)和安全行駛，高速鐵路設(shè)計標準對軌道的平順性提出了苛刻的要求。依靠精密的檢測技術(shù)和方法對軌道幾何狀態(tài)進行檢測，以及準確的軌道精調(diào)技術(shù)對軌道不平順進行調(diào)整，是有效控制軌道高平順狀態(tài)的主要手段。隨著無砟軌道的大量使用，列車運行時速的提高，運載量的增加等，輕小型、智能型的多傳感器軌道檢測設(shè)備已替代傳統(tǒng)手工檢測方式，成為高速鐵路軌道施工和運營維護中軌道靜態(tài)檢測不可或缺的計量工具，特別是具有高精度靜態(tài)三維離散測量模式的軌道

2、幾何參數(shù)檢測技術(shù)和檢測設(shè)備，已被廣泛應用于軌道平順狀態(tài)的檢測和調(diào)整。但是，無論是國外引進的還是國內(nèi)生產(chǎn)的軌道檢測設(shè)備，其配套使用的數(shù)據(jù)處理方法和模型尚未完全公開。為確保上道檢測軌道計量工具檢測的精確度，需要建立標準軌道檢驗場進行檢驗和分析。為保障軌道檢驗場中檢測方法的精確度，參考離散測量模式中“?！摺狈绞?stop-and-go mode)的軌道檢測技術(shù)，將軌道幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、處理和評價分為三個階段:分段軌道點坐標高程的計算與搭接

3、，軌道點的橫、垂向偏差推算，以及軌道中、長波不平順檢測。對于采用極坐標測量原理的軌道測量模式中，軌道檢測點僅采用測站平差的處理方式，提出采用中線樁和軌距尺數(shù)據(jù)的聯(lián)合修正方法;對于多測站軌道點測量數(shù)據(jù)搭接處理方法存在的不足，根據(jù)高速鐵路無砟軌道每隔50～70m分段測量模式的特點，提出顧及重疊區(qū)和非重疊區(qū)軌道點測量誤差特性的高速鐵路軌道分段測量數(shù)據(jù)平順連接(Regularity for Processing Sectional Measur

4、ement Data，RPSMD)方法。多測站軌道點坐標高程計算與搭接處理后，對軌道中、長波不平順檢測和調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)，即外部幾何參數(shù)的橫、垂向偏差進行求解，研究算法效率和計算精度均能夠滿足無砟軌道施工和運營維護要求，且能應用于軌道精密檢測和軌道靜態(tài)檢測設(shè)備的偏差算法。根據(jù)高速鐵路軌道檢測點密、量大、精度要求高的特點，采用縱向偏差算法(Lateral Deviation Algorithm of Composite Simpson，LD

5、ACS)、距離函數(shù)算法(Distance Function Model Algorithm，DFA)和法切線垂直算法(Normal Perpendicular to Tangent Model Algorithm，NPTA)計算線路橫向偏差和里程，完善DFA和NPTA并驗證它們計算圓曲線段的結(jié)果等價;討論DFA、NPTA以及不同積分區(qū)間等分數(shù)M值的LDACS算法的計算精度和效率。為保障高速鐵路列車的行駛安全與旅客的舒適性，高速鐵路在普速

6、鐵路軌道10m弦評價的基礎(chǔ)上增加了30m弦和300m弦的中波和長波平順性指標，并通過矢距差法模型進行檢測。實測數(shù)據(jù)試驗結(jié)果顯示按某進口軌道檢測設(shè)備的方案調(diào)整軌道，中、長波平順指標超限率達18.9％。為此，提出高密度四點偏差約束的軌向高低控制模型（高四模型），以提高矢距差法模型的檢測精度。
　　準確可靠的軌道靜態(tài)檢測成果是指導軌道精調(diào)的重要依據(jù)。長鋼軌應力放散鎖定后的軌道精調(diào)是確?？瓦\專線無砟軌道幾何形位高平順性的必要階段。精調(diào)作業(yè)

7、主要通過軌道幾何狀態(tài)測量儀采集軌道三維數(shù)據(jù)，利用配套精調(diào)軟件包手動模擬得出調(diào)整方案，指導軌道精調(diào)?，F(xiàn)有軌道模擬精調(diào)需人工反復、多次調(diào)整才能使基準軌平順性達到規(guī)定要求，自動化程度低。此外，在基準軌平順性滿足要求后，僅依靠軌距、軌距變化率、水平和扭曲等參數(shù)控制非基準軌，會降低非基準軌平順性。為此，提出利用L1范數(shù)最優(yōu)原則進行雙軌精調(diào)的優(yōu)化算法(Optimization Algorithm of Double-rails Track Fine

8、 Adjustment，OADTFA)，建立顧及基準弦端點偏差的平順性約束，增加非基準軌軌向、高低約束，采用逐點移動基準弦的分組調(diào)整策略，由單純形法求解實測數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)整量。針對實際軌道扣件剩余可調(diào)范圍不準確，可能面臨調(diào)整量超出扣件可調(diào)范圍的困境，提出建立“扣件類型—調(diào)整量—剩余可調(diào)量”(Fastener type—Adjusted values—Remaining allowed adjustable values，F(xiàn)AR)軌調(diào)體系，

9、并增加軌道扣件（剩余）可調(diào)量的約束條件與相鄰點偏差較差約束。
　　通過多條高速鐵路無砟軌道的仿真與實測數(shù)據(jù)檢驗，研究實驗結(jié)果表明:
　　(1)采用極坐標測量原理的軌道測量模式，軌道檢測點在測站平差后采用中線樁和軌距尺聯(lián)合修正，獲得的坐標和高程精度相對于僅作測站平差的結(jié)果得到明顯提高。
　　(2)顧及重疊區(qū)和非重疊區(qū)軌道點測量誤差特性的高速鐵路軌道分段測量數(shù)據(jù)平順連接(RPSMD)方法更合理地考慮了非重疊區(qū)軌道點的調(diào)整，

10、調(diào)整后不僅使重疊區(qū)軌道點的精度得到提高，而且還能使非重疊區(qū)軌道點精度顯著提高，且提高幅度為現(xiàn)有軌道幾何狀態(tài)測量儀等采用的數(shù)據(jù)處理方法的2.68倍。
　　(3)DFA、NPTA和LDACS(M≥5)算法的計算結(jié)果均能滿足高速鐵路軌道精密檢測的精度要求;三種算法的計算效率均較高，DFA和NPTA效率基本一致，略高于LDACS算法;線路緩和曲線越長，DFA和NPTA算法效率的計算精度越低;線路半徑越大，LDACS算法計算精度越高。

11、>　　(4)高密度四點偏差約束的軌向高低控制模型（高四模型）不僅能夠使任意位置中長波軌向高低滿足檢驗要求，而且能獲得最優(yōu)扣件調(diào)整量。
　　(5)雙軌精調(diào)的優(yōu)化算法OADTFA可實現(xiàn)鋼軌自動化精調(diào)，確保雙軌任意處幾何形位高平順性，自動給出最優(yōu)左右軌調(diào)整量。
　　(6)建立“扣件類型—調(diào)整量—剩余可調(diào)量”(FAR)軌調(diào)體系，采用軌道扣件（剩余）可調(diào)量約束參與軌道平順性控制，解決了調(diào)整方案受扣件限制難以實現(xiàn)的缺陷;相鄰點偏差較差約