李陽騰龍

1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059； 2. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756

隨著無砟軌道的大量使用，列車運行時速提高，運載量增加，輕小型、智能型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幾何參數(shù)檢測技術(shù)和設(shè)備，已被廣泛地應(yīng)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)處理模型和方法尚未完全公開。為確保并提高上道計量工具檢測的精確度，需建立標準軌道檢驗場進行檢驗分析。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具有毫米級精度“?！摺狈绞降淖鴺藴y量檢測技術(shù)，必須得到高精度軌道點基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如坐標高程)，并由此獲取軌道外部幾何參數(shù)(橫、垂向偏差)，再檢測軌道中、長波不平順。精確的軌道靜態(tài)檢測成果是指導(dǎo)軌道精調(diào)的重要依據(jù)。只有在精密檢測成果的基礎(chǔ)上，優(yōu)化軌道調(diào)整模型和算法，才能最終實現(xiàn)軌道幾何狀態(tài)的高平順性。為此，論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：

(1) 對于采用極坐標測量原理的軌道測量模式中檢測點僅采用測站平差的處理方式，提出了中線樁和軌距傳感器多源數(shù)據(jù)融合修正方法。該方法相對于僅作測站平差的結(jié)果，精度得到明顯提高；針對多測站軌道點測量數(shù)據(jù)搭接處理方法的不足，根據(jù)無砟軌道分段測量模式特點，提出了顧及重疊區(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。通過標準軌道檢驗場檢驗，證實RPSMD方法更合理考慮了非重疊區(qū)軌道點的調(diào)整，調(diào)整后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。

(2) 研究了軌道中長波不平順檢測和調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)(橫、垂向偏差)快速高精度求解算法。根據(jù)高速鐵路軌道檢測點密、量大、精度要求高等特點，研究了不同原理表述實測與設(shè)計點條件關(guān)系下的線型區(qū)間模型異同性，建立了完整線型模型求解任意點偏差和里程的距離函數(shù)算法(DFA)及法切線垂直算法(NPTA)，給出不同積分區(qū)間等分數(shù)M值的縱向偏差算法(LDACS)。驗證了DFA和NPTA計算圓曲線段結(jié)果等價；討論了DFA、NPTA及不同M值的LDACS的特性、相互間的精度和效率差異。試驗結(jié)果表明，DFA、NPTA和LDACS(M≥5)計算精度和效率均能夠滿足無砟軌道施工和運營維護要求，且能應(yīng)用于軌道精密檢測和靜態(tài)檢測設(shè)備中。

(3) 研究了矢距差法模型、與之等價的偏差模型、演化的簡易模型之間的關(guān)聯(lián)性與異同性。實測數(shù)據(jù)試驗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%。針對簡易模型與偏差模型之間的差異，以及矢距差法模型計算結(jié)果隨機、受端點位置影響的結(jié)構(gòu)特點，研究能對任意位置軌向、高低進行全面檢測并可直接參與軌道調(diào)整的質(zhì)量控制嚴密算法，提出高密度四點偏差約束的軌向高低控制模型(高四模型)。實測結(jié)果表明，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。

(4) 長鋼軌應(yīng)力放散鎖定后的精調(diào)是確保無砟軌道幾何形位高平順性的必要階段。為解決現(xiàn)有軌道模擬調(diào)整中受技術(shù)人員水平、主觀因素影響和調(diào)整原則等因素所導(dǎo)致的自動化程度低(即反復(fù)重調(diào)方案)、方案質(zhì)量參差不齊、調(diào)整量大、非基準軌不平順較基準軌低等問題，研究了多約束條件的軌道自動化精調(diào)模型及優(yōu)化算法。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(OADTFA)，建立顧及基準弦端點偏差的平順性約束模型，增加非基準軌軌向、高低約束，采用逐點移動最長基準弦分組調(diào)整和端點固定約束策略，由單純形法求解實測數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)整量。實測結(jié)果表明，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。

(5) 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”(FAR)軌調(diào)體系，并增加軌道扣件(剩余)可調(diào)量約束與相鄰點偏差較差約束。實測結(jié)果表明，F(xiàn)AR軌調(diào)體系采用扣件(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；相鄰點偏差較差約束可有效彌補扣件可調(diào)量約束引起的軌道短波不平順，進一步提高調(diào)整后軌道的平順性。