孫大偉 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司淮安高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段

1 基本情況

CN 系列道岔作為從德國引進(jìn)并經(jīng)國產(chǎn)化改造的道岔，與國產(chǎn)工聯(lián)岔和客專岔有諸多不同，主要體現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜：轉(zhuǎn)轍部位設(shè)計為動態(tài)軌距優(yōu)化結(jié)構(gòu)，直基本軌向外彎曲加寬軌距。對于CN 系列道岔的日常檢查養(yǎng)護(hù)主要依靠動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

傳統(tǒng)的靜態(tài)檢測方法是采用拉長弦測量轉(zhuǎn)轍部位軌向，弦繩長度包含整個道岔轉(zhuǎn)轍部位，該方法存在以下幾點不足：一是受弦繩自重影響，弦繩不能過長，否則受自重自然下垂，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差偏差較大；二是傳統(tǒng)弦測法是人工使用鋼尺進(jìn)行測量讀數(shù)，數(shù)據(jù)受人為和天氣影響較大，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)精度不足；三是高鐵道岔的檢查質(zhì)量與效率要求越來越高，傳統(tǒng)檢測方法檢測效率過低。

根據(jù)慣性基準(zhǔn)法原理，對于檢測數(shù)據(jù)而言，其檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)值通常為0 mm，即檢測數(shù)據(jù)的實測值即為偏差值。然而CN 系列道岔轉(zhuǎn)轍部位采用動態(tài)優(yōu)化軌距加寬技術(shù)，其軌向標(biāo)準(zhǔn)值不為0 mm，目前缺少標(biāo)準(zhǔn)波形及數(shù)值，所以轉(zhuǎn)轍部位的軌向病害無法在動靜態(tài)檢測波形或者數(shù)據(jù)中進(jìn)行對比分析。

為解決上述問題，本文參考弦測法原理，模擬計算CN 系列道岔的軌向標(biāo)準(zhǔn)值，再通過內(nèi)插加密方法模擬CN 系列道岔動靜態(tài)檢測波形圖，進(jìn)而與實測動靜態(tài)檢測波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確定病害準(zhǔn)確位置及偏差值。

2 模擬分析方法

本文基于CN系列道岔軌距、框架、直外股10 m弦測值和軌枕間距等數(shù)值，參考10 m 弦軌向測量原理，模擬計算出CN系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值，其計算流程：一是計算直外股及內(nèi)直股軌向加寬值；二是根據(jù)軌枕間距，計算出兩側(cè)弦繩基點的準(zhǔn)確位置；三是根據(jù)兩側(cè)弦繩基點的準(zhǔn)確位置的直外股和內(nèi)直股加寬值及該枕位置的加寬值計算出軌向測量值。

2.1 直外股及內(nèi)直股軌向加寬值

通過CN 系列道岔圖紙，可以查出轉(zhuǎn)轍部位每根軌枕對應(yīng)位置的軌距及直外股加寬值，據(jù)此可以計算每根枕內(nèi)直股加寬值，具體計算公式列于式（1）。

式中，W內(nèi)直股為內(nèi)直股加寬值，G加寬為軌距加寬值，W直外股為直外股加寬值。

2.2 直外股及內(nèi)直股軌向標(biāo)準(zhǔn)值計算原理

根據(jù)軌枕間距，計算每根軌枕位置10 m弦兩側(cè)弦繩基點的準(zhǔn)確位置，再根據(jù)10 m弦兩側(cè)弦繩基點的準(zhǔn)確位置的直外股和內(nèi)直股加寬值及該枕位置的加寬值計算出軌向測量值，具體計算公式列于式（2）。

式中，An為n#枕的軌向，Wn為n#枕的加寬值，w基點1、w基點2為n#枕10 m弦繩前后基點位置的加寬值。

10 m 弦前后兩基點位置加寬值（即w基點1、w基點2）的計算方法如下：

一是根據(jù)軌枕間距計算兩個基點準(zhǔn)確位于哪兩根枕之間，及與這兩根枕的準(zhǔn)確距離；二是根據(jù)基點與前后軌枕的距離及前后軌枕的加寬值計算基點的加寬值，具體計算公式列于式（3）。

式中，w基為基點的加寬值，w前為基點前軌枕的加寬值，w后為基點后軌枕的加寬值，L為基點前后軌枕的軌枕間距，L1為基點與前軌枕的距離。

由于以上計算過程較為復(fù)雜，并且逐枕計算工作量過于龐大，本文借用C#語言編寫計算程序，對CN系列道岔直外股和內(nèi)直股軌向標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行自動計算。

2.3 直外股及內(nèi)直股軌向標(biāo)準(zhǔn)值計算算例

以CN6118AT 道岔13#枕直外股為例。13#枕10 m 弦前基點位于5#枕及6#枕之間，后基點位于21#枕及22#枕之間。5#、6#、13#、21#和22#枕距離順坡終點的距離和加寬值列于圖1：

圖1 10 m弦軌向測量示意圖

CN系列道岔13#枕直外股軌向具體計算過程如下。

2.4 CN道岔動靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)模擬過程

計算出CN 系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值后，參考軌枕間距對軌向值進(jìn)行0.125 m 及0.25 m 內(nèi)插加密，軌距數(shù)值進(jìn)行同步內(nèi)插加密后，即可分別獲得CN 系列道岔動態(tài)（0.25 m數(shù)據(jù)間隔）及靜態(tài)（0.125 m數(shù)據(jù)間隔）模擬數(shù)據(jù)。

3 實例應(yīng)用

CN 系列道岔動靜態(tài)模擬數(shù)據(jù)可根據(jù)特征點位置與動靜態(tài)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配后做對比分析。以2021 年5 月18 日連鎮(zhèn)高鐵灌南站1#岔動檢數(shù)據(jù)為例。

在WinDBC軟件中輸出道岔對應(yīng)里程位置檢測數(shù)據(jù)文本格式，并導(dǎo)入Excel 中。其中需注意，軌向?qū)崪y數(shù)據(jù)輸出參數(shù)選擇“左軌向弦測10 m”及“右軌向弦測10 m”。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分列，保留道岔部分?jǐn)?shù)據(jù)，刪除道岔以外多余數(shù)據(jù)。并將CN 系列道岔動態(tài)模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入該Excel 工作表中，使用實測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)制作折線圖，根據(jù)實測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)折線圖線形將模擬數(shù)據(jù)在Excel 中進(jìn)行里程調(diào)整，使實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的折線圖匹配，匹配后的折線圖如圖2，對比差值列于表1。

表1 灌南站1#岔直外股軌向動檢數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比表

圖2 灌南站1#岔直外股軌向動檢數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比圖

通過對比分析可知，距道岔尖軌尖3.3 m 和16 m 位置存在兩處長度分別約為2.5 m 和3.5 m 偏差值約為1.5 mm 的軌向不平順病害。將模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析確定病害位置后，于當(dāng)日天窗內(nèi)使用傳統(tǒng)弦測法對此二處病害進(jìn)行復(fù)核檢查，檢查結(jié)果與對比分析結(jié)果一致。

4 總結(jié)

使用C#編程語言模擬計算CN系列道岔每根軌枕位置的軌向標(biāo)準(zhǔn)值，再通過內(nèi)插加密方法模擬CN 系列道岔動態(tài)及靜態(tài)檢測波形圖，進(jìn)而與實測動靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析確定病害準(zhǔn)確位置及偏差值。解決了傳統(tǒng)弦測法檢測CN 系列道岔效率低、精度低和無法檢測長波軌向不平順等問題。通過試驗，將本文提出的檢測分析方法與傳統(tǒng)弦測法進(jìn)行比較，試驗結(jié)果表明，本文提出的方法的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)弦測法檢測結(jié)果一致，可極大地提高了檢測分析的效率及精度。