軌道動(dòng)態(tài)智能分析軟件在CRTSII型軌道板防脹中的應(yīng)用

宋 松 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州工務(wù)段

1 防脹板動(dòng)態(tài)分析基本思路

CRTSII 型無(wú)砟軌道的特點(diǎn)之一為軌道板之間縱向張拉連接、減小自由邊達(dá)到整體受力。高溫季節(jié)氣溫升高造成混凝土膨脹產(chǎn)生溫度力，接縫處混凝土強(qiáng)度低于軌道板、接縫和軌道板未粘連，造成接縫在整個(gè)縱向抗溫度力體系中成為薄弱點(diǎn)，易產(chǎn)生無(wú)砟軌道拱起，俗稱脹板。目前預(yù)防脹板的檢查手段主要為綜合檢測(cè)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)和地面人工檢查。

智能分析軟件由北京交通大學(xué)、中國(guó)鐵路南昌局和上海局集團(tuán)公司聯(lián)合研發(fā)，2018年通過(guò)了國(guó)鐵集團(tuán)工電部和科信部的試用評(píng)審，在多個(gè)鐵路局進(jìn)行了試用、效果較好；2019年在國(guó)鐵集團(tuán)工電部和科信部通過(guò)正式技術(shù)評(píng)審，作為鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的模塊之一，在全路推廣應(yīng)用，彌補(bǔ)了其缺少檢測(cè)數(shù)據(jù)智能化處理的不足。該軟件基于服務(wù)器處理后的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)修正里程后的多次波形圖進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比、快速列出超限點(diǎn)，定位脹板疑似處所。

脹板分析中，首先應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)智能分析軟件生成的超限點(diǎn)逐處復(fù)核，找出疑似點(diǎn)指導(dǎo)地面防脹檢查；其次應(yīng)充分發(fā)揮人工分析主觀能動(dòng)性，不應(yīng)過(guò)于依賴軟件，分析人員要對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)、常見(jiàn)病害進(jìn)行掌握，分析人員的專業(yè)水平?jīng)Q定了分析質(zhì)量的高低。

2 利用軌道板脹板識(shí)別分析疑似脹板地點(diǎn)

2.1 分析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

進(jìn)入脹板分析模塊，先進(jìn)行門限設(shè)置，例如把I級(jí)變化量設(shè)為1 mm，幅值設(shè)為0.5 mm。I級(jí)變化量1 mm的含義是讓智能分析軟件列出兩次檢測(cè)的高低偏差增大量超過(guò)1 mm 的處所，幅值0.5 mm 的含義是只對(duì)高低偏差超過(guò)+0.5 mm 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定決定了精度和分析工作量大小，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。因綜合檢測(cè)車檢測(cè)為動(dòng)態(tài)檢測(cè)，存在檢測(cè)誤差，故分析標(biāo)準(zhǔn)過(guò)嚴(yán)則不具可操作性；脹板初期造成的軌面高低偏差一般為毫米級(jí)別，標(biāo)準(zhǔn)過(guò)松又會(huì)造成疑似處所遺漏。

2.2 動(dòng)態(tài)檢測(cè)分析與地面復(fù)核

選擇高溫、低溫時(shí)段典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以2017 年7 月20日和2月18日京滬高鐵上行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，智能分析軟件會(huì)自動(dòng)運(yùn)算、列出超限，繪制超限點(diǎn)的多次高低波形圖（以下簡(jiǎn)稱為高低波形）。k723+512-k723+514存在一處疑似點(diǎn)，相關(guān)信息如表1、圖1。

表1 京滬高鐵上行k723+512-k723+514疑似點(diǎn)信息表

圖1 京滬高鐵上行k723+512-k723+514脹板疑似處所波形對(duì)比

此區(qū)段高低波形吻合，在k723+512-k723+514 處存在一處突變，左、右高低偏差各增大1.31 mm、1.02 mm，且從6 月20日到7月20日左、右高低偏差各增大0.54 mm、0.53 mm，說(shuō)明該處高低偏差存在變大過(guò)程，故判定此處為疑似處所。現(xiàn)場(chǎng)檢查復(fù)核，上行k723+511接縫處存在靜態(tài)左、右高低偏差+2 mm，CA 砂漿層離縫2.5 mm、長(zhǎng)1 700 mm、深500 mm，確定為脹板引起的高低不良。每次動(dòng)態(tài)檢測(cè)后，及時(shí)利用分析結(jié)果進(jìn)行地面復(fù)核，可大大提高檢查的針對(duì)性和效率。

2.3 其它典型地段分析示例

對(duì)比2017 年7 月20 日和2 月18 日的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的京滬高鐵上行k762+368-k762+369 脹板疑似處所如圖2，現(xiàn)場(chǎng)k762+369 接縫處存在靜態(tài)左、右高低偏差+3 mm，CA 砂漿層離縫2.5 mm、長(zhǎng)500 mm、深400 mm。

圖2 京滬高鐵上行k762+368-k762+369脹板疑似處所波形對(duì)比圖

對(duì)比2017年8月8日和2月23日動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的京滬高鐵下行k762+437-k762+439 脹板疑似處所如圖3，現(xiàn)場(chǎng)k762+440 接縫處存在靜態(tài)左、右高低偏差+3 mm，CA 砂漿層離縫3 mm、長(zhǎng)2 000 mm、深度已經(jīng)貫通軌道板橫截面。

圖3 京滬高鐵下行k762+437-k762+439脹板疑似處所波形對(duì)比圖

3 分析要點(diǎn)

要達(dá)到精確分析脹板疑似處所，需通過(guò)高低偏差變化趨勢(shì)確定，剔除偶然因素造成的高低偏差突變，充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和設(shè)備實(shí)際。

3.1 充分分析高低偏差變化趨勢(shì)

由于動(dòng)態(tài)檢測(cè)存在誤差和偶然性，確定疑似處所需對(duì)比多期檢測(cè)數(shù)據(jù)。2019 年7 月21 日和2 月21 日動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)的京滬高鐵上行k726+391-k726+393 脹板疑似處所，將該處2 月-7 月6 次高低波形疊加后如圖4，可見(jiàn)該處高低偏差逐漸增大。

圖4 京滬高鐵上行k726+391-k726+393脹板疑似處所6次波形疊加圖

通過(guò)峰值變化趨勢(shì)查看、分析疑似處所的高低偏差變化情況，京滬高鐵上行k728+545-k728+546 脹板疑似處所的峰值變化趨勢(shì)如圖5，可看到此處隨時(shí)間推移，高低偏差逐漸增大的趨勢(shì)，同時(shí)印證了環(huán)境溫度對(duì)連續(xù)型軌道板結(jié)構(gòu)的影響。

3.2 過(guò)濾干擾因素造成的動(dòng)態(tài)高低偏差變化

（1）現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)道造成的動(dòng)態(tài)高低偏差增大

對(duì)比 2017 年 7 月 23 日和2 月 23 日京滬高鐵下行動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，k738+355 存在高低偏差增大2 mm、k738+480 存在高低偏差增大1.64 mm如圖6。

圖5 京滬高鐵上行k728+545處2017年1-8月動(dòng)態(tài)高低偏差變化趨勢(shì)

圖6 京滬高鐵下行k738+355、k738+480動(dòng)道造成的高低偏差變化對(duì)比圖

結(jié)合實(shí)際分析，7 月23 日凌晨段對(duì)京滬高鐵下行k738+349-k738+479進(jìn)行了線路精調(diào)，精調(diào)將梁端處高低偏差進(jìn)行了修正，高低波形趨于平緩。兩處動(dòng)態(tài)高低偏差增大均處于精調(diào)和非精調(diào)結(jié)合部，動(dòng)道是其偏差變化的原因。

（2）換軌作業(yè)造成的動(dòng)態(tài)高低偏差變化

對(duì)比 2018 年 7 月 11 日和 1 月 18 日京滬高鐵上行的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的k784+393-k784+395疑似處所左高低偏差增大1.18 mm 如圖7。結(jié)合實(shí)際分析，7 月6 日段在上行k784+380-k784+401更換右股一根傷損鋼軌，判定為換軌引起的高低偏差變化，且該處經(jīng)地面人工復(fù)核后無(wú)問(wèn)題。需注意因上行綜合檢測(cè)車由小里程向大里程檢測(cè)，故動(dòng)態(tài)左高低偏差實(shí)為現(xiàn)場(chǎng)右股鋼軌的數(shù)據(jù)。

圖7 京滬高鐵上行k784+393-k784+395動(dòng)態(tài)高低偏差波形對(duì)比圖

（3）橋梁端刺結(jié)構(gòu)處的動(dòng)態(tài)高低偏差變化

對(duì)比 2018 年 8 月 18 日和 2 月 21 日京滬高鐵上行動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，k759+891處左、右高低偏差均存在增大2.61 mm。結(jié)合實(shí)際分析，上行k759+822-k759+882 存在一處端刺，端刺的主要作用是將橋梁溫度力、制動(dòng)力等傳至路基內(nèi)。將2018年2 月至8 月該處高低波形疊加如圖8，初步判斷該處為橋梁、路基結(jié)合部剛度不均勻?qū)е碌膭?dòng)態(tài)高低偏差反復(fù)變化，不完全等同于脹板機(jī)理。

圖8 京滬高鐵上行k759+822-k759+882端刺區(qū)動(dòng)態(tài)高低偏差變化波形疊加

（4）異常數(shù)據(jù)造成的動(dòng)態(tài)高低偏差變化

綜合檢測(cè)車檢測(cè)時(shí)由于光線、異物、軌道結(jié)構(gòu)過(guò)渡等檢測(cè)環(huán)境產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，對(duì)動(dòng)態(tài)分析會(huì)產(chǎn)生干擾，如圖9 為2018 年 7 月 25 和 2 月 9 日京滬高鐵上行 k702+000-k702+120高低波形對(duì)比，這種在極短距離內(nèi)存在的高低動(dòng)態(tài)偏差變化是異常數(shù)據(jù)，不具參考性。

圖9 2018年7月25和2月9日京滬高鐵上行k702高低波形對(duì)比

3.3 其它注意事項(xiàng)

結(jié)合以上防脹板動(dòng)態(tài)分析要點(diǎn)，日常分析中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是應(yīng)充分結(jié)合連續(xù)梁梁端、連續(xù)梁簡(jiǎn)支梁結(jié)合部、橋基結(jié)合部、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、梁端伸縮裝置等多種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。二是分析時(shí)應(yīng)認(rèn)識(shí)到靜、動(dòng)態(tài)高低偏差幅值不完全對(duì)等，因脹板都為自下而上變化，下部結(jié)構(gòu)變化量不能完全反映在軌面上。三是脹板整治后可利用后續(xù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比設(shè)備變化情況，盯控脹板整治效果。四是重視動(dòng)態(tài)檢測(cè)的實(shí)際時(shí)段和氣溫資料收集。

4 結(jié)束語(yǔ)

自2017年至今，段一直堅(jiān)持在高溫防脹板期間使用智能分析軟件來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)防脹檢查，2017年至2020年段管內(nèi)處理的4處脹板隱患，均為利用智能分析軟件分析發(fā)現(xiàn)，提升了地面檢查效率和準(zhǔn)確率，為高鐵行車安全提供了技術(shù)保障。建議工務(wù)段在連續(xù)型無(wú)砟軌道防脹板期間組織具有較強(qiáng)業(yè)務(wù)素質(zhì)的專業(yè)人員進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。