近期,新一代高速動車組和時速400公里高速綜合檢測列車在京滬高鐵上海段(棗莊西-南京南-上海虹橋)“試跑”。中國高鐵完美地實現(xiàn)了時速200公里、時速300公里、時速300公里以上的三級跳,正是這一次次的提速,中國開啟了領(lǐng)跑世界的“高鐵時代”。
高鐵建設(shè)是一個龐大的系統(tǒng)工程,其中軌道作為高鐵的主要結(jié)構(gòu)物,其結(jié)構(gòu)技術(shù)直接影響高速列車的速度、安全和舒適,是高鐵的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。目前在我國,高鐵建設(shè)普遍采用無砟軌道。
據(jù)了解,與傳統(tǒng)有砟軌道相比,無砟軌道具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用免維修、壽命長等特點,并運用了世界先進的百米定尺鋼軌連續(xù)焊接工藝,保證了線路的高平順性,提高了旅客乘坐的舒適度,而且減少了鋼軌與列車車輪的磨耗。
高速鐵路最大的特點是快,而快的同時必須保證高平順性、高穩(wěn)定性、高安全性、高舒適性,要達到這樣的目標(biāo),必須提高軌道測量準(zhǔn)確度,計量技術(shù)是保證測量準(zhǔn)確度得以實現(xiàn)的重要基礎(chǔ),它在高鐵軌道建設(shè)中扮演怎樣的角色呢?
據(jù)負(fù)責(zé)石武客運專線湖北段建設(shè)的中鐵十一局朱玉中工程師介紹,在高鐵軌道建設(shè)過程中,計量是貫穿整個過程的主線??沒有精準(zhǔn)的計量,建設(shè)過程中的技術(shù)問題無法解決,施工工序都無法開展,可以說無砟軌道的設(shè)計、制造、安裝誤差都是以毫米來度量的??梢孕蜗蟮卣f,計量就好比人體的中樞神經(jīng)。他向我們介紹了幾項無砟軌道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù),其中的計量工作質(zhì)量是至關(guān)重要的。
軌道板鋪設(shè)過程
軌道板的鋪設(shè)是高鐵軌道施工建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)。具有技術(shù)工藝新、質(zhì)量要求高,工期非常短的特點和難點。
據(jù)了解,底座板施工必須在路基和橋梁的沉降、變形基本穩(wěn)定后才能進行。整個鋪設(shè)過程要經(jīng)過粗放、精調(diào)、灌漿、張拉及連接等幾道工序后方可完成。
軌道板鋪設(shè)過程中平面控制和高程控制起著重要作用。高程控制在底座板施工時標(biāo)高已經(jīng)確定,精調(diào)時再精確調(diào)整。而在平面控制過程中,要用到1201 的全站儀,準(zhǔn)確度保證在縱橫?5mm范圍內(nèi)。同時為了保證放樣的準(zhǔn)確度均采用高準(zhǔn)確度儀器(如1201 全站儀),高準(zhǔn)確度的測量方法(后方交會的方法,每站設(shè)站準(zhǔn)確度確定在?1mm范圍內(nèi))。
目前,在軌道板鋪設(shè)中要用到多種精測儀器。曾經(jīng)的準(zhǔn)確度為6″的儀器已經(jīng)不能滿足高鐵工程的計量要求。據(jù)專家介紹,軌道板粗鋪這道工序可以靠眼來判斷定位,但后面的精調(diào)就只能靠精測儀器了,其調(diào)整誤差不能大于?0.3mm。為保證列車快速行駛,參數(shù)必須固定不變。兩個鋼軌的線間距,在運行過程中規(guī)定正負(fù)距離和高低差都要保持在(1~2)mm之間,最大不能超過2mm。在此過程中要用到高準(zhǔn)確度經(jīng)緯儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、測角準(zhǔn)確度為1″的全站儀等精測儀器。
基礎(chǔ)變形的控制問題
據(jù)介紹,無砟軌道道床結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土構(gòu)件替代原有的有砟軌道中的道砟層,道床一次施工成型,建成后及運營過程中只能通過扣件進行小范圍的調(diào)整,因此對鋪設(shè)無砟軌道的線下基礎(chǔ)的變形計量控制要求非常嚴(yán)格。
專家介紹,我國地域遼闊,地質(zhì)條件多變,這給高鐵無砟軌道的路基沉降和橋梁變形計量控制提出了更高的要求。無砟軌道道床結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土構(gòu)件,不具備高低調(diào)整能力,一般要求鋪設(shè)無砟軌道后路基面工后沉降量不超過軌道扣件調(diào)整的范圍,一般不大于15mm,而橋梁梁端轉(zhuǎn)角限制為1.5‰(梁端懸出長度不大于0.55m),標(biāo)準(zhǔn)甚至比F1賽車跑道還要高。
精密測量控制網(wǎng)
高精度測量網(wǎng)的建立是高鐵建設(shè)中的一項關(guān)鍵技術(shù),它對保證高鐵高速運行的穩(wěn)定性、安全性至關(guān)重要。
根據(jù)《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》,無砟軌道精密控制測量體系按照三級布網(wǎng)控制,即:基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ、線路控制網(wǎng)CPⅡ、基樁控制網(wǎng)CPⅢ(接觸網(wǎng)立柱上)。
據(jù)專業(yè)人士介紹,無砟軌道施工前,應(yīng)建立高精度的精密平面、高程控制測量網(wǎng)(CPⅢ控制網(wǎng)),利用粗調(diào)機和精調(diào)機及其配套軟件對無砟軌道鋪設(shè)進行精確測量。誤差均控制在毫米級以內(nèi)。
通俗地說,采用LeicaTCA2003型全站儀在路基上每隔(50~60)m就設(shè)一對測量控制點,這樣的點越多,密度越大,測量的準(zhǔn)確度越高。在高鐵軌道施工過程中,CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ3種網(wǎng)絡(luò)組成一個統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)的高精度測量控制網(wǎng),其核心作用就是保障軌道形狀和位置的精確定位,為線路鋪設(shè)過程中提供準(zhǔn)確的幾何線性參數(shù)。
無縫線路的實現(xiàn)
無縫線路的定義是由許多根標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊接成一定長度的長鋼軌線路。目前,我國高鐵無縫線路的普遍應(yīng)用,大大降低了列車運行中的振動噪聲。
據(jù)了解,無縫線路中包括多項技術(shù),就目前在建的石武客運專線來說,其中應(yīng)力放散和移動閃光焊技術(shù)是無縫線路的鋪設(shè)的關(guān)鍵。
應(yīng)力放散是為了保證鋼軌在鎖定軌溫下達到零應(yīng)力狀態(tài),簡單地說就是解決軌道的熱脹冷縮問題,使鋼軌處于鎖定狀態(tài)。據(jù)專業(yè)人士介紹,應(yīng)力放散應(yīng)做到放散均勻、鎖定準(zhǔn)確。相鄰兩單元軌節(jié)的鎖定軌溫差不大于5℃,左右兩股鋼軌鎖定軌溫差不大于3℃,同一設(shè)計鎖定軌溫差不大于10℃。應(yīng)力放散時,每隔100m左右設(shè)一個臨時位移觀測點,以便觀測鋼軌位移量,保證鋼軌位移要在設(shè)計要求允許范圍之內(nèi)。要做到這些,無論是在烈日炎炎的夏日,還是在雪花紛飛的冬天,計量人員基本每天4時起床,攜帶專業(yè)計量儀器去工地實地檢測。
我們知道,每根鋼軌聯(lián)結(jié)成軌道,鋼軌之間會有一個接頭,接頭之間還有個軌縫,接頭的質(zhì)量直接影響列車運行的平穩(wěn)性。為了解決此問題,采用高準(zhǔn)確度儀器、先進的連續(xù)閃光焊接技術(shù),焊接性能優(yōu)異,焊接工藝穩(wěn)定,不但能保證焊縫的質(zhì)量和準(zhǔn)確度,還保證了焊縫質(zhì)量的一致性。
隨著列車速度的提高,實現(xiàn)了無縫線路全部接頭質(zhì)量能夠保證高可靠性和高一致性,以滿足鐵路高速行駛的要求,最大限度地降低了列車在運行時產(chǎn)生令人討厭的“咔噠咔噠”聲。在此過程中,位移傳感器、探傷儀、紅外測溫儀等精測儀器起到了關(guān)鍵作用。
據(jù)悉,目前高鐵軌道施工中使用的精測儀器以及運用的技術(shù)已經(jīng)達到工程測量界的最高水平,直接推動了工程測量的發(fā)展??梢哉f,計量已成為高鐵軌道工程的靈魂。
為了給石武高鐵軌道建設(shè)提供有力的計量技術(shù)支持,中鐵十一局還加大了計量設(shè)備投入。同時為保證工程施工質(zhì)量對在用的計量器具每年投入計量檢定費用幾百萬元。
未來,中國高鐵的奔馳速度還將加快,正如鐵道部總工程師何華武所說:“車速越快,對鐵路的要求越高?!蹦菚r對高鐵軌道測量準(zhǔn)確度的要求將會進一步提高,對計量將會提出更高的挑戰(zhàn)。
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