铁路工程中无砟轨道施工技术研究

铁路工程中无砟轨道施工技术研究

张振华

中铁四局集团第五工程有限公司  安徽省合肥市230000

摘要：经济的发展推动了我国科学技术的不断创新，当前，北斗时空技术在铁路工程建设中的应用逐渐深入，基于此，本文主要对铁路工程中无砟轨道施工技术进行研究。

关键词： 铁路工程；无砟轨道；施工技术

引言

如今，随着5G通信技术的普及应用，互联网时代将快速演化到“万物互联”的全新物联网时代，而在这个过程中，无处不在的位置和时间同步服务将提供至关重要的信息技术支撑。

1 无砟轨道施工技术

首先，采用平面测量的方法，测量无砟轨道基桩控制网的高程，选取控制网高程的二等水准点与基桩控制点，将各个点连接起来，形成无砟轨道三维坐标网。根据铁路工程建设的实际情况与特征，通常将基桩控制网布设在线路两侧，若安装了接触网支柱，则将基桩控制网布设在接触网支柱上，并设置基桩控制网的间距不超过 60 m。基桩控制网布设结束后，采用全站仪，通过平面测量法与后方交会法测量基桩控制网，并从中选取需要测设的控制点，完成测设操作。

2 铁路工程中无砟轨道施工技术

2.1无砟轨道预精调技术应用

目前，市场上对精调技术的研究集中在精调设备、精调方法上， 很少提到预精调概念。 铺轨时一般使用标准型扣件，精调时再根据测量结果更换精调件，从而达到精调线型合格。 已安装的标准件只能丢弃造成大量资源浪费，精调成本较高。目前，国内项目在无砟轨道精调上，达到线路 TQI 不大于1.8 时扣件的更换率通常要高达 90% ，甚至有些达到 100% 。调整扣件的成本高，造成项目效益流失。 而采用扣件预精调第一遍安装扣件时成本将加大，但是后期更换工作量减少，总的来说减少了标准扣件的采购量，从而降低成本。

2.2 无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量是指将倾斜镜头安装在旋翼无人机或固定翼无人机上，按照一定的技术要求进行摄影测量的过程。一般情况下，相机的主光轴与主垂线的夹角，即倾斜角大于 3°，倾斜相机一般选用宽角或者特宽角镜头以便于三维测图。基于倾斜摄影重建三维模型技术是利用倾斜相机根据多角度获取地物信息，并通过算法处理海量影像，营造出三维立体效果。倾斜摄影其核心组成为无人机平台、传感器、惯性导航系统。空中三角测量是根据 GNSS 或高精度 POS 数据利用解析法通过少量控制点的像方和物方坐标进行控制点加密，通过同名像点量测和同名光线的后方交会，利用已知点解求所有影像的外方位元素进而为测图提供绝对定向的控制点坐标。其核心技术之一为光束法区域网平差，以影像为单位，利用影像与所有相邻影像重叠区内的公共点、外业控制点，进行整体求解所有影像的 6 个外方位元素  。由于无人机的视角的局限性，当建筑物比较密集时，其底部因被其它物体遮挡，造成底部扫描的成像精度较差。为了达到很好的效果，通常可结合地面三维激光扫描的方式，来使建筑物的整体外观图像达到较高的精度。倾斜摄影测量可以提供全方位的全景影像并生成较高精度的点云模型，三维激光扫描仪能快速得到高精度的室内三维激光雷达点云数据和室内影像，由此倾斜摄影测量获取的室外三维数据和三维激光扫描仪获取的室内点云数据一体化为空间数据的精细化管理提供了支持。

2.3 基于随机骨料仿真的 CRTS Ⅱ轨道温度场分析

CRTSⅡ型板式无砟轨道被我国广泛应用于京津、京沪、武广等高铁线路，与传统有砟轨道相比，其整体性和稳定性更好，但由于其独特的“连续体”结构所以受温度影响更加敏感。无砟轨道在吸收太阳辐射和大气温度后产生整体温升和温度梯度并伴随翘曲变形进而导致不同结构层之间的离缝和连接区的其他损伤。因此，研究自然环境下无砟轨道温度场有助于明确无砟轨道损伤机理并为铁路部门运营维护提供建议。CRTSⅡ型轨道采用的混凝土材料为典型的多相非均质结构，其中骨料形状、大小、含量等参数均影响混凝土的传热特性  。采用随机骨料算法来计算其细观几何结构，该算法由多个随机数控制编写并根据既有 “生成区域网格划分”、“区域剔除”、“圆内接多边形骨料”、“圆心距离控制准则”等方法进行多边形骨料的生成与投放。轨道板粗骨料最小粒径为 5mm，最大粒径为 20mm，支撑层粗骨料最小粒径为 5mm，最大粒径为 31.5mm。算法先通过随机数在目标区域内生成多边形粗骨料的中心坐标，以及服从富勒级配的粒径，再根据式(1)生成多边形骨料顶点角度，并以角度和粒径为基础计算对应顶点坐标。之后，对生成区域划分网格，并标记与多边形相交或重合的网格单元，以圆心距离公式判断多边形是否重合，不重合的多边形内网格单元被剔除，最终以多边形骨料累加面积是否超过实际骨料面积作为程序终止准则。CRTSⅡ型无砟轨道是纵向连续结构，可认为其沿长度方向温度无变化，故将其简化为二维平面传热问题。建立的细观尺度传热有限元模型包括预制轨道板、CA 砂浆、支撑层、基床表层，随机骨料算法则应用于轨道板和支撑层。模型所有与空气接触的外表面都考虑对流换热和吸收热辐射，基床表层底面采用绝热边界，且忽略各层之间的接触热阻。模型的混凝土材料中粗骨料和砂浆分别赋予不同的物理属性，所有的几何及传热学参数              。模型中的太阳辐射方向垂直于地面，计算时长为 48h。模型初始温度场通过迭代计算获得，即首先假定上午 0:00 时轨道初始温度场为室温 300K，将计算得到的 48h 后温度场结果再次设定为初始温度场，经多次迭代后模型结果稳定，最终将稳定后 48h 的温度场结果作为最终的初始温度场使用，且计算其之后的 48h 轨道温度场并以此为研究对象。

2.4基于多目标级联深度学习的无砟轨道板表面裂缝测量

无砟轨道板裂缝将导致雨水腐蚀轨道板内钢筋等结构物，降低轨道结构耐久性，严重危害轨道结构的服役性能。基于多目标级联深度学习的无砟轨道板表面裂缝测量算法总体框架包括数据采集、数据蒸馏、裂缝提取、裂缝宽度量化及裂缝严重程度评估等过程。多目标检测及量化算法结合深度分类网络、实例分割网络、基于正交投影法的裂缝骨架提取及宽度测量算法，实现从轨道板巡检图像的输入到裂缝连续宽度值的输出。具体过程分为 5 步：第 1 步，由轨检车等巡检工具搭载图像采集设备沿轨道采集轨道板图像数据；第 2 步，完成采集后将图像输入分类网络提取含伤损图像，通过实例分割网络特性实现多目标实例的检测及分割；第 3 步，通过实例分割算法提取图像中裂缝后根据正交投影算法提取目标裂缝骨架及轮廓，引出正交投影线；第 4 步，根据正交投影线计算裂缝在图像上的宽度；第 5 步，根据宽度计算结果判识伤损。

2.5精调量计算方法

轨道精调是通过轨道测量不平顺数据对轨道调整量进行计算，通过精调使轨道精度达到规范标准，满足行车舒适性要求。目前常用的精调量计算方法，可分为基于外部几何尺寸的坐标法和基于内部几何尺寸的渐伸线法两类。渐伸线法是指直接利用公式计算渐伸线长度、选配曲线半径并计算既有曲线拨距的方法。工务维修实践中，长期以来以渐伸线作为依归以轨道内部几何尺寸为依据计算整正量。渐伸线中，因绳正法操作较为简便，广泛应用于普速线路以及提速线路的整道计算工作中。除此法外，工务维修中常使用一种经验方法进行整道计算，即目穿法。目穿法通过目测不平顺，经多次动道、逐点改善轨道平顺性。以上方法测定不平顺均比较粗糙，且严重依赖于操作者的技能与经验，易破坏设计线型，故目前不能作为独立的整道方法应用于高铁无砟轨道的养修。

结语

通过本文的研究，全面加大了轨道施工过程中的施工精度管控力度，对无砟轨道的刚度进行均匀化管控，完善并升级了轨道各个结构的施工技术，有效地提高了无砟轨道施工的质量与水平，保障了列车高速行驶的安全，具有重要研究意义。

参考文献

[1]赵云飞,员利军,杨少龙,等.高速铁路大跨度钢箱桁梁斜拉桥无砟轨道施工技术[J].中国铁路,2020(6):126-130.

[2]刘雨宾,邢成东.铁路交通运输无砟轨道的施工要点及质量控制方法研究[J].中国储运,2022(5):60.

[3]苗兰弟,任庆国.CRTSⅢ型无砟轨道关键技术分析及工后沉降稳定性评价[J].大连交通大学学报,2021,42(6):96-103.

[4]王明慧,张桥,曹义华,等.高速铁路双块式无砟轨道智能建造技术研究与应用[J].铁道建筑技术,2020(10):148-151+165.