軌道整平

軌道整平是直接影響和控制行車速度的主要因素。為使高速鐵路軌道具有持久穩定的高平順性，高速鐵路對路基、橋樑、軌道的建設標準和技術要求要比一般線路高得多。現在高速鐵路軌道平順性控制和建設已成為高速鐵路建設成敗的關鍵技術。

基本介紹

• 中文名：軌道整平
• 外文名：Orbital leveling
• 相關概念：軌道平順性
• 定義：軌道具有持久穩定的高平順性
• 影響：影響和控制行車速度的主要因素
• 學科：土木工程

軌道不平順的危害

危及列車運行的安全

根據國內外的計算機仿真和動測試驗等研究，在120km/h速度條件下，被認為是很小的大量存在的不平順，在300km/h高速時會引起車體產生不能允許的振動。嚴重的不平順會引起車輛浮沉、側滾、側擺、搖頭振動和劇烈的顛簸，使車輪大幅度減載甚至懸浮，在曲線上或方向不良區段運行時可能導致脫軌；或產生很大的側向力，使脫軌係數增大，引起車輪爬軌掉道。此外不平順的幅值過大會使道床阻力顯著降低，輪載引起的鋼軌垂向負撓度亦將增大，造成軌枕懸空，使道床阻力進一步減小。這樣易引起無縫線路發生動態脹軌跑道，導致列車顛覆。

降低設備使用的壽命

軌道不平順一方面直接影響高速行車的安全與平穩，另一方面由軌道不平順引起的動荷載將加速軌道的惡化，減少鋼軌、輪軸等的使用壽命。例如：一個0.2ml的迎輪台階形微小焊縫不平順，當車速高達300km/h時，所引起的高頻振動作用力高達722kN，低頻輪軌附加力可達321kN，使致軌道破壞，道碴破碎、道床路基產生不均勻沉陷，嚴重情況時還可能引發鋼軌、輪軸斷裂。焊縫不平順，軌面剝離、擦傷、波形磨耗等不平順的幅值雖然很小，但在高速行車條件下就會產生很大的輪軌作用力和衝擊振動，將減少鋼軌的使用壽命，加快軌道狀態惡化的速度，增加養護維修的成本。

增加列車運行的能耗

鐵路的總耗能很大，根據日本新幹線的數據，鐵路總耗能量的87%用於行車方面，行車方面的耗能占主要部分。軌道是鐵路輪軌運輸系統中重要組成部分，軌道的不平順，會增加高速鐵路行車方面的能耗，。導致綜合能源消耗的增加。

影響乘坐舒適的程度

計算仿真和輪軌動力學測試表明，幅值lOmm、波長40m的連續高低不平順在常規速度下引起的車軌振動和輪軌動力附加荷載都很小，但在速度為300km/h時，車體會持續產生頻率為2Hz、半幅值為0.189的振動加速度，人體承受這種加速度的持續時問只能5h，否則會導致乘客血壓、脈搏、消化等生理現象不正常。又如幅值5mm、波長40m的連續高低不平順，在常規速度下引起的振動很小，但在速度為300km/h時會引起車體頻率約2Hz、半幅值為0.669的振動加速度，乘務人員在這種振動環境下只能持續工作3h，否則會出現判斷、應交能力減退，工作能力下降等現象。

保證軌道高平順性的措施

進行合理的線路平縱斷面設計

高速鐵路的高平順性對線路的基本技術條件提出了更高的要求，如曲線半徑、緩和曲線長度、最小夾直線長度、圓曲線長度、最小坡段長度和豎曲線長度等，都要滿足高速鐵路的高平順性要求。高速條件下列車的豎向和橫向加速度增大；列車各種振動的衰減距離延長；各種振動疊加的可能性增大；相應的旅客乘坐舒適度更敏感。因此，高速鐵路線路平縱斷面設計應採用較大的線路平面圓曲線半徑，較長的縱斷面坡段和較大的豎曲線半徑以提高線路的平順性，儘可能降低列車的橫向和豎向加速度，降低列車各種振動疊加的可能性，從而提高旅客的乘坐舒適度。以京滬高速鐵路為例，考慮到該鐵路高、中速混運的特點，其最小曲線半徑一般條件下9000m，困難條件下7000m；緩和曲線長度一般在280～670m之間；豎曲線半徑25000～40000m。而客貨混運的準高速線（客車160km/h）和普速線（客車120km/h）的最小曲線半徑一般條件下1000～1600m，緩和曲線長度僅為20～180m，豎曲線半徑10000～15000m。

建設穩定性好、沉降小的路基

高速鐵路的高平順性要求路基強度高、剛度大、縱向剛度變化均勻且長久穩定。對地基的處理、填料的質量、碾壓密實度、工後沉降以及路基排水等都提出了更高的要求。只有提供穩定性好、沉降較小的路基才能建設高平順性的軌道。尤其是對軟土路段，採用新材料、新工藝，進行填料改良，基床壓實等軟土地基工程處理，使路基剛度均勻，滿足工後沉降要求，保證軌道的高平順性。高速鐵路要求工後沉降值控制在一般地段為5cm，路橋過渡段為3cm，而無碴軌道鋪設甚至要求只有2cm。路堤本體基床表層厚0.7m，由級配良好的砂礫石或碎石填築，要求地基係數K30≥190MPa/m，孔隙率n<18%；基床底層厚2.3m，採用A、B組填料或改良土；路堤下部採用C組以上填料或改良土。路、橋（涵）過渡段基床表層（0.7m）範圍內的填料及壓實要求與其它地段相同；基床表層以下要求用級配碎石、加筋土或素混凝土填築，壓實標準要滿足K30≥150MPa/m和孔隙率n<28%。

建設整體性好、剛性較大的橋樑

橋樑的撓度、轉角和扭曲等變形是影響軌道平順性的直接因素。變形大，不僅會使橋樑本身承受較大的衝擊力，還會影響軌道的平順性。由於高速列車運行時動力回響加劇，故為保證列車運行安全和旅客乘坐舒適，設計橋樑時須加強上部結構的豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度，使其滿足剛度限值要求。同時。還應加強結構的整體性，以提高結構的動力特徵。因此在高速鐵路建設中，必須加強車橋耦合動力回響分析。可採取一些措施：①採用整孔箱梁，即使採用T型梁，鋪架後也要整體連線；②提高簡支梁的高跨比：③選用連續梁，結合梁，鋼架和拱橋等剛度較大的結構；④橋樑墩台基礎要有足夠的縱向剛度；⑤橋樑的自振頻率要小於限值要求。

控制軌道鋪設精度

控制軌道鋪設精度是實現軌道初始平穩性的保證。軌道鋪設的初始不平順，是運營後不平順發生、發展、惡化的根源。初始狀態好的軌道，維修周期長，可長期保持軌道的良好水平：而初期狀態不好的軌道，不僅維修周期短，而且即使增加維修次數也難改變軌道的平順性。為此，對高速鐵路軌道各部件的設計，不僅要保證強度，更重要的是保證足夠小的殘餘變形，從而達到高平順性，少維修的要求，所以須採用一次鋪設區間無縫線路和特級道碴或無碴軌道。建設一次性鋪成跨區間無縫線路，避免採用由短軌過渡的無縫鐵路，可以充分發揮無縫線路優勢，是提高軌道結構連續性、均勻性的重要措施，可最大限度減少鋼軌接縫引起的輪軌衝擊作用和由此引發的一些接頭病害；還可控制初始不平順，提高軌道平順性，減少維修工作量，降低運營成本，且效果顯著。

提高鋼軌的製造精度和原始平順性

高速鐵路為保證高平順性而使用長鋼軌，因為長鋼軌可以提高鋼軌的整體平順性，保證鋼軌端頭的內部質量，減少焊接接頭的數量，提高軌道運行的平順性及安全可靠性。因此鋼軌製造要重視保證鋼軌的原始平順性、斷面尺寸、表面質量和平直度的高精度。其中斷面尺寸除通常所要求的軌高、頭寬、腰厚、底寬等項目外，對軌頭頂部斷面、軌底邊緣厚度和軌底凹陷的也有相應的要求。鋼軌軋制過程中表面會形成凸出、裂紋、摺疊、劃痕、結疤、壓痕等缺陷，這些缺陷除影響鋼軌的安全使用外，其本身或其修磨部位也是鋼軌的不平順因素， 因此，高速鐵路對鋼軌的表面質量要求較嚴。鋼軌在生產過程中可以採取有效措施來有效減少鋼軌表面缺陷，提高鋼軌的尺寸精度、穩定性和表面質量，使鋼軌具有較高的平直度和尺寸精度以及較小的扭曲和較低的殘餘應力，提高鋼軌的軌端和全長平直度。

提高焊接的精度

焊接接頭是影響長鋼軌平順性的重要因素，高速鐵路對鋼軌焊接接頭的平直度要求十分嚴格，即使對現場焊接接頭也提出了很嚴的指標，以滿足高速鐵路軌道短波長不平順的要求。為保證高速鐵路鋼軌焊接接頭的平順性，在採用先進焊接設備和工藝的同時，也必須重視對接頭的矯直、精磨和檢測。高速鐵路已開發國家均已實現計算機控制的電阻式接觸焊機焊接、半自動精磨機精磨，利用水平——垂直複合矯直機進行雙向矯直。此外，還可在矯直和精磨設備上裝備了雷射檢測器檢測矯直和精磨精度，並通過反饋進行二次矯直、精磨和檢測。現場焊接時也可以通過使用鋁熱焊對軌器、推瘤機、打磨機及手提式電子平直度測量儀，有效地實現焊接的高精度對正、精磨和檢測。