高精度“千里眼” 首次非接觸式測量軌道敏感區域
近日，商合杭(商丘—合肥—杭州)高鐵合肥—湖州段開始聯調聯試，其中裕溪河特大橋主跨324米，通過速度為時速350公里，其橋面軌道運營監測采用“鐵路軌道服役狀態監測與評估”創新成果，這是國內首個在特大跨度無砟軌道橋上安裝精度最高的“千里眼”，首次實現對軌道敏感區域的非接觸式測量。
“裕溪河特大橋橋面鋪設CRTS Ⅲ型板式無砟軌道，具有高平順、高穩定、高耐久性、以及少維修等優點。”中鐵第四勘察設計院(以下簡稱鐵四院)軌道所所長王森榮說，商合杭高鐵全線軌道類型統一，高鐵通過裕溪河特大橋時無需降速，可以350公里時速通過，不僅提高乘坐舒適度，也大大降低了運維成本。
動車高速平穩運行，無砟軌道保持“±1毫米”精度是重中之重。“橋梁動力變形較大、軌道與橋梁長期相互協調作用、橋梁與軌道的預拱度等都是特大跨度橋梁鋪設無砟軌道要解決的難題。”王森榮說，2016年以前，國內外鋪設無砟軌道的橋梁，跨度多在200米以下通過時須降速行駛，最高通過時速200公里左右。
高速通過大跨度無砟橋梁，最關鍵的是軌道受力變形監測。“高速鐵路橋梁的跨度超過一定長度時，為調節軌線的脹縮，需在梁端兩側設伸縮調節器，是軌道結構的薄弱環節和敏感區域。”鐵四院軌道健康監測系統的技術負責人林超說，為提高高鐵行車舒適性和安全性，對伸縮調節器的測試已成為日常作業。
據介紹，傳統的高鐵軌道監測主要以人工巡查為主，盡管輔之以相應的檢測設備，但很難做到對軌道特別是重點軌道區段實時、全天候的監控，而大跨橋要實現350公里時速安全通過，軌道平順度必須時時保持在“±1毫米”精度內。
為及時掌握軌道服役狀態的變化規律，根據鐵路運營部門的養護維修需求，鐵四院于近年開始立項“鐵路軌道服役狀態監測與評估”，在全國范圍內各種類型軌道結構重點區段開展監測，建立了涵蓋中國高鐵所有軌道類型的服役狀態演變數據庫，包含無砟軌道、鋼軌伸縮調節器、道岔和小半徑曲線共4個服役狀態數據集。于2019年建立起基于光纖傳感技術和視覺測量技術的軌道綜合監測系統，實現了高鐵軌道毫米級變形識別和多源數據全天候采集傳輸。
資料顯示，“軌道健康監測與評估”研制的多種面向高速鐵路軌道結構監測的高精度光纖光柵傳感器，可利用光纖材料的光敏性進行軌道結構位移、應變、溫度等數據采集，位移測量精度可達0.05毫米;首次應用于高速鐵路軌道特殊部件(鋼軌伸縮調節器)的視覺測量技術，相比接觸式傳感器更安全、可靠，主要針對軌道結構敏感部位變形的監測，測量精度可達1毫米。
2019年5月26日，以中國工程院院士何華武、中國科學院院士翟婉明為組長的專家組，對“鐵路軌道服役狀態監測與評估”作出評價，認為“本成果為保障高速鐵路軌道結構正常服役提供了技術支撐，研究成果總體達到國際先進水平”。
據悉，繼裕溪河特大橋后，“鐵路軌道服役狀態監測與評估”創新成果目前正推廣應用至其他高鐵軌道監測中。
商合杭高鐵是“八縱八橫”高鐵網京港(臺)通道和京滬通道的重要組成部分，設計時速350公里，全長689公里，計劃于6月通車運營，并與既有杭州—黃山高鐵連接。
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