1. 中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063；2. 铁路轨道安全服役湖北省重点实验室 湖北武汉 430063
摘要：高速铁路属于轮轨接触运输，轨道结构的钢轨部件与高速列车直接接触，因此轨道的平顺性直接决定了列车运营的安全性和稳定性。对于无砟轨道，温度效应较为显著，夏季连续高温条件下存在轨道板胀板和上拱的风险，是轨道安全运营的主要风险源。因此，对轨道板位移进行测量，对于健全铁路安全保障体系意义重大。本文采用振弦式传感器和温度测量等监测技术，以特殊工点轨道板的位移量为监测对象，通过信息通信技术，采用服务器/浏览器模式，实现轨道板结构位移量的可视化测量。平台已在曹娥江大桥监测中部署应用，运行良好，为铁路工务部门养护维修提供依据。
关键词：高速铁路 轨道板 位移测量 铁路安全
高速铁路的轨道结构均设置在路基、桥梁、隧道等下部基础上，下部基础的变形等均直接反应到轨道结构上，当这种变形累积到一定限度时，会威胁行车的安全。目前高速列车的运行速度达到了300km/h，新研发的“复兴号”动车组的设计速度达到了350km/h，这些对轨道结构的平顺性提出了更高的要求。
为保障高铁的安全性、平顺性和稳定性，轨道结构的铺设精度需要达到毫米级。由于温度效应，夏季连续高温条件下存在轨道板胀板和上拱的风险，大跨度桥梁伸缩位移大，其所在地段是整条线路的薄弱环节，也是铁路部门养护维修关注的重点[1,2]。
目前轨道板位移测量手段主要是通过定期的工人上道检查、动轨检车定时检测等方式 [3]，确保轨道结构的运营状态。人工检查主要是在夜间天窗时间，轨检车的检测频率一般是每月2次。由于线路检测范围大，夜间光线不良，凌晨检查人员容易疲劳，导致夜间检测效率较低、漏检率较高。轨检车虽然检测精度高，但检测的周期较长。由于线路状态是连续变化的，病害也会随时发生。在非天窗时间，人工检测、轨检车动态检测无法了解轨道结构实时状态，病害一旦发生难以及时发现，从而直接影响到列车运营安全。例如夏季我国南方出现的轨道板上拱病害大多是发生在一天中轨道板温度最高的时候，而这个时间段恰好是轨道结构检测的“盲区”。因此，有必要研发轨道板位移监测平台，对轨道板胀板及位移情况进行全方位在线实时监测，为铁路工务部门养护维修提供依据。
1 测量对象
本平台针对特殊工点大跨度桥梁的轨道结构的温度、位移等关键传感量的全天候监测，有效掌握高铁运营期间轨道服役状态。
基于以上测量内容，结合振弦式传感器、光纤光栅等监测技术和手段[7-8]，结合信息通信技术，将现场采集数据传输至服务器，并进行规范统一化数据存储，采用“互联网+”和数据处理等技术，将现场测量结果展示给用户，形成“现场测量-数据传输-数据处理并展示”的信息传递和反馈机制，具体功能应包括以下内容：
（1）实现轨道板结构现场监测信息的自动化采集和数据传输，基于信息通信技术奖现场数据传输至远端服务器。
（2）根据实时监测数据完成自动化分析和处理，通过对原始数据进行删选对比等预处理算法，为平台提供高质量的测量数据基础。
（3）通过各关键参数的预警值研究，建立轨道板位移测量预警模型，当现场测量数据超限时，自动进行预警。
2 平台设计
通过调研大跨度桥梁特殊工点轨道板位移测量业务的需求，结合互联网技术，进行顶层设计，主要对技术框架、功能实现、测量结果数据库模块等进行研究。
2.1 技术框架
本平台基于浏览器/服务器模式，采用多层框架，自上向下分为表示层、应用层、服务层和数据层。表示层主要采用动态页面技术，负责最终测量结果的展示和UI交互；应用层主要针对平台的功能需求，提供各类功能的实现；服务层主要为应用层各类功能提供支撑服务，并与下层数据层进行交互；数据层主要用于数据的存储和各类基本数据处理，实现数据的增删改查[9]。
2.2 功能设计
根据铁路轨道养护需求，平台功能模块主要分为平台方案、数据采集、数据传输、数据实时可视化、历史数据查询等。
2.3 数据库设计
根据平台的功能需求，主要对轨道板-底座板纵向相对位移、轨道板-底座板垂向相对位移、轨道结构的温度等信息进行关系型数据结构存储，平台数据库主要分为两类：
（1）轨道板位移量的数据存储（主跨横断面数据表、1/4主跨横断面数据表、梁端横断面数据表）；
（2）传感器及设备台账（测点布置表、数据采集仪映射表）；
各表之间相互独立，平台以轨道板上的位移传感器采集数据表为基表，数据分析等在基表基础上进行多表联合查询。
3 平台功能实现
3.1 位移测量
通过现场考察轨道板的胀板情况，本研究利用软件计算对轨道板在不同温度下的变形进行仿真，确定传感器型号并验证其相关性能后，在现场的每个测点的纵垂向安装传位移感器，完成传感器信号线走线和数据采集仪的铺设。
3.2 数据处理
数据处理基于位移传感器采集数据进行数据预处理，剔除噪点和异常值，以图表的方式进行实时波形和历史数据可视化展示。对于历史数据和实时数据查询，可进行图表下载、打印。数据管理模块子菜单有实时波形、历史查询和数据下载功能模块。
3.3 数据报表
数据报表通过统计方法生成报表提供给工务管理部门，其中日报、周报按照设置的报表格式，在网页端自动生成pdf文档，可在线预览下载，月报、季报和年报通过后台接口上传至服务器，并可在网页查询下载所有的历史报表。
4 总结
本平台采用振弦式传感器轨道板的位移情况进行测量，利用信息通信技术，实现轨道板温度和轨道板-底座板纵垂向位移的实时监测，并能自动生成报表，实现预警功能和评估分析，目前已在曹娥江大桥部署应用，运行效果良好。平台为高速铁路大跨度桥梁特殊工点的轨道结构安全运营提供了数据支撑，可作为现有高铁运营安全保障体系的补充和完善。
参考文献
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