高精度“千里眼” 首次非接触式测量轨道敏感区域

高精度“千里眼” 首次非接触式测量轨道敏感区域

科技日报讯 (记者矫阳)近日，商合杭(商丘—合肥—杭州)高铁合肥—湖州段开始联调联试，其中裕溪河特大桥主跨324米，通过速度为时速350公里，其桥面轨道运营监测采用“铁路轨道服役状态监测与评估”创新成果，这是国内首个在特大跨度无砟轨道桥上安装精度最高的“千里眼”，首次实现对轨道敏感区域的非接触式测量。

“裕溪河特大桥桥面铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道，具有高平顺、高稳定、高耐久性、以及少维修等优点。”中铁第四勘察设计院(以下简称铁四院)轨道所所长王森荣说，商合杭高铁全线轨道类型统一，高铁通过裕溪河特大桥时无需降速，可以350公里时速通过，不仅提高乘坐舒适度，也大大降低了运维成本。

动车高速平稳运行，无砟轨道保持“±1毫米”精度是重中之重。“桥梁动力变形较大、轨道与桥梁长期相互协调作用、桥梁与轨道的预拱度等都是特大跨度桥梁铺设无砟轨道要解决的难题。”王森荣说，2016年以前，国内外铺设无砟轨道的桥梁，跨度多在200米以下通过时须降速行驶，最高通过时速200公里左右。

高速通过大跨度无砟桥梁，最关键的是轨道受力变形监测。“高速铁路桥梁的跨度超过一定长度时，为调节轨线的胀缩，需在梁端两侧设伸缩调节器，是轨道结构的薄弱环节和敏感区域。”铁四院轨道健康监测系统的技术负责人林超说，为提高高铁行车舒适性和安全性，对伸缩调节器的测试已成为日常作业。

据介绍，传统的高铁轨道监测主要以人工巡查为主，尽管辅之以相应的检测设备，但很难做到对轨道特别是重点轨道区段实时、全天候的监控，而大跨桥要实现350公里时速安全通过，轨道平顺度必须时时保持在“±1毫米”精度内。

为及时掌握轨道服役状态的变化规律，根据铁路运营部门的养护维修需求，铁四院于近年开始立项“铁路轨道服役状态监测与评估”，在全国范围内各种类型轨道结构重点区段开展监测，建立了涵盖中国高铁所有轨道类型的服役状态演变数据库，包含无砟轨道、钢轨伸缩调节器、道岔和小半径曲线共4个服役状态数据集。于2019年建立起基于光纤传感技术和视觉测量技术的轨道综合监测系统，实现了高铁轨道毫米级变形识别和多源数据全天候采集传输。

资料显示，“轨道健康监测与评估”研制的多种面向高速铁路轨道结构监测的高精度光纤光栅传感器，可利用光纤材料的光敏性进行轨道结构位移、应变、温度等数据采集，位移测量精度可达0.05毫米；首次应用于高速铁路轨道特殊部件(钢轨伸缩调节器)的视觉测量技术，相比接触式传感器更安全、可靠，主要针对轨道结构敏感部位变形的监测，测量精度可达1毫米。

2019年5月26日，以中国工程院院士何华武、中国科学院院士翟婉明为组长的专家组，对“铁路轨道服役状态监测与评估”作出评价，认为“本成果为保障高速铁路轨道结构正常服役提供了技术支撑，研究成果总体达到国际先进水平”。

据悉，继裕溪河特大桥后，“铁路轨道服役状态监测与评估”创新成果目前正推广应用至其他高铁轨道监测中。

商合杭高铁是“八纵八横”高铁网京港(台)通道和京沪通道的重要组成部分，设计时速350公里，全长689公里，计划于6月通车运营，并与既有杭州—黄山高铁连接。