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摘要：本文概述了轨道平顺性的概念及其评价方法，冻融现象形成的原因及其危害，本文通过对冻融前后Amberg小车测量轨道数据的对比分析，得出了一些结论和建议。
关键词：平顺性 冻融现象 Amberg小车
1 概述
无砟轨道的高平顺性是维持行车高舒适性、高安全性的保证，然而多方面的因素都会影响到轨道的平顺性。桥体路基的沉降会影响无砟轨道的平顺性；隧道内的渗漏水会影响无砟轨道的平顺性；地下溶洞处理不当也会影响无砟轨道的平顺性；以及寒冷地区的冻融现象也会影响到无砟轨道的平顺性。本文主要针对寒冷地区冻融现象对轨道平顺性的影响进行了有关的探索分析。
2 平顺性及其评价方法
平顺性，即两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差。施工时常通过拉弦测量法来检测轨道不平顺值。
2.1 国内平顺性评价方法
我国一般采用固定弦长（比如直线上10m，曲线上20m）对中间点的矢度进行评价，若要对下一点的矢度进行评价，需要把该弦线前移到下一点，被评价点与弦线中间位置相对应，我们将这种评价方法叫做“动弦检测”。目前，国内有碴铁路施工及工务维护中常用到此法。该方法的检测示意图参见下图1：
其数学模型如下：
ΔH = h实测-h设计 （1）
公式（1）中h为正矢值，H为绝对偏差[1]。
2.2 德国平顺性评价方法
自我国引进并应用无砟轨道技术以后，国内又出现了一种新型的轨道平顺性的检测方法——“定弦检测”。该方法是拉一条长弦将其固定，对弦线范围内所有点的矢度进行逐一评价，然后对其相对偏差进行综合分析的检测方法。检测示意图参见下图2。
图2中的点为钢轨支承点的编号，即P1～P49。P25与P33间的平顺性检测通过下列公式来计算：
由于P1与P49的正矢为零，由此可对P2（对应点P10）到P40（对应点P48）的平顺性进行检测。新的弦线则从已检测的最后一个点P40开始[2]。
以上方法是国内对轨道平顺性评价的两种方法，目前在无砟轨道上使用比较多的是第二种评价方法。
3 冻融现象及产生的主要灾害作用
冻融，即土层由于温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。在国内，冻融现象大都属于冬季冻结、夏季消融的季节性冻土类型，多年冻土比较少见。土地冻融属于地质灾害，它会引起一系列灾害作用，危害人类社会的生活和生产建设。在北方地区气温低于零度的省均有凍融现象发生，其中比较严重的是青藏高原、天山、阿尔泰山、祁连山等高海拔地区以及东北北部高纬度地区。
3.1 冻融产生的主要灾害作用和现象
3.1.1 冻胀和融沉
土层冻结体积膨胀，融化使土层变软发生沉降，严重时造成土石翻浆，形成冻胀和融沉作用。季节性冻土地区常发生此类灾害。冻胀和融沉会破坏建筑物基础，使房屋开裂、地面发生沉降，还会使路基变形，不仅影响道路运输，还有可能威胁行车安全。大兴安岭铁路牙林线上，冬春季路基冻胀最高可达35cm，夏季沉陷方量达几万方。
3.1.2 冻融滑、塌和冻融泥流
冻融灾害会改变土体的平衡状态。如果斜坡地区发生冻融灾害，会引起土体崩塌、滑坡等灾害；当土层融化成为液态，就会产生泥流。我国的西南、西北高海拔地区常发生此类灾害，不仅影响工程建设，还有可能造成人员伤亡。
3.1.3 冻融塌陷
土层的强烈冻融，使地表下沉，从而引起塌陷。这种作用也常见于广大的季节性冻土地区，并造成了大量的路基破坏、工程建筑物毁损等恶性事件。
可见，土地冻融的危害性是不容忽视的。尤其是在我国的高纬度、高海拔地区已经成为一种灾害，应当尽快采取适当的措施加以防御和整治[3]。
3.2 冻融现象对铁路维护的影响
冻融现象的存在，对我国北方铁路的运行存在一定影响。东北地区的铁路在每年的4-7月份都要对有渣的铁路进行一次大的维修，进行维修的很大原因就是铁路路基的冻融现象，冻融现象使得铁路的路基在冻和融两个物理变化过程中产生了很大变化，而且部分地方产生松土的现象，所以必须在融后对其进行处理。对于有渣轨道来说，进行维修主要利用大型捣固机械，大型捣固机械起到的作用主要是：
3.2.1 对轨道的平顺性进行调整
3.2.2 对松土地段进行捣实
通过捣固才能保证轨道的平顺性，进而保证乘坐的舒适性。对于无砟轨道，冻融依然会对轨道的平顺性产生影响，但是与有渣轨道相比这种影响大大减小，主要的原因如下：
①新建高速铁路桥梁占的比重大，混凝土的桥梁受冻融的影响非常小。
②路基地段进行了封闭混凝土处理。
但是对于特殊区段依然存在问题，本文利用Amberg轨检小车对哈大客运专线的轨道进行了数据监测。
4 数据分析
本文利用Amberg轨检小车主要对路基与桥梁结合处进行了监测，并对数据进行了分析。
路基和桥梁由于其内部结构的不同，所以受冻融的影响也将不同，通过对路基与桥梁结合处的轨道数据的检测，发现路基地段的数据发生明显的变化，从2010年8月-2011年6月对结合处的数据进行数据采集发现：
①随着温度的下降，路基处轨道平面数据基本没有变化，但轨道高程数据发生明显上升，桥梁处平面和高程数据都无太大变化。
②随着温度的上升，路基处轨道平面数据基本没有变化，但轨道数据发生明显下降趋势，桥梁处平面和高程数据无太大变化。
4.1 温度下降对轨道数据影响分析
因在冻融前后轨道平面数据无变化，所以只针对轨道的高程数据进行了分析，首先对温度下降时路基与桥梁结合处轨道数据的变化作了分析，数据变化趋势如图3所示： 图3中1号点到481号点为桥梁段，481号点到991号点为路基段，通过对图3中1号点到481号点的分析可以验证上面所述，随着温度的下降桥梁处高程数据基本没有变化。从图3也可以看出，随着月份的变化也就是温度的变化，轨道数据产生了明显的变化，6-10月份轨道的高程数据基本没有变化，进入11月份随着天气变冷，路基处数据开始变化，基本上进入到1月份数据基本不变。根据平顺性的要求，发现轨道由于温度的变化产生了不平顺，这时就应根据平顺性要求对此段数据进行分析处理，以保证高速行车的要求，依据平顺性分析原理，最终分析的方案对比图如下：
通过图4可以看出，对于这段数据采取的方式是进行轨道向下调整处理，来完成平顺性的要求，最大的调整量为向下3个毫米。
4.2 温度上升对轨道数据影响分析
为了保证轨道的平顺性，在温度下降时对轨道进行了处理，但随着温度的上升，这种保证轨道平顺性的处理反而成了问题的所在，应在温度上升的变化过程中，适时的对原处理过的地方進行复原处理，如下是随温度上升轨道高程数据的变化情况：
通过对图5的分析可以得出随着温度的逐渐变化，轨道高程数据开始下降，当进入5月份后数据基本没有变化。根据轨道平顺性要求，这时需要对5月份采集的数据进行处理，分析结果对比如下：
这段数据采用对轨道进行升高的处理办法来解决平顺性问题，最大升高值为2mm。
5 结论和建议
①加大路基和桥梁结合处的测量工作，关注此处轨道数据的变化，及时给出处理方案，保证高速行车要求。
②分析动检车数据，检核超限区域是否是路基和桥梁结合处，如是应及时采取可行方案。
③温度发生大变化时，应安排人员对路基和桥梁结合进行监测，防止轨道数据发生大变化对行车安全造成影响。
参考文献：
[1]罗林.高速铁路的轨道平顺性问题[J].铁路建筑，1991（S1）.
[2]肖书安，白洪林.LEICA GRP1000用于无碴轨道施工测量[J].铁道标准设计，2006（12）.
[3]http：//baike.baidu.com.
[4]王知章，潘正风，刘冠兰.三角高程测量在高铁特大桥无碴轨道施工测量中的应用[J].工程勘察，2009（06）.
关键词：平顺性 冻融现象 Amberg小车
1 概述
无砟轨道的高平顺性是维持行车高舒适性、高安全性的保证，然而多方面的因素都会影响到轨道的平顺性。桥体路基的沉降会影响无砟轨道的平顺性；隧道内的渗漏水会影响无砟轨道的平顺性；地下溶洞处理不当也会影响无砟轨道的平顺性；以及寒冷地区的冻融现象也会影响到无砟轨道的平顺性。本文主要针对寒冷地区冻融现象对轨道平顺性的影响进行了有关的探索分析。
2 平顺性及其评价方法
平顺性，即两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差。施工时常通过拉弦测量法来检测轨道不平顺值。
2.1 国内平顺性评价方法
我国一般采用固定弦长（比如直线上10m，曲线上20m）对中间点的矢度进行评价，若要对下一点的矢度进行评价，需要把该弦线前移到下一点，被评价点与弦线中间位置相对应，我们将这种评价方法叫做“动弦检测”。目前，国内有碴铁路施工及工务维护中常用到此法。该方法的检测示意图参见下图1：
其数学模型如下：
ΔH = h实测-h设计 （1）
公式（1）中h为正矢值，H为绝对偏差[1]。
2.2 德国平顺性评价方法
自我国引进并应用无砟轨道技术以后，国内又出现了一种新型的轨道平顺性的检测方法——“定弦检测”。该方法是拉一条长弦将其固定，对弦线范围内所有点的矢度进行逐一评价，然后对其相对偏差进行综合分析的检测方法。检测示意图参见下图2。
图2中的点为钢轨支承点的编号，即P1～P49。P25与P33间的平顺性检测通过下列公式来计算：
由于P1与P49的正矢为零，由此可对P2（对应点P10）到P40（对应点P48）的平顺性进行检测。新的弦线则从已检测的最后一个点P40开始[2]。
以上方法是国内对轨道平顺性评价的两种方法，目前在无砟轨道上使用比较多的是第二种评价方法。
3 冻融现象及产生的主要灾害作用
冻融，即土层由于温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。在国内，冻融现象大都属于冬季冻结、夏季消融的季节性冻土类型，多年冻土比较少见。土地冻融属于地质灾害，它会引起一系列灾害作用，危害人类社会的生活和生产建设。在北方地区气温低于零度的省均有凍融现象发生，其中比较严重的是青藏高原、天山、阿尔泰山、祁连山等高海拔地区以及东北北部高纬度地区。
3.1 冻融产生的主要灾害作用和现象
3.1.1 冻胀和融沉
土层冻结体积膨胀，融化使土层变软发生沉降，严重时造成土石翻浆，形成冻胀和融沉作用。季节性冻土地区常发生此类灾害。冻胀和融沉会破坏建筑物基础，使房屋开裂、地面发生沉降，还会使路基变形，不仅影响道路运输，还有可能威胁行车安全。大兴安岭铁路牙林线上，冬春季路基冻胀最高可达35cm，夏季沉陷方量达几万方。
3.1.2 冻融滑、塌和冻融泥流
冻融灾害会改变土体的平衡状态。如果斜坡地区发生冻融灾害，会引起土体崩塌、滑坡等灾害；当土层融化成为液态，就会产生泥流。我国的西南、西北高海拔地区常发生此类灾害，不仅影响工程建设，还有可能造成人员伤亡。
3.1.3 冻融塌陷
土层的强烈冻融，使地表下沉，从而引起塌陷。这种作用也常见于广大的季节性冻土地区，并造成了大量的路基破坏、工程建筑物毁损等恶性事件。
可见，土地冻融的危害性是不容忽视的。尤其是在我国的高纬度、高海拔地区已经成为一种灾害，应当尽快采取适当的措施加以防御和整治[3]。
3.2 冻融现象对铁路维护的影响
冻融现象的存在，对我国北方铁路的运行存在一定影响。东北地区的铁路在每年的4-7月份都要对有渣的铁路进行一次大的维修，进行维修的很大原因就是铁路路基的冻融现象，冻融现象使得铁路的路基在冻和融两个物理变化过程中产生了很大变化，而且部分地方产生松土的现象，所以必须在融后对其进行处理。对于有渣轨道来说，进行维修主要利用大型捣固机械，大型捣固机械起到的作用主要是：
3.2.1 对轨道的平顺性进行调整
3.2.2 对松土地段进行捣实
通过捣固才能保证轨道的平顺性，进而保证乘坐的舒适性。对于无砟轨道，冻融依然会对轨道的平顺性产生影响，但是与有渣轨道相比这种影响大大减小，主要的原因如下：
①新建高速铁路桥梁占的比重大，混凝土的桥梁受冻融的影响非常小。
②路基地段进行了封闭混凝土处理。
但是对于特殊区段依然存在问题，本文利用Amberg轨检小车对哈大客运专线的轨道进行了数据监测。
4 数据分析
本文利用Amberg轨检小车主要对路基与桥梁结合处进行了监测，并对数据进行了分析。
路基和桥梁由于其内部结构的不同，所以受冻融的影响也将不同，通过对路基与桥梁结合处的轨道数据的检测，发现路基地段的数据发生明显的变化，从2010年8月-2011年6月对结合处的数据进行数据采集发现：
①随着温度的下降，路基处轨道平面数据基本没有变化，但轨道高程数据发生明显上升，桥梁处平面和高程数据都无太大变化。
②随着温度的上升，路基处轨道平面数据基本没有变化，但轨道数据发生明显下降趋势，桥梁处平面和高程数据无太大变化。
4.1 温度下降对轨道数据影响分析
因在冻融前后轨道平面数据无变化，所以只针对轨道的高程数据进行了分析，首先对温度下降时路基与桥梁结合处轨道数据的变化作了分析，数据变化趋势如图3所示： 图3中1号点到481号点为桥梁段，481号点到991号点为路基段，通过对图3中1号点到481号点的分析可以验证上面所述，随着温度的下降桥梁处高程数据基本没有变化。从图3也可以看出，随着月份的变化也就是温度的变化，轨道数据产生了明显的变化，6-10月份轨道的高程数据基本没有变化，进入11月份随着天气变冷，路基处数据开始变化，基本上进入到1月份数据基本不变。根据平顺性的要求，发现轨道由于温度的变化产生了不平顺，这时就应根据平顺性要求对此段数据进行分析处理，以保证高速行车的要求，依据平顺性分析原理，最终分析的方案对比图如下：
通过图4可以看出，对于这段数据采取的方式是进行轨道向下调整处理，来完成平顺性的要求，最大的调整量为向下3个毫米。
4.2 温度上升对轨道数据影响分析
为了保证轨道的平顺性，在温度下降时对轨道进行了处理，但随着温度的上升，这种保证轨道平顺性的处理反而成了问题的所在，应在温度上升的变化过程中，适时的对原处理过的地方進行复原处理，如下是随温度上升轨道高程数据的变化情况：
通过对图5的分析可以得出随着温度的逐渐变化，轨道高程数据开始下降，当进入5月份后数据基本没有变化。根据轨道平顺性要求，这时需要对5月份采集的数据进行处理，分析结果对比如下：
这段数据采用对轨道进行升高的处理办法来解决平顺性问题，最大升高值为2mm。
5 结论和建议
①加大路基和桥梁结合处的测量工作，关注此处轨道数据的变化，及时给出处理方案，保证高速行车要求。
②分析动检车数据，检核超限区域是否是路基和桥梁结合处，如是应及时采取可行方案。
③温度发生大变化时，应安排人员对路基和桥梁结合进行监测，防止轨道数据发生大变化对行车安全造成影响。
参考文献：
[1]罗林.高速铁路的轨道平顺性问题[J].铁路建筑，1991（S1）.
[2]肖书安，白洪林.LEICA GRP1000用于无碴轨道施工测量[J].铁道标准设计，2006（12）.
[3]http：//baike.baidu.com.
[4]王知章，潘正风，刘冠兰.三角高程测量在高铁特大桥无碴轨道施工测量中的应用[J].工程勘察，2009（06）.