遂渝線軌道不平順統計分析

陶紅軍

(成都鐵路局工務處,四川成都 610081)

軌道不平順是輪軌系統的激擾源,一方面直接影響行車的安全性和平穩性,另一方面由于軌道不平順激擾引起的動荷載將加速軌道不平順的發展,從而進一步加大對行車安全性和車輛軌道設備使用壽命的影響。對軌道平順狀態評價的方法主要有三種,即軌道局部不平順超限評分法、用軌道質量指數(Track Quality Index,簡稱TQI)來評價軌道狀態的方法、用能反映軌道不平順幅值和波長的功率譜密度來評價軌道平順狀態的方法[1～3]。目前我國軌道質量狀態主要采用局部不平順超限評分和軌道質量指數來評定[4～5]。

遂渝線是西南地區第一條最高時速為 200 km的客貨共線鐵路,除鋪設普通的有砟軌道外,遂渝線還包括了 13.157 km的無砟軌道試驗段,具有較強的代表性。本文以遂渝線2007年5月開通運營以來近一年的無砟軌道綜合試驗段和有砟軌道區段的實際檢測數據為基礎,從評分統計、軌道質量指數(TQI)兩個方面分析和探究遂渝線軌道不平順的統計特征和規律,期望為其養護維修和系統管理提供一定的參考。

1 軌道平順狀態評價方法簡介[4]

目前我國對軌道平順狀態評定中主要采用的局部不平順超限評分法和用軌道質量指數(TQI)來評價的方法。

1.1 軌道局部不平順超限評分法

局部不平順幅值超限評分法是根據軌道局部不平順超限等級來扣分評定,不同超限等級對應于不同的軌道不平順發展變化階段。其檢查評定項目包括軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂向振動加速度和橫向振動加速度七項。

評分法計算公式如式(1)所示。式中,S為每公里扣分數;Ki為各級超限扣分加權系數,對應于各級超限的扣分值;Tj為不同檢測項目的加權系,T1～T7均為 1;Cij表示不同檢測項目的各級超限個數。

線路平順性動態評定以1 km為單位,每 1 km扣分總數為各級、各項偏差扣分的總和,每 1 km線路動態評分標準為:優良——扣分總數在 50分及以內;合格——扣分總數在51～300分;失格——扣分總數在 300分以上。

1.2 軌道質量指數(TQI)

以 200m軌道區段作為單元區段,分別計算單元區段上左右高低、左右軌向、水平、軌距以及三角坑七項軌道幾何不平順幅值的標準差。幾何不平順幅值的標準差稱為單項指數,七個單項指數之和用來評價該單元區段軌道平順性綜合質量狀態的軌道質量指數。

軌道質量指數(TQI)的計算公式如式(2)所示。式中,σi=(1,2…7)表示單項指數;Xi表示單元區段中幾何不平順采樣值的平均值;n表示采樣點數目。

2 軌道不平順評分統計

取遂渝線 K1～K 125(有砟段)和 K 126～K 139(無砟段)兩段作為分析線路。其中有砟段有效檢測次數為上行 8次,下行 9次;無砟段有效檢測次數為上行 5次,下行 9次。兩區段平均扣分見圖 1所示,各單項軌道不平順所占扣分的平均權重如表1所示。

圖1 兩區段各月份平均扣分散點圖

從圖 1可以看出無砟段各月份平均扣分大于有砟段,無砟段扣分嚴重。從表1可知,在有砟段,主要扣分項是高低、三角坑和水平加速度;在無砟區段,主要扣分項是水平加速度,占總扣分的 74.86%,而其他六項扣分則都遠小于有砟段,平順性較好。

3 軌道質量指數(TQI)分布統計

從以上分析可知,遂渝線有砟軌道區段高低、軌向、水平、三角坑、軌距的扣分遠高于無砟軌道區段,有砟軌道的平順性較差。TQI統計分析取遂渝線有砟軌道段,即線路下行1～125 km(共 124 km,計算得 5 587個數據),上行 125～1 km(共124 km,計算得 4 914個數據),作為分析的目標線路,其中軌檢車有效檢測次數為上行 8次,下行 9次。

3.1 多次檢測數據的TQI頻數分布和累積分布

對檢測數據進行統計計算,得到線路每 200m的 TQI數據。上行多次檢測數據的TQI頻數分布和累積分布見圖 2所示;下行多次檢測數據的 TQI頻數分布和累積分布見圖 3所示。TQI頻數定義為某一范圍內的TQI值的個數占 TQI總數的百分比。

圖2 有砟段上行線路多次檢測 TQI頻數分布和累積分布

從圖 2可見,TQI處于 5—6,6—7,7—8三個區間的里程段分別為 24.46%、33.82%和 19.27%;TQI大于 5的個數占 TQI總數的 90.54%,TQI小于 8的個數占 TQI總數的87.02%;TQI小于 10的個數占 TQI總數的 95.26%,TQI小于 12的個數占 TQI總數的 96.89%。

圖3 有砟段下行線路多次檢測TQI頻數分布和累積分布

從圖 3可見,TQI處于 5—6,6—7,7—8三個區間的里程段分別為 18.97%、31.09%和 21.68%;TQI大于 5的個數占 TQI總數的 91.86%,TQI小于 8的個數占 TQI總數的79.88%;TQI小于 10的個數占 TQI總數的 91.77%,TQI小于 12的個數占 TQI總數的 95.7%。

3.2 檢測數據的 TQI分段統計分析

除進行線路 TQI頻數和累積分布外,還對 TQI值按里程進行了分段統計,目的是判斷遂渝線的 TQI值與普通線路的TQI值的關系,同時,根據 TQI的里程分布情況,與上述頻數分布進行對比,TQI按里程統計的計算公式為:

4種分段方式如下:

① TQI<10,10≤TQI<15,TQI≥15;

② TQI<11,11≤TQI<15,TQI≥15;

③ TQI<12,12≤TQI<15,TQI≥15;④ TQI<13,13≤TQI<15,TQI≥15。

按第①種方法統計的有砟段上行 TQI分段統計結果見表2所示,下行 TQI分段統計結果見表3所示。

從上行 8次檢測的平均結果來看,TQI小于 10的里程約占總里程的 95.28%,TQI在 10—15之間的里程約占總里程的 3.28%,大于 15的里程約占總里程的 1.44%。

從下行 9次檢測的平均結果來看,有砟段 TQI小于 10的里程約占總里程的 91.71%,TQI在 10—15之間的里程約占總里程的 6.28%,大于 15的里程約占總里程的 2.01%。

從上述分析可以看出,TQI數值多集中于 5～10之內,無論是區間點數統計還是里程統計,TQI小于 10的均占 90%以上,因此,TQI=10作為控制遂渝線新建線路軌道不平順的評價指標,可以保證線路整體的較優良狀態。

3.3 TQI權重分析

為了確定各項軌道不平順標準差在TQI中所占的比例和數值,對各項軌道不平順標準差在 TQI中的權重進行分析,各單項軌道不平順標準差在 TQI中所占的權重如表4所示。

由表4可見,對于遂渝線有砟段軌道,左右高低和三角坑不平順在 TQI中的權重較大,這與一般既有線情況下高低不平順和水平不平順在 TQI中占較大權重是有區別的。

以 TQI管理值為 10和表4中各單項軌道不平順標準差的所占比例,可計算得遂渝線有砟軌道區段各項不平順管理值,如表5示,同時給出了小于該管理值統計里程所占比例。

由表4、表5可見,線路絕大部分的單項軌道不平順標準差均小于管理值,且能保證 93.40%的線路在 TQI管理值范圍內,因此遂渝新建線路軌道質量指數建議管理值可行。

4 結論

(1)由于在有砟段主要扣分項是高低、三角坑和水平加速度,而在無砟段主要扣分項是水平加速度,這使得無砟段各月份平均扣分明顯大于有砟段,但是無砟段高低、軌向、水平、三角坑、軌距、垂直加速度等扣分遠小于有砟段,說明無砟軌道平順性較好。

(2)由遂渝線有砟軌道上行、下行有效檢查數據的計算結果來看,無論是區間點數統計還是里程統計,TQI小于 10的均占 90%以上;因此,可把遂渝線有砟軌道 TQI的管理值初步定為 10,作為遂渝線新建線路軌道不平順評價指標,以保證線路整體的較優良狀態。

(3)對于遂渝線有砟段而言,左右高低和三角坑不平順在 TQI中的權重較大,對軌道質量的影響較大。

(4)根據遂渝線有砟軌道統計得到的 TQI管理值和各項不平順所占的權重,各項不平順小于管理值之內的里程均大于 85%,且除軌距不平順為 85.84%,軌向不平順所占比例為 89.78%外,其他各項不平順小于管理值之內的里程均超過 90%, 說明遂渝線有砟軌道TQI管理值定為 10基本能保證線路的質量狀態。

[1]翁紹德,李志隆.軌道質量指數的基本概念及計算機處理技術(上)[J].鐵道建筑,1994(8)

[2]王俊文.軌道質量指數(TQI)在線路天窗維修中的應用[J].鐵道建筑,2009(11)

[3]陳憲麥.軌道不平順時頻域分析及預測方法的研究[D].鐵道部科學研究院,2006

[4]羅林,張格明,吳旺青,等.輪軌系統軌道平順狀態的控制[M].中國鐵道出版社,2006:139-142

[5]鐵運[2006]146號鐵路線路修理規則[S]