神朔鐵路線路搗固作業維修質量評價方法

李仕毅，李春艷，包文艷，王福田

(1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.北京交通大學交通運輸學院，北京 100044；3.中國神華集團公司 神朔鐵路分公司，陜西 榆林 719316)

隨著鐵路養護維修機械化程度的不斷提高，神朔鐵路等重載鐵路主要采用大型養路機械(以下簡稱大機)進行以搗固為主的綜合維修作業[1]。大機搗固(以下簡稱搗固)可以快速、高質量地恢復軌道幾何平順性，是調整和控制軌道幾何狀態最有效的方法[2]。神朔鐵路搗固作業工作量及維修成本隨著年運量的增加基本呈逐漸上升的趨勢[3]。研究如何評價線路搗固作業維修質量，對神朔鐵路線路搗固作業質量管控以及制定合理的線路搗固作業方案具有重要意義。

國內外有不少學者對線路搗固作業維修質量評價開展過研究。Khouy等[4-5]利用搗固前后軌道高低不平順變化情況，根據UIC相關標準評價瑞典某重載鐵路線路搗固作業質量，并對搗固作業質量影響因素進行了簡要分析。邱俊興等[6]利用單位初始垂向不平順改善系數評價搗固等作業質量。陳立[7]通過分析搗固作業前后的線路設備質量評價搗固作業效果，并分析了搗固作業質量影響因素。曲建軍[2]利用軌道不平順改善量、改善率、殘留率等參數評價搗固作業質量。

上述研究僅選取軌道質量的改善量、改善率等作為搗固作業維修質量評價參數，但改善量、改善率等僅能說明搗固作業的即時效果，并不能全面反映搗固作業維修質量。搗固作業不僅會影響即時的軌道質量，而且會影響后續的軌道幾何劣化率[8]，因此需通過全面考慮軌道質量改善情況和軌道幾何劣化率的變化情況來評價搗固作業維修質量。本文提出結合改善率和發展率作為搗固作業維修質量評價參數的評價方法，并根據神朔鐵路實際軌檢車檢測數據、搗固作業維修數據對評價方法的有效性進行驗證，并對神朔鐵路線路搗固作業維修質量進行評價分析。

1 線路搗固作業維修質量評價方法設計

傳統研究對搗固作業維修質量的評價主要依靠改善率，改善率α定義為

α=(σ1-σ2)/σ1

(1)

式中：σ1為搗固前最后一次軌道質量狀態檢測值(本文選取軌道質量指數TQI(Track Quality Index)[9]代表軌道質量狀態)；σ2為搗固后首次軌道質量狀態檢測值。

傳統研究認為，α越大說明搗固作業維修質量越好，α越小說明質量越差。但α只能體現搗固作業的即時效果，α大所代表的作業效果只是暫時性的。由于α與σ1、大機設備工況、作業人員素質、搗固作業計劃粗放程度等密切相關，搗固即時效果雖好，但可能軌道幾何不平順問題并沒有得到根本解決，因此需要結合搗固作業效果穩定后的軌道質量狀態評價搗固作業維修質量。本文提出發展率β，其定義為

β=(σ2-σ3)/σ2

(2)

式中:σ3為搗固后第2次軌道質量狀態檢測值。

發展率β表示搗固作業對軌道幾何劣化率的作用效果，體現搗固作業的持續效果，發展率越大說明搗固作業持續效果越好。

為全面考慮搗固作業質量的即時效果和持續效果，本文結合改善率α和發展率β，提出以改善系數γ為綜合評價參數的線路搗固作業維修質量評價方法。改善系數γ的定義為

γ=a1α+a2β

(3)

式中：a1，a2分別為α,β對應的權重，0

改善系數γ體現了搗固作業對即時軌道質量和持續軌道質量的綜合效果，改善系數越大說明搗固作業維修質量越好。

為評價搗固作業維修質量，需綜合考慮相關管理部門實際管理水平和歷史檢測維修數據，選取符合線路實際情況的評價基準值μ，當改善系數γ>μ時可以認為搗固作業維修質量較好，反之則認為搗固作業維修質量較差。

2 神朔鐵路線路搗固作業維修質量評價

2.1 相關數據

為驗證線路搗固作業維修質量評價方法的有效性，本文選取2014年9月—2016年12月神朔鐵路河西運輸段K0+000—K102+187共計31次的軌檢車檢測數據以及該時段內的搗固作業維修數據。表1為河西運輸段2014—2016年線路搗固作業實際完成量。

表1 河西運輸段2014—2016年線路搗固作業完成量 km

2.2 搗固作業維修質量評價

2.2.1 2種評價方法對比分析

根據神朔鐵路線路搗固作業相關數據建立搗固前、后軌道質量指數TQI的對應關系，計算改善率α、發展率β、改善系數γ。本文選取a1=a2=0.5，即γ=0.5α+0.5β。利用MATLAB繪制α,β,γ對比分析箱線圖，如圖1所示。

圖1 α,β,γ對比分析箱線圖

由圖1的對比結果可看出，改善率α和改善系數γ具有明顯差異：①α值整體而言較γ大，但α值分布發散，說明即時效果雖較好但波動很大，即時效果不穩定，而改善系數γ值比較集中、穩定，能更有效地評價搗固作業維修質量；②γ較α有較多異常值，例如區段K98+800—K99+000在2015年5月10日進行了搗固作業，相應α，γ分別為 0.091 2，-0.285 3。用α評價搗固作業維修質量為較好，但用γ評價則為差(且為異常值)。導致以上現象的原因是搗固作業并沒有使軌道質量的改善效果保持穩定，即時效果雖好(α=0.091 2)，持續效果卻很差(β=-0.661 9)，因此綜合評價為差(γ=-0.285 3)更符合實際情況。

綜上所述，本文提出的評價方法可以更好地評價神朔鐵路線路搗固作業維修質量。

2.2.2 基于改善系數γ的搗固作業維修質量評價

神朔鐵路線路搗固作業改善系數γ的整體分布情況如圖2所示。為進一步根據本文提出的評價方法對神朔鐵路線路搗固作業維修質量進行評價，將改善系數γ在小于等于0.5范圍內分為6個等級，并計算其對應的累計分布，見表2。

圖2 改善系數分布情況

改善系數γ累計占比/%≤036.02≤0.173.75≤0.295.26≤0.399.48≤0.499.93≤0.5100.00

由圖2和表2可知，γ值總體而言較小，搗固作業綜合效果整體較差，其中，改善系數小于等于0.1的搗固作業占了絕大多數(比例高達73.75%)，改善系數小于等于0的占比高達36.02%。

導致搗固作業維修質量較差的原因可能是多方面的。但從搗固前200 m區段軌道質量指數TQI的分布可看出，線路搗固作業計劃編制粗放可能是原因之一。圖3為搗固前200 m區段軌道質量指數TQI值的頻數分布圖，可以看出，TQI值的分布較發散，波動很大，說明線路搗固作業計劃的編制較為粗放，導致部分區段搗固作業完成后，出現道床穩定性不足、軌道幾何劣化較快的情況。這也從另一個方面印證了現場普遍存在的過度修和欠維修現象。

圖3 搗固前TQI值頻數分布直方圖

3 結論及建議

1)本文針對線路搗固作業維修質量，結合線路搗固作業對即時軌道質量和長期軌道質量變化的綜合效果，提出了一種以改善系數為綜合評價參數的評價方法。

2)利用神朔鐵路河西運輸段2014年9月—2016年12月共計31次的軌檢車檢測數據以及該時段內的搗固作業維修數據，對本文提出的線路搗固作業維修質量評價方法的有效性進行了驗證，結果表明該方法可以更好地評價線路搗固作業維修質量。

3)下一步將通過收集更多的數據，研究改善系數γ的管理標準，并基于本文提出的評價方法，線路搗固作業計劃的優化、搗固作業維修質量的改善等問題進行深入的研究。