高速鐵路有砟軌道維護技術研究

楊享榮

(中鐵七局集團有限公司， 鄭州 450052)

近年來，時速250 km的高速鐵路多數采用有砟道床。隨著高速鐵路的大規模建設，高速有砟鐵路得到了快速發展，鐵路重要基礎設施的軌道結構以及對軌道平順性需求不斷更新，技術不斷完善。運行速度高、線路穩定性好已成為鐵路建設發展的基本要求。在高速有砟鐵路運行初期，由于機車車輛的動力作用和自然條件對線路的影響，致使軌道幾何尺寸不斷發生變化。從線路維護及運營安全考慮，需要解決運行初期線路TQI值超標、線路不均勻沉降、長波高低層出不窮、道岔尖軌側彎頻出等病害問題。

新建鐵路開通后的調試運營初期，是道床最不穩定的時間段。尤其是路橋過渡段，由于路基與橋臺剛度不一，往往引起線路不均勻下沉，新建線路受雨季及外界環境影響，設備也會急劇變化。如2015年12月30日開通運營后的益湛線婁邵區段， 2016年3月份動檢車檢測，一二級超限共計160處，TQI值為3.62。之后受雨季影響，線路狀況嚴重變化。2016年5月份動檢車檢測，一二級超限共計240處， TQI值上升為4.17。動檢車檢測該段線路超限個數和TQI變化走勢，如圖1、圖2所示。

圖1 動車超限個數走勢圖

圖2 TQI變化走勢圖

1 TQI概述

軌道不平順質量指數 (Track Quality Index)簡稱 TQI，是采用數學統計方法描述區段軌道整體質量狀態的綜合指標和評價方法。運用TQI評價和管理軌道狀態，是單一幅值扣分評判軌道質量方法的補充，提高

軌道檢測數據綜合應用水平， 為科學制定線路維修整正計劃，保證軌道狀態的均衡發展提供科學依據。

TQI是集軌道高低、軌向、軌距、水平和三角坑的動態檢測數據的統計結果。該值的大小與軌道狀態平順性密切相關，表明200 m區段軌道狀態離散的程度，數值越大，表明軌道的平順程度越差、波動性也越大。TQI能綜合評價線路整體質量，合理編制區段線路的綜合維修計劃，指導維修整正作業，提高軌道狀態維修的科學性、經濟性、合理性，使維修管理更加科學化。

在檢測軌道的各項平順性指標及對軌道綜合情況進行評價時，采用均值管理和峰值管理的評價方法。對線路區段整體不平順(均值管理)的動態質量用軌道質量指數(TQI)評定，根據鐵運[2006]146號鐵路線路修理規則，軌道質量指數管理值，如表1所示。

表1 軌道質量指數(TQI)管理值

軌檢車對軌道動態局部不平順(峰值管理)檢查項目為軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂直振動加速度和橫向振動加速度7項指標。各項偏差等級劃分為4個等級，Ⅰ級為保養標準，即保持優良線路需進行局部修理的目標管理值；Ⅱ級為舒適度標準，即軌道保持列車運行平穩的局部不平順允許值；Ⅲ級為臨時補修標準，即及時進行軌道整修的質量控制標準；Ⅳ級為限速標準，即為保證行車安全需立即進行局部修理的病害，對病害地點要限制行車速度，待整修完畢后恢復行車速度。軌道動態質量容許偏差管理值，如表2所示。

表2 軌道動態質量容許偏差管理值

2 軌道質量檢測

常用的軌道質量檢測設備有動檢車、安博格測量小車、激光弦線、相對軌檢小車、電子道尺。

(1)動檢車

主要通過對左右高低(長、短)、左右軌向(長、短)、水平、扭矩(三角坑)、曲線超高、曲線半徑、軌距、車體水平和垂直振動加速度、左右軸箱垂直振動加速度等項目的檢測，形成波形圖及檢測報表，從而直觀的反應軌道質量狀態，評定線路動態質量，及時發現設備問題和變化規律，輔助查找軌道病害，指導線路的維修作業[1]。動檢車檢測線路，如圖3所示。

圖3 動檢車檢測線路

(2)安博格測量小車

采用基于絕對控制的相對測量原理，將絕對測量和相對測量結合在一起，測量軌道的絕對坐標及高程與設計對比，找出軌道偏差。該方法測量精度高，測量完成后可形成精調報表指導精調作業，一般用于長波精調、大機搗固等作業。安博格測量小車線路精測，如圖4所示。

圖4 安博格測量小車線路精測

(3)激光弦線

激光弦線測量跟手工弦線測量原理相同，但它有效地消除了手工弦線下垂對作業產生的不良影響，所以測量精度較高。這種方法主要用于單一的長短波不平順的檢測，在豎曲線和緩和曲線上不宜使用[1]。激光玄線檢測儀，如圖5所示。

圖5 激光玄線檢測儀

圖6 相對軌道檢測小車

(4)相對軌檢小車

相對軌檢小車是一種基于光纖陀螺精密測角原理的軌道幾何尺寸檢查儀器，檢測項目較為齊全，檢測精度較人工檢測準確，檢測速度較快，有效地代替了傳統手工檢查的方法，如圖6所示。但這種檢查手段并不能像安博格小車一樣導出精調報表，一般作為查找軌道幾何尺寸病害和維修養護質量回檢的手段[2]。

(5)電子道尺

電子道尺是用于測量軌道兩股鋼軌間的軌距、水平以及超高等的專用計量器具，如圖7所示。主要用于三角坑、水平、軌距、軌距變化率病害的檢測。

圖7 電子道尺檢測

3 均值管理應用

在普遍注重峰值管理法的同時，不能忽視均值管理的重要性。線路質量檢查及養護時，需將2種方法合理搭配運用[3]。根據鐵運[2006]146號《鐵路線路修理規則》規定，Vmax≤160 km/h線路TQI值應≤15.0，Vmax>160 km/h線路TQI值應≤10，軌檢車檢測軌道狀態獲得TQI分值后，需分析正確指導現場整治養護維修作業[4]。

3.1 剔除無效數據

通過查看動檢車波形圖來確定數據的有效性，查看過程中剔除由于檢測設備故障或受雨水、陽光或過接觸網電力分相干擾，以及設備固有病害所產生的TQI無效數據。

3.2 篩選綜合TQI較大值

在整理好TQI數據的基礎上，對TQI較大值的區段進行分析、摘取，同時結合TQI質量控制圖，制定維修計劃。若該區段大部分單項指數均較高，則需對該區段進行全項目的綜合整治[5]。

3.3 篩選單項TQI較大值

對綜合TQI值不大地段，可篩選出某個項目較大值的地段，將扣分較多單元酌情納入專項維修計劃。

3.4 合理制定整治維修計劃

對由單項TQI值造成綜合TQI超標的，在制定維修計劃時就應對引起該區段綜合TQI超標的主要單項做專項維修，真正做到有的放矢地指導現場作業。整體超過規范管理值的地段要納入綜合整治范圍，相對來說成段作業對TQI值的削弱較為明顯。

3.5 利用TQI對比分析檢驗作業效果

當線路經過整治維修養護之后，可通過對比整治維修地段的TQI值，從而反映出作業效果、有效性，形成閉環管理，有利于總結養護經驗[5]。

4 主要病害整治

4.1 長波高低

長波高低是新建線路出現頻率最高的病害之一，在豎曲線的變坡點和岔區上發生的概率較高。豎曲線的變坡點本身就是天然的長波高低，加之該處受機車沖擊力較大，所以發生長波高低病害的概率增加。在道岔區，直曲股通過總重不同，設備構造復雜，鋼軌較重，設置有軌道電路和岔線，導致該區段受力不均，長波高低病害的概率增加。總而言之，長波高低由線路縱斷面不平順引起，往往伴隨著“高低”、“三角坑”[6]。

(1)根據動檢車檢測數據分析晃車或病害地段70 m長波高低峰值地點。

(2)對長波高低出現峰值地點前后200 m進行線路精測，分析精測數據，確定調整工作量。

(3)搗固車精確整道搗固，定位曲線地段的五大曲線樁點、每隔5 m標記起撥道量，跟車進行監控檢測，確保整道地段的撥道量和起道量在設計范圍內。

(4)人工區段整治以區段為單元進行整治作業，根據精測數據，確定調整范圍內方向和高低調整量，統籌兼顧，保證峰值點附近區段的線路幾何尺寸平順作業[7]。

4.2 道岔尖軌側彎

尖軌側彎現象分2種情況：(1)尖軌本身確實存在側硬彎，導致尖軌有側彎的表現；(2)尖軌軌向不直順、曲基本軌位置及尺寸不適、尖軌動程不適、大小框架尺寸不適、頂鐵尺寸不適等諸多因素導致尖軌有側彎[8]。

尖軌側彎危害不容忽視，它不僅會導致尖軌部分軌向不良、尖軌尖至豎切點不密貼、尖軌中軌距偏小、頂鐵不密貼，而且會加劇側磨，加大維修養護工作量。所以在日常維修養護中需對道岔轉轍部分進行全面調查，包括曲基本軌彎折點位置及尺寸；動程、開程；轉轍部分高低、滑床板受力是否均衡；直股大方向；拉桿及各連接桿尺寸是否標準；尖軌及基本軌工作邊肥邊(含尖軌非工作邊一側軌底的肥邊)。從而預防尖軌側彎病害的發生[10]。

發現尖軌硬彎現象，應全面分析尖軌側彎產生的真正原因，有計劃的進行綜合整治，整治方法如下：

(1)消滅轉轍部高低、方向不良，使直股大方向直順(基本軌有硬彎的應同時矯正)、高低平順、滑床板無吊空板、受力均衡。

(2)調整岔頭與尖軌尖端直角錯差，達到規定標準。

(3)矯正曲基本軌位置及尺寸。

(4)改正各部大框架尺寸及軌距變化率。

(5)拆開兩側尖軌，使其處于自然松弛狀態下并檢查是否直順，若有硬彎應直接矯直或更換。

(6)更換非標拉桿、連接桿、尖軌跟端夾板、頂鐵，同時打磨尖軌和基本軌工作邊、尖軌非工作邊一側軌底存在的肥邊。

(7)滑床臺和各部螺栓涂油潤滑。

(8)利用工電聯合，對道岔進行綜合整治、調試。

5 結束語

在高速有砟鐵路試運營期軌道設備維護時[11]，運用各種檢測手段，通過TQI指標評價軌道實際質量狀態，可作為軌道不平順狀態進行宏觀管理和質量控制的依據。能夠指導編制整治、維修計劃和指導整正作業，計劃針對性強，能有效地降低設備病害的發生。同時可作為施工階段軌道精調質量的考量和借鑒，以實現高速鐵路平穩、安全、運營要求下的少變形、少維修、快保養的目標。