朔黃鐵路軌道質量分級管理標準研究

楊文 曲建軍 龍亦語 李茂 劉攀

1.朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧 062350；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司基礎設施檢測研究所，北京 100081

朔黃鐵路是我國西煤東運的第二大重載運輸通道，年通過總重目前已突破4億t。應用大型養路機械對軌道進行搗固維修是重載鐵路消除軌道幾何病害、保持線路質量的主要方式之一。朔黃重載鐵路管理標準一直沿用TG/GW102—2019《普速鐵路線路修理規則》［1］。隨著朔黃鐵路搗固維修能力和維修質量的提高，普速鐵路的維修管理值已不適用于朔黃鐵路，不能滿足狀態修、精細化維修等要求，需要結合朔黃鐵路自身特點建立起一套線路狀態分級管理和搗固維修驗收標準，更好地指導現場的搗固維修作業［2］。

目前各國基本采用軌道質量指數（Track Quality Index，TQI）累計分布占比劃分軌道狀態［3］。歐洲標準BS 13848?5：2008［4］、國際鐵路聯盟標準UIC 518—2009［5］等按照高低和軌向單項標準差累計分布降序的順序將軌道質量分為三級。英國采用200 m單元區段的單項幾何參數的統計標準差評價軌道區段的平均質量，根據線路等級把單元區段的質量狀態分成四個質量段［6］。美國主要采用TQI和軌道粗糙度指數將軌道整體質量分成四個等級［7］。中國國家鐵路集團有限公司采用TQI及單項標準差對有砟線路按速度等級進行管理［1］。

文獻［8］分析了軌道各項幾何偏差對搗固維修作業的敏感程度，將TQI中軌距一項扣除，提出了應用于搗固作業的軌道質量評價指標MTQI（Machine Tamping Track Quality Index）。本文考慮朔黃鐵路不同里程區段線路的軌道質量狀況，將朔黃鐵路劃分成Ⅰ級、Ⅱ級兩個線路等級進行管理；基于2018—2020年的軌道幾何檢測數據，對兩個等級區段的MTQI分別進行統計分析，結合軌道質量劣化率分布和搗固維修作業效果，將軌道MTQI劃分為驗收、優先、超限三個等級并制定朔黃鐵路軌道質量分級管理標準。

1 開通2萬t軸重列車以來的軌道質量狀態

1.1 朔黃鐵路搗固作業現狀與線路等級劃分

朔黃鐵路自2016年規模化開通2萬t軸重列車以來，線路通過總重以及2萬t軸重列車占比均逐年增加，導致軌道質量劣化速率加快，搗固維修作業增多，維修成本提高。據統計，2018年、2019年、2020年朔黃鐵路上行（重車線）搗固維修作業量分別為373.78、420.12、357.04 km，平均每年383.65 km，約占線路總長的65%，其中2019年約占線路總長的75%。朔黃鐵路維修能力較強，當前采用的維修管理值相對維修能力來說較為寬松，不能起到精確指導搗固維修作業的作用，進一步節約維修成本的空間較大。

朔黃鐵路部分區段本身設備基礎較差，維修難度較大，線路狀況較差。考慮到上行方向為重車線，因此將上行線路劃分成兩個等級進行管理，線路狀況較好的區段為Ⅰ級，較差的區段為Ⅱ級，分別制定管理標準。下行方向為輕車線，線路狀況保持較好，統一按照Ⅰ級區段進行管理。線路區段等級劃分見表1。

表1 朔黃鐵路線路等級劃分

1.2 軌道質量發展規律

由于搗固維修作業對軌距幾乎無影響，因此將TQI中的軌距扣除，采用軌道質量評價指標MTQI對軌道質量進行分析［8］，計算公式為

式中：MTQI為軌道質量評價指標的計算值；σi（i=1，2，…，6）為軌道各項幾何偏差的標準差，分別為左高低、右高低、左軌向、右軌向、水平、三角坑。

處于不同發展階段的軌道質量劣化速度不同［9］。一般來說，在道床搗固穩定后的健康服役階段劣化發展緩慢，隨著通過總重累加，劣化速度逐漸加大。軌道質量分級發展規律如圖1所示。將軌道質量分為搗固驗收值、優先值、超限值三個限制指標，它們之間的劣化率設為k1、k2、k3。搗固驗收值為搗固作業后允許的MTQI最大值，大于此值認為搗固作業不合格；優先值為優先考慮安排線路搗固計劃的標準，MTQI值小于此值時線路處于健康狀態，大于此值時處于優先狀態，若維修資源充足可以優先安排維修作業；超限值為軌道質量的超限標準，大于此值時軌道狀態可能影響線路的運行穩定性，應立即安排維修作業。

圖1 朔黃鐵路軌道質量分級發展示意

2 軌道質量分級管理標準制定

2.1 軌道質量超限值標準

朔黃鐵路道岔區不進行大型養路機械搗固作業，因此選取非道岔區段MTQI進行分析。根據車站表以及大型養路機械搗固區段篩選出非道岔區段的檢測數據，對其Ⅰ級、Ⅱ級區段分別進行分析，得出線路MTQI累計分布情況，如圖2所示。

圖2 朔黃鐵路2018—2020年MTQI分布

根據工電線路函〔2021〕10號《國鐵集團工電部關于印發普速鐵路線路TQI分級管理值的通知》［2］及其分級管理值制定方法，并考慮朔黃鐵路搗固維修實際情況，對于Ⅰ級、Ⅱ級區段，分別選取累計占比95%和90%的MTQI值（取整）作為超限指標，得到Ⅰ級、Ⅱ級區段的超限標準分別為8、10 mm。

2.2 搗固作業驗收值標準

為充分利用MTQI評價指標，需要制定線路搗固維修后的MTQI管理標準，即搗固維修驗收值，給大型養路機械搗固維修和工程施工質量提供作業驗收標準。各區段搗固前后MTQI（圖3）反映了大型養路機械搗固改善效果。為剔除分布較為離散的異常點，將搗固前MTQI值排序并以適當的間隔分成小區間，在每個區間內選取90%置信區間的搗固后MTQI值作為有效值，其余點作為異常點剔除。圖3中兩條紅色虛線即為異常點剔除界限，其范圍之外為需要剔除的異常點。對有效數據進行擬合，得到

圖3 朔黃鐵路各區段搗固前后MTQI

式中：MTQI前、MTQI后分別為搗固前、后MTQI值。

將搗固維修前的標準值（即超限值）帶入式（2），確定Ⅰ級、Ⅱ級區段搗固維修后MTQI驗收值分別為6、7 mm。

2.3 軌道質量優先值標準

從MTQI發展規律看，搗固后MTQI有較大改善，搗固穩定后的軌道會進入新的搗固周期［8］，因此可以認為相鄰兩次搗固維修之間為一個搗固維修周期。選取兩次搗固維修之間的檢測數據，根據式（3）基于線路通過總重計算軌道質量劣化率。

式中：k為某200 m單元區段軌道質量劣化率，mm/Mt；MTQIi為第i次軌道幾何不平順檢測值，mm；ti為第i次檢測的時間，d；N為有效檢測次數。

刪除對制定管理標準無意義的劣化率負值，得到各區段劣化率正值的累計分布，見圖4。將各累計占比對應的劣化率用時間表征（每月通過總重按均值30 Mt計算），結果見表2。可知，朔黃鐵路MTQI較小，線路狀態保持較好，原因是搗固維修作業周期較短，朔黃公司通過減小搗固維修間隔的方式減緩了線路劣化。

圖4 朔黃鐵路2018—2020年非道岔區段劣化率累計分布

表2 朔黃鐵路2018—2020年非道岔區段劣化率累計分布

為在線路劣化較快的情況下及時安排維修作業，需要在搗固維修驗收值與超限值之間設置一個搗固維修優先值，在維修資源充足時優先考慮對超過此值的區段安排搗固維修。通過分析朔黃鐵路搗固維修作業信息，得出朔黃鐵路各區段的搗固周期為12~18個月。線路較好區段劣化速率較慢，因此假設Ⅰ級區段搗固周期為18個月，Ⅱ級區段搗固周期為12個月。

參見圖1中搗固驗收值及超限值已知，只需確定合適的線路劣化率k2、k3以及優先階段線路的通過總重或持續時間，即可計算搗固維修優先值。由于搗固周期按月計算，因此劣化率k2、k3取按月計算的劣化率值。設優先階段發展時間為m個月，則有方程

式中：M周期為搗固周期，即本次搗固到下次搗固之間的時間，在圖1中為驗收值發展到超限值的時間；MTQI超限、MTQI驗收分別為搗固維修超限值、驗收值。

根據表2數據，Ⅰ級區段k2選取65%累計占比的0.09 mm/月，k3選取80%累計占比的0.14 mm/月，代入式（4）中計算得出Ⅰ級區段的優先階段發展時間為8個月；Ⅱ級區段k2選取70%累計占比的0.22 mm/月，k3選取80%累計占比的0.28 mm/月，代入式（4）中計算得出Ⅱ級區段的優先階段發展時間為6個月。線路MTQI搗固維修優先值MTQI優先為

根據式（5）計算并取整，推導出Ⅰ級、Ⅱ級區段線路MTQI優先值管理標準分別為7、8 mm。

綜上，朔黃鐵路MTQI分級管理標準見表3。

表3 朔黃MTQI分級管理標準 mm

3 朔黃鐵路軌道質量分級標準驗證

根據分級管理標準，基于朔黃鐵路非道岔區段2018—2020年MTQI統計數據，回驗各等級線路所占的百分比：①Ⅰ級、Ⅱ級區段無需搗固維修占比分別為90%、70%；②Ⅰ級、Ⅱ級區段優先考慮搗固維修占比分別為5%、20%；③Ⅰ級、Ⅱ級區段立即搗固維修占比分別5%、10%。可以看出，Ⅰ級區段線路無需搗固維修區段的占比多于Ⅱ級區段，優先或立即搗固維修區段的占比少于Ⅱ級區段，符合實際情況。

Ⅰ級、Ⅱ級區段優先考慮搗固維修及應立即搗固維修狀態的線路占比分別為10%、30%。維修能力滿足線路維修需求，因此可以適當減少不必要的維修。

4 結語

根據國內外TQI運用經驗，結合朔黃重載鐵路正線區段MTQI分布情況以及軌道質量劣化率分布情況，將軌道MTQI劃分為驗收、優先、超限三個等級并制定朔黃鐵路質量分級管理標準，為線路管理和維修計劃制定提供了依據。

本文引入了線路劣化率的概念，優化了僅基于TQI對線路進行管理和制定維修計劃的模式，更科學地指導現場管理與作業。根據搗固維修作業效果和超限標準，確定了搗固維修驗收標準，為朔黃鐵路搗固維修作業提供了驗收依據。