大機清篩后軌道動態質量變化影響因素分析及對策

夏孝維 中國鐵路上海局集團有限公司蚌埠工務段

肖虎 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

有砟軌道是由鋼軌、軌枕、碎石道床、道岔、聯接零件及防爬設備等部件組成的線路基礎設備，碎石道床具有保持軌道結構穩定、排水性能良好、富于彈性、利于日常養護維修的特點。但隨著線路的運行，道砟顆粒間隙間逐步粉灰、煤灰、扁針狀碎石磨后砟屑、基床的翻漿冒泥等充填，在列車動載及雨水灌入等因素作用下，使得碎石道床結構產生板結，逐步失去彈性，進而影響線形線位的變化。因而需要對道床進行周期性的清篩，以整治道床病害、恢復有砟軌道結構彈性。

現有的線路清篩方式主要包括人工清篩、小型機械清篩、大型養路機械清篩作業方式，根據作業清篩機械功能的不同，大型養路機械清篩又可分為全斷面清篩、邊坡清篩及道岔清篩。線路道床清篩篩除污土、恢復道床彈性的同時，也是對既有運行線路道床破壞重塑的過程，因此有必要對線路清篩后軌道變化情況作跟蹤考察，以探索其內在發生發展規律。本文結合選取的我段管內京滬線線路大機清篩地段，以總公司0#綜合檢測列車檢測數據為依據，通過對其軌道質量指數（TQI值）及其7個子項目進行數據分析，以獲取軌道質量動態變化的影響因素，并提出針對性的對策。

1 大機清篩分析區段選取

我段近年來線路大機清篩主要為全斷面線路清篩，并結合我段京滬線管內部分區段為弱膨脹土地段，選取2016年我段京滬線兩次集中修線路大機清篩區段區間線路進行數據分析，其基本概況如表1所示。

表1 大機清篩分析區段基本概況

如表1所示，地段一位于京滬下行線蘆嶺-唐南集區間，大機清篩時間為2016年京滬線第一次集中修，地段一為非弱膨脹土地段，于2016年京滬線10月進行大機復搗。地段二位于京滬下行線唐南集-固鎮區間，大機清篩時間為2016年京滬線第一次集中修，為弱膨脹土地段，并分別于2016年9月及2017年3月進行大機復搗。地段三位于京滬下行線連城-新馬橋、新馬橋-曹老集區間，大機清篩時間為2016年京滬線第二次集中修，為非弱膨脹土地段，并于2017年10月進行大機復搗。

2 清篩地段TQI值及其子項分析

軌道質量指數（track quality index，TQI）是以200 m軌道區段為單元區段，分別計算單元區段內左軌向、右軌向、左高低、右高低、水平、軌距、三角坑七項軌道幾何不平順的標準差，這七項軌道幾何不平順幅值的標準差之和作為判定該單元區段內軌道平順性。依次對上述選取的地段的TQI值及其子項進行選取分析。

2.1 地段一TQI值及其子項分析

如圖1、圖2所示，分別為地段一TQI值及其子項變化情況，其中2017年8月份0#綜合軌檢車未給出數據，不納入統計范圍。

圖1 地段一TQI值變化情況

圖2 地段一TQI值子項變化情況

由表1可知，地段一大機清篩時間為2016年3月5日至3月15日，線路大機復搗時間為2016年10月27日至11月2日，對比圖1、圖2可以看出，地段一在線路大機清篩后的2016年4月至8月呈現緩慢增長趨勢，而9月份則突然增大，10月份呈現較大值，經過大機復搗后，該區段TQI值恢復較低水平。并在2017年5月份出現一個小幅增加，其后恢復穩定狀態。現以線路清篩后的第一個月（2016年4月）檢測數據為基準數據，對比分析該區段TQI值及其子項變化情況，如圖3所示。

圖3 地段一清篩后TQI值及子項增幅情況

由圖3可以看出，地段一在線路大機清篩后，TQI值子項中增幅較大的依次為左高低、右高低、水平、右軌向、左軌向，左高低增幅最大達到100%，右高低、水平最大增幅達83.33%、82.61%，而軌距基本沒有變化。

2.2 地段二TQI值及其子項分析

因地段一與地段二為相鄰區間，其中區段一為非弱膨脹土區段，區段二為弱膨脹土變化區段，圖4給出了區段一與區段二TQI值周期內的變化情況，圖5給出了地段二TQI值周期內子項變化情況。

圖4 地段一與地段二清篩后TQI值對比情況

由圖4可以看出，對比地段一、地段二的TQI值變化情況，大機清篩后的7到9月份，弱膨脹土地段TQI值增幅較大，地段二的TQI值由4月份的3.93增幅至8.72，在2016年9月26日進行大機線路搗固后降至5.30，但在第二次大機復搗之前，與地段一相比，仍處于較高幅值。如圖5所示，對于所選取的地段二為京滬下行線唐南集-固鎮區間弱膨脹土地段，在進行線路大機清篩后，其TQI值子項在2016年9月份動檢車檢車時，變化較大的依次為左高低、右高低、水平、三角坑及左右軌向，而軌距基本保持不變。地段二在經過2017年3月19日大機第二次復搗后，該段線路TQI值小幅回落，并在2017年5月以后趨于穩定。

圖5 地段二TQI值子項變化情況

2.3 地段TQI值及其子項分析

圖6、圖7為地段三TQI值及其子項變化情況，地段三位于京滬下行線連城-新馬橋、新馬橋-曹老集區間，大機清篩時間為2016年京滬線第二次集中修，為非弱膨脹土地段，并于2017年10月進行大機復搗。

圖6 地段三TQI值變化情況

圖7 地段三TQI值子項變化情況

通過圖6可以看出，地段三TQI值在線路大機清篩前出現一個小的峰值，即2016年10月18日檢測數據，線路大機清篩后，該地段在2017年5月份出現一個峰值，經2017年10月份線路大機搗固后，其TQI值趨于穩定。對該地段TQI值子項分析可以知道，線路大機清篩后至2017年5月份TQI值出現的峰值，其中左高低、右高低、水平、三角坑幅值依次變化較大，而左右軌向、軌距變化不明顯。

通過對選取的三地段線路大機清篩后的TQI值及其子項分析可以看出：

（1）在一年內的4至5月份、9至10月份，線路TQI值出現兩次明顯的峰值，而經過線路大機清篩后的線路在4至5月份、9至10月份其TQI值出現的峰值幅值更大；

（2）線路大機清篩地段其TQI子項中，幅值變化明顯的依次為左高低、右高低、水平、三角坑，左右軌向及軌距變化幅值較小；

（3）京滬線弱膨脹土地段經過線路大機清篩后其TQI值變化比非弱膨脹土地段變化更為顯著，其左右高低、水平、三角坑、左右軌向均有較大變化，而軌距基本保持不變。

3 清篩地段TQI值變化原因分析及對策

保持無縫線路穩定的因素主要因素包括以下幾個方面：溫度壓力、軌道初始不平順、道床橫向阻力、軌道結構框架剛度及扣件阻力。其中溫度壓力及軌道初始不平順為破壞無縫線路穩定、惡化軌道平順的因素；道床橫向阻力、軌道框架剛度及扣件阻力為保持無縫線路穩定的因素；結合我段京滬線弱膨脹土地段的基床不穩定等因素，對我段京滬線線路大機清篩地段軌道質量變化進行分析。

3.1 軌道溫度壓力及初始不平順

無縫線路鎖定后，由于受一年四季氣溫變化的影響，導致在鋼軌內部產生拉壓兩種不同性質的鋼軌應力，而在軌溫高于鎖定軌溫時，便會產生溫度壓力。通過扣件的鎖定來約束鋼軌，使得鋼軌、軌枕構成軌道框架，因軌道結構初始的縱向、橫向不平順的存在，導致鋼軌溫度壓力轉變加劇軌道不平順的作用力。而無縫線路溫度壓力一般在4至5月、9至10月份晝夜氣溫變化的季節而出現壓力峰值，影響無縫線路的軌道平順性，這一點可以從文中所選取的分析地段一的2017年5月及地段三2016年10月檢測的TQI值反映出來。

3.2 清篩后道床橫向力變化

線路大機破底清篩作業對于無縫線路道床是一個破壞重塑的過程，清篩機的清篩過程短時間內嚴重削弱道床縱橫向阻力，通過后續的大機搗固及穩定作業，促使清篩后的道床密實并逐步恢復道床縱向及橫線阻力。而道床橫向阻力主要有三部分，分別由枕底、枕側及枕端提供，枕底及枕側所提供的橫向阻力在道砟搗固密實后并受到周圍約束的影響變化較小，而枕側道砟由于約束力的減少。同時已有的研究表明無縫線路鋼軌的自振頻率會隨著溫度力的增加而增加，且在受到列車荷載壓力作用下激振作用更加顯著。因此，當鋼軌溫度壓力達到壓力峰值時會對線路大機清篩后的枕端道砟的密實性進行弱化，減少其枕端橫向阻力的構成，表現為軌道不平順的顯著。這點在所選取地段一、地段二的2016年9月至10月TQI值及其子項，地段三的2017年2017年5月份的TQI值及其子項可以反映出來。

3.3 弱膨脹土地段基床不穩定

線路大機搗固后，道床的縱橫向阻力一般在8 Mt～9 Mt達到穩定，而道床的下沉碾壓密實也在該階段完成。但基床的不穩定則會擾動道床的穩定性，由于我段京滬線管內部分地段存在弱膨脹土，在每年夏秋季節，受氣候變化影響，或持續干旱少雨，或連續暴雨，造成基床的不穩定，這種基床的變化反映到軌面上，便會加劇軌道不平順，使得軌道幾何尺寸發生較大變化。這一點在所選地段一與地段二的2016年8至9月份的TQI值及其子項分析中表現明顯。

3.4 大機清篩后軌面控制對策

針對線路大機清篩后軌道質量變化及原因分析，結合現有的作業技術及作業手段，提出以下控制措施：

（1）做好線路清篩地段的應力放散以降低鋼軌壓力峰值，減少鋼軌應力引起的軌道橫向不平順；

（2）做好清篩后的大機搗固及后續細整糾缺作業質量控制，主要通過軌距精改降低軌道橫向不平衡，主要降低的指標有軌距、軌距遞減率、左右軌向等指標，最大限度的減少軌道初始不平順；

（3）增加線路外側砟肩寬度，由現有的400 mm～450 mm增加至砟肩極限550 mm，同時增加砟肩堆高的寬度；

（4）對弱膨脹土地段進行砍伐綠籬、增植保水草皮、覆蓋瓜子片等措施以保持路基的穩定。

4 結束語

無縫線路軌道結構由于受氣溫的影響，在每年4至5月、9至10月會在鋼軌內出現溫度壓力峰值，鋼軌受壓在列車動載作用下會造成軌道結構激振作用顯著，線路大機清篩地段由于道床的擾動后重塑，會在這種作用力下弱化道床橫向作用力，造成軌道不平順加劇。管內京滬線弱膨脹土地段基床的不穩定則會影響道床的穩定性，進一步影響軌道不平順。針對線路大機清篩后軌控所存在的問題，提出加強清篩后的線路大機搗固及線路軌道幾何尺寸細整的作業質量控制，同時增加線路砟肩寬度及砟肩堆高的寬度，以提高枕端道床阻力，并加快管內京滬線弱膨脹土地段的整治進度。