軌道不平順質(zhì)量指數(shù)解析

陸 捷 上海鐵路局工務(wù)處

軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)--指的是由軌道檢查車(chē)通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)（1 型、2 型、3型軌檢車(chē)主要采用弦測(cè)法，4 型軌檢車(chē)主要采用慣性基準(zhǔn)法，5 型軌檢車(chē)主要采用激光攝像系統(tǒng)，6 型軌檢車(chē)采用激光高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)；以及裝置于車(chē)體軸箱或轉(zhuǎn)向架上的加速度計(jì)，光電編碼器。）所采集并計(jì)算得出的高低、軌距、軌向、水平、三角坑、曲線(xiàn)超高等軌道幾何數(shù)據(jù)和車(chē)體加速度、車(chē)輛運(yùn)行速度等數(shù)據(jù)。

軌道不平順質(zhì)量指數(shù) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)TQI)--是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法描述區(qū)段軌道整體質(zhì)量狀態(tài)的綜合指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。

1 軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)技術(shù)

1.1 系統(tǒng)概述

我局目前有3 輛軌道檢查車(chē)，包括GJ-4 改型系統(tǒng)的DJ997759 和5 型軌檢車(chē)WX999288、WX999307。以WX999288車(chē)為例，該車(chē)采用的是以激光攝像技術(shù)為主的5 型高速檢測(cè)系統(tǒng)。光截面法技術(shù)是指將一種窄帶光照射在被測(cè)物體上，采用攝象機(jī)拍攝物體，所拍圖象就是這種窄光帶沿被測(cè)物體的截面邊緣勾勒出的一條清晰輪廓線(xiàn)。

鋼軌斷面測(cè)量正是基于這種測(cè)量原理，采用紅外激光器作為照射光源，使用CCD 攝象機(jī)拍攝，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件確定激光與鋼軌相交的位置，經(jīng)幾何修正，得到鋼軌的實(shí)際斷面輪廓。圖1 為車(chē)下檢測(cè)機(jī)構(gòu)示意圖，圖2 為車(chē)載檢測(cè)計(jì)算機(jī)界面圖。

圖1 激光攝像法測(cè)量軌距

圖2 檢測(cè)計(jì)算機(jī)界面

圖2 中淺色的鋼軌輪廓線(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存的60（或50 或43）標(biāo)準(zhǔn)軌外形輪廓，深色的輪廓線(xiàn)為當(dāng)前實(shí)時(shí)檢測(cè)中的鋼軌輪廓，從界面中能非常直觀(guān)的了解到鋼軌的磨耗情況及軌距、線(xiàn)路位置里程、車(chē)輛運(yùn)行速度、曲線(xiàn)超高等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

1.2 動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)

軌檢車(chē)提供的記錄報(bào)告主要有：《軌道超限報(bào)告表》、《曲線(xiàn)摘要報(bào)告表》、《區(qū)段總結(jié)報(bào)告表》、《軌道質(zhì)量指數(shù)報(bào)告表》等四種主要檢查報(bào)告表。超限報(bào)告評(píng)定的項(xiàng)目：軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車(chē)體垂直振動(dòng)加速度和車(chē)體橫向加速度7 項(xiàng)。按照鐵道部重新修訂的動(dòng)態(tài)管理檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，另外增加了"三率"（軌距變化率、曲率變化率和橫加變化率）和70 m 長(zhǎng)波高低、軌向不平順等指標(biāo)。

三角坑檢測(cè)基長(zhǎng)為2.4 m，需要指出的是由于系統(tǒng)固有因素，在曲線(xiàn)頭尾特征點(diǎn)的位置存在著與實(shí)際線(xiàn)路狀況不符的三角坑超限波動(dòng)。

1.3 動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)的意義

軌檢車(chē)動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)所提供的超限數(shù)據(jù)報(bào)表對(duì)于線(xiàn)路狀態(tài)不穩(wěn)定的線(xiàn)路有很重要的指導(dǎo)作用，可以幫助現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員更高效的找出超限峰值點(diǎn)、大值點(diǎn)，以便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可以迅速準(zhǔn)確定位線(xiàn)路幾何超限位置，為線(xiàn)路養(yǎng)修提供參考和指導(dǎo)。

2 TQI 產(chǎn)生及運(yùn)用

2.1 軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)與TQI 之間的比較

軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)：采用峰值管理法，對(duì)于軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)超限進(jìn)行有效的管理。從軌道的幾何尺寸指標(biāo)和舒適度指標(biāo)的角度，以1 km 為單位計(jì)算總扣分的方式來(lái)評(píng)定軌道的質(zhì)量的評(píng)定方法。

軌檢車(chē)數(shù)據(jù)采集原理：車(chē)輛每行進(jìn)一英尺（約254 mm，俗稱(chēng)1 m 4 個(gè)點(diǎn)），計(jì)算機(jī)對(duì)各檢測(cè)項(xiàng)目采集一次，當(dāng)某項(xiàng)連續(xù)三次采集量都超過(guò)最低級(jí)超限界限值時(shí)，計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)為一處超限，并取最大采集量值為該處超限的幅值，最低級(jí)超限起終點(diǎn)為該處超限長(zhǎng)度的起終點(diǎn)，如圖3 中1、2、3 分別表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)超限界限值，A、B、C、D 分別表示四個(gè)采集點(diǎn)，由采集原理得知，此處計(jì)算機(jī)將統(tǒng)計(jì)為一處病害：B 點(diǎn)的幅值為該超限幅值，L 表示超限長(zhǎng)度，該超限為Ⅲ級(jí)超限。

圖3 超限峰值與超限長(zhǎng)度示意圖

TQI：采用均值管理法，衡量線(xiàn)路區(qū)段整體不平順的方法。這種方法是測(cè)量并記錄被測(cè)軌道區(qū)段中全部測(cè)點(diǎn)的幅值，所有幅值都作為軌道狀態(tài)的一個(gè)元素參與運(yùn)算，同時(shí)還選擇若干單項(xiàng)幾何參數(shù)的指數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算獲得綜合指數(shù)，即用統(tǒng)計(jì)特征值來(lái)評(píng)價(jià)軌道區(qū)段的質(zhì)量狀態(tài)。

2.2 TQI 的計(jì)算

TQI 是左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項(xiàng)幾何尺寸不平上不平順在200 m 區(qū)段的標(biāo)準(zhǔn)差之和。

σi為各項(xiàng)幾何偏差的標(biāo)準(zhǔn)差；i＝1,2,…,7；分別為左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑。

Xij是指在200 m 單元區(qū)段中各項(xiàng)幾何偏差的幅值；j＝1,2,…,n；i＝1,2,…,7。

n 是采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)（200 m 單元區(qū)段中n＝800）。

由公式結(jié)構(gòu)可以看出，由于TQI 值的計(jì)算采用的是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差的概念（每個(gè)參與計(jì)算的元素進(jìn)行平均之后與單個(gè)元素進(jìn)行差平方的計(jì)算），表現(xiàn)出所有檢測(cè)數(shù)據(jù)與其平均數(shù)的離散程度。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中消除個(gè)別的檢測(cè)大值對(duì)于TQI 的影響是很小的，只有通過(guò)線(xiàn)路大修、中修、綜合修和大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)對(duì)軌道狀態(tài)整體進(jìn)行改善。運(yùn)用TQI 評(píng)價(jià)和管理軌道狀態(tài)，是單一幅值扣分評(píng)判軌道質(zhì)量方法的補(bǔ)充，提高軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用水平，為科學(xué)制定線(xiàn)路維修計(jì)劃，保證軌道狀態(tài)的均衡發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 TQI 的管理

為便于對(duì)區(qū)段TQI 管理標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用，依據(jù)《修理規(guī)則》軌道不平順?lè)悼鄯止芾磙k法，確定TQI 的管理辦法，以公里為維修長(zhǎng)度的管理單位，對(duì)TQI值的評(píng)價(jià)引入“T 值”概念。將200 m 區(qū)段TQI 超過(guò)管理值的大小作為扣分T200 值，每公里5 個(gè)單元區(qū)段的扣分?jǐn)?shù)T200 值之和，簡(jiǎn)稱(chēng)“T 值”。T 值是根據(jù)單元區(qū)段內(nèi)TQI 值超過(guò)對(duì)應(yīng)管理值的程度來(lái)確定的。既有線(xiàn)路不同速度等級(jí)高速鐵路軌道不平順200 m 單元區(qū)段TQI 及單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)管理標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 200 m 區(qū)段TQI 管理標(biāo)準(zhǔn)(單位:mm)

T 值的計(jì)算公式如下:

圖4 為T(mén)QI 計(jì)算實(shí)例。

圖4 TQI 與T 值計(jì)算示例

對(duì)于T200 值未超過(guò)（≤）該速度等級(jí)管理值，則該200 m 區(qū)段扣分T200 值為0；該值大于管理值，但小于等于“超過(guò)10%”管理值，則該200 m 區(qū)段扣分T200 值為40 分；該值大于“超過(guò)10%”管理值，但小于等于"超過(guò)20%"管理值，則該200 m 區(qū)段扣分T200 值為50 分；該值大于"超過(guò)20%"管理值，則該200 m 區(qū)段扣分T200 值為61 分。根據(jù)T 值的大小評(píng)價(jià)每公里軌道狀態(tài)質(zhì)量，以均衡、計(jì)劃、優(yōu)先三種方式來(lái)制定大型養(yǎng)路機(jī)械維修或軌道綜合維修計(jì)劃，其含義為當(dāng)某公里T＝0 時(shí)，其評(píng)價(jià)定義為均衡；當(dāng)0＜T≤100 時(shí)，為計(jì)劃；當(dāng)T＞100 時(shí)，為優(yōu)先。

3 結(jié)束語(yǔ)

軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠找出軌道的局部病害及病害的類(lèi)型、發(fā)展程度和所在位置，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作緊急維修養(yǎng)護(hù)非常實(shí)用。隨著鐵路整體大提速，線(xiàn)路質(zhì)量日益提高的局勢(shì)，僅用超限點(diǎn)峰值的大小、超限的數(shù)量及扣分多少，還不能全面、科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)軌道區(qū)段的平均質(zhì)量狀態(tài)。TQI 及T 值概念的引入有效的彌補(bǔ)了Ⅲ、Ⅳ級(jí)超限扣分所占權(quán)重較大的問(wèn)題。（注意：TQI 數(shù)據(jù)人工無(wú)法適時(shí)編輯，分析時(shí)需要人工對(duì)檢測(cè)設(shè)備故障或受雨水、陽(yáng)光或電磁信號(hào)干擾地段，以及設(shè)備固有結(jié)構(gòu)，如普通岔區(qū)有害空間引起的軌距、軌向等地段的TQI 進(jìn)行篩除。）

軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)和TQI 指數(shù)是相輔相成的，在確保了各項(xiàng)軌道幾何數(shù)據(jù)都在偏差允許范圍內(nèi)的情況下，才能實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路整體的質(zhì)量的提升。

[1]鄧學(xué)通，葉一鳴.《準(zhǔn)高速軌檢車(chē)檢測(cè)原理及應(yīng)用》.《中國(guó)鐵道出版社》，2004.8.

[2] 詹賢東.《LaserailTM3000 斷面和幾何測(cè)量系統(tǒng)ControlConsole 用戶(hù)指南》.《鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心》，2003.

[3] 詹賢東.《LaserailTM3000 斷面和幾何測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備操作和維護(hù)手冊(cè)》.《鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心》，2006.