既有鐵路軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究

苗蘭弟，任慶國(guó)

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099)

既有鐵路軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究

苗蘭弟，任慶國(guó)

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099)

依據(jù)現(xiàn)有的軌檢車的應(yīng)用，研究現(xiàn)有軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目及應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)在軌檢車的數(shù)據(jù)分析及管理，軌道質(zhì)量系數(shù)(TQI)的統(tǒng)計(jì)及應(yīng)用，波形圖識(shí)別及分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)線路病害成因及波形圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究。

軌道結(jié)構(gòu)；既有鐵路；軌道檢測(cè)；動(dòng)態(tài)檢測(cè)

隴海線提速后，由于是客貨共線鐵路，開(kāi)行大噸位的貨車，軸重較大，荷載頻率較高，軌道的幾何形位尤其是曲線地段難以得到保證，產(chǎn)生的垂向、側(cè)向不平順會(huì)對(duì)客車的快速行駛產(chǎn)生極大影響，對(duì)線路的日常檢測(cè)及保養(yǎng)增加了難度。同時(shí)，重載運(yùn)輸對(duì)鐵路軌道結(jié)構(gòu)影響很大，軌道結(jié)構(gòu)的各個(gè)部件產(chǎn)生的變形都會(huì)直接或間接影響列車運(yùn)營(yíng)的平穩(wěn)性和安全性。因此，研究提速列車運(yùn)營(yíng)下的軌道變形的檢測(cè)方法、檢測(cè)設(shè)備的革新與應(yīng)用等成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)是解決線路問(wèn)題的重要措施，動(dòng)態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目主要包括軌道幾何參數(shù)、車體加速度參數(shù)、動(dòng)力學(xué)指標(biāo)、鋼軌斷面參數(shù)以及道床斷面參數(shù)等。軌檢車是檢查軌道幾何狀態(tài)偏差、指導(dǎo)鐵路線路檢修、確保行車平穩(wěn)安全的重要手段[1]。用軌道檢查車(或添乘儀)測(cè)得的在列車車輪荷載作用下的軌道不平順?lè)Q為軌道動(dòng)態(tài)不平順。動(dòng)態(tài)檢測(cè)不能檢測(cè)軌道構(gòu)件的使用狀態(tài)，但能較為真實(shí)地反應(yīng)在列車荷載作用下軌道的彈性變形度，并以此來(lái)判斷軌道線路質(zhì)量的均衡度。

1 檢測(cè)制度

隴海鐵路線上允許速度大于120km/h的線路每月檢查至少2遍[2]。對(duì)于年客貨運(yùn)量不小于80Mt的正線15～30天檢查一遍；對(duì)于年客貨運(yùn)量為25～80Mt的正線每月檢查1遍；對(duì)于年客貨運(yùn)量小于25Mt的正線每季檢查1遍；如果線路狀態(tài)較差可適當(dāng)增加檢查遍數(shù)。

2 軌道檢測(cè)車的任務(wù)

(1)檢查——依據(jù)確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在一定程度范圍內(nèi)檢測(cè)，評(píng)價(jià)軌道狀態(tài)、線路質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)水平。

(2)計(jì)劃——根據(jù)不同等級(jí)線路提出的安全度和舒適度要求，提出恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)所需要進(jìn)行的維修保養(yǎng)計(jì)劃。

(3)分析——提供輪軌關(guān)系在行車、科研、養(yǎng)路等方面的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理分析，用以掌握軌道變化規(guī)律，加強(qiáng)科學(xué)管理，提高軌控水平。

3 檢測(cè)精度要求

以GJ-4型軌檢車為檢測(cè)工具，檢測(cè)的范圍及精度要求見(jiàn)表1。

表1 軌檢車檢測(cè)的范圍及精度要求

4 軌檢車檢測(cè)項(xiàng)目

軌檢車二位端至一位端方向?yàn)檐墮z車正向。軌檢車檢測(cè)項(xiàng)目如表2所示。

5 軌檢車數(shù)據(jù)管理

5.1 動(dòng)態(tài)質(zhì)量扣分標(biāo)準(zhǔn)

軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量容許偏差管理值可參考表3，按照不同的測(cè)量結(jié)果劃定檢測(cè)等級(jí)，一般劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的扣分標(biāo)準(zhǔn)為：

Ⅰ級(jí)超限，每處扣1分；Ⅱ級(jí)超限，每處扣5分；Ⅲ級(jí)超限，每處扣100分；Ⅳ級(jí)超限，每處扣301分。

相應(yīng)的每公里線路動(dòng)態(tài)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為：優(yōu)良——扣分總數(shù)在50分及以內(nèi)；合格——扣分總數(shù)在51～300分；失格——扣分總數(shù)在301分及以上。

5.2 軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)

軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)用來(lái)評(píng)定線路區(qū)段整體不平順的動(dòng)態(tài)質(zhì)量。以200m的區(qū)段作為一個(gè)檢測(cè)單元，計(jì)算該單元區(qū)段上的軌距、高低、軌向、水平等7項(xiàng)幾何不平順?lè)档臉?biāo)準(zhǔn)差(單項(xiàng)指數(shù))，并對(duì)7個(gè)單項(xiàng)指數(shù)求和，稱為軌道質(zhì)量指數(shù)[8]。

TQI的計(jì)算公式如下：

主要干線軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)的管理值見(jiàn)表3。

表3 TQI管理值

每200 m單元區(qū)段的TQI扣分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 TQI扣分標(biāo)準(zhǔn)

以每公里作為計(jì)算長(zhǎng)度，則每公里的TQI扣分值為5個(gè)200 m單元區(qū)段的TQI之和，用T表示，則：

T值用來(lái)評(píng)價(jià)每公里軌道質(zhì)量狀態(tài)，并以此作為現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃安排養(yǎng)護(hù)的依據(jù)，見(jiàn)表5。

表5 維修計(jì)劃安排依據(jù)管理值

5.3 某區(qū)段軌檢數(shù)據(jù)分析

計(jì)算線路某區(qū)段或全線TQI指數(shù)，一般可以利用編制軟件直接求出該區(qū)段或全線TQI指數(shù)，也可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中的TQI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為EXCEL格式進(jìn)行計(jì)算，最后求得該區(qū)段或全線TQI指數(shù)。

本文就隴海線提速后時(shí)速160km/h某線路車間管轄區(qū)段K1640+000—K1660+000區(qū)段內(nèi)各級(jí)超限情況對(duì)2013年2月、4月、6月及8月這4個(gè)月份的軌檢車動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6～9。

表6 K1640+000—K1660+000下行線各級(jí)超限匯總表 2013年2月

表7 K1640+000—K1660+000下行線各級(jí)超限匯總表 2013年4月

表8 K1640+000—K1660+000下行線各級(jí)超限匯總表 2013年6月

表9 K1640+000—K1660+000下行線各級(jí)超限匯總表 2013年8月

從表6～9中可以看出， 該線路車間管轄區(qū)段K1640+000—K1660+000區(qū)段，在2～8月中的檢查中，軌檢結(jié)果超限主要是一級(jí)及二級(jí)病害，其中嚴(yán)重的是高低以及軌檢車垂直加速度兩項(xiàng)。以軌檢車檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)，車間應(yīng)將一段時(shí)間內(nèi)將養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)放在高低和垂直磨耗的整治上。

5.4 TQI值計(jì)算分析

為準(zhǔn)確利用TQI值指導(dǎo)線路維修，根據(jù)上述方法，選取一段代表性區(qū)段(以某線路車間管轄線路為例)的TQI值，進(jìn)行分析，見(jiàn)表10。

表10 隴海線某區(qū)段各時(shí)期TQI值

可以看出，檢測(cè)間隔基本上為1個(gè)月，將不同時(shí)期線路的綜合TQI值以折線圖(如圖1)的形式表現(xiàn)出來(lái)，可以更加直觀的看到這7個(gè)月線路變化狀態(tài)，也可根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析該區(qū)段的TQI的變化趨勢(shì)。

圖1 隴海線某區(qū)段各時(shí)期TQI值統(tǒng)計(jì)及變化趨勢(shì)圖

6 線路病害及相應(yīng)的波形圖表分析

軌道狀態(tài)波形圖對(duì)鐵路線路養(yǎng)護(hù)維修起著非常重要的作用，它能夠直觀的反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目的超限情況以及病害情況，據(jù)此指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)工作。

軌向是指直線的平直及曲線的圓順，軌向不良會(huì)使鋼軌和車輪在橫向上產(chǎn)生沖擊，致使車輛產(chǎn)生蛇形晃動(dòng)或者過(guò)多磨耗，嚴(yán)重影響列車的運(yùn)行安全，加速軌道結(jié)構(gòu)和道床變形。

造成軌向不良的原因：

(1)鋼軌出現(xiàn)連續(xù)S形碎彎及硬彎。

(2)軌距的變化率較大，存在接頭支嘴等病害。

(3)曲線半徑過(guò)小，扣件扣壓力不足等。

(4)長(zhǎng)期用簡(jiǎn)易法撥道，正矢誤差分布不均。

(5)超高設(shè)置不準(zhǔn)確。

(6)無(wú)縫線路地區(qū)溫差較大，長(zhǎng)軌條的內(nèi)應(yīng)力分布不均。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，軌向可分為單波(半波)軌向、S形軌向、多波軌向。

圖2 線路波形圖

圖2為某段線路波形圖，可看出單波軌向?qū)α熊嚨挠绊懛浅Ｐ?，整治也非常?jiǎn)單，只需撥道消峰即可控制列車晃動(dòng)。

某線路里程處軌向在+6mm與-6mm幅值間振蕩波形成S型，對(duì)應(yīng)引起的水加波形也呈現(xiàn)S形，列車在緩和曲線上來(lái)回?cái)[動(dòng)，嚴(yán)重影響了行車安全，如圖3所示。

圖3 S形軌向線路波形圖

連續(xù)多波軌向會(huì)使列車車輪蛇形運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全穩(wěn)定。圖4所示為多波軌向不良波形圖。

圖4 多波軌向線路波形圖

7 結(jié) 論

軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)能較為真實(shí)地反應(yīng)在列車荷載作用下軌道的彈性變形度，并以此來(lái)判斷軌道線路質(zhì)量的均衡度。軌檢車操作方便，檢測(cè)項(xiàng)目全面，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，波形圖直觀準(zhǔn)確，能準(zhǔn)確反映線路在輪軌作用下的實(shí)際變化，為線路安全運(yùn)行的可靠檢測(cè)方法。

[1] 儲(chǔ)孝巍.客運(yùn)專線軌道檢測(cè)及維修技術(shù)的分析探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005(2):29-32.

[2] 竇 鵬.基于激光掃描的既有軌道狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法與精度分析[D].蘭州交通大學(xué)，2014.

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Research on Dynamic Detection Technology of Existing Railway Track

MIAO Lan-di, REN Qing-guo

(Shanxi Railway Insititute, Weinan 714009, China)

On the basis of application of track inspection cars, the existing projects of track dynamic detection and their application are researched, especially in data analysis and management of track inspection cars, statistics and application of track quality index (TQI) and waveform recognition and analysis, to figure out the correspondence between causes of track diseases and waveform.

track structure; existing railway; track detection; dynamic detection

2017-03-09

院級(jí)課題“既有鐵路軌道檢測(cè)及軌控技術(shù)研究(2014-40)”。

苗蘭弟(1983-) ，女，山西河曲人，講師，碩士，主要從事橋梁施工技術(shù)與控制工作。

U216.3

B

1673-0496(2017)02-0017-04

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2017.02.006