神朔鐵路線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

李仕毅，李春艷，包文艷，王福田

(1.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；2.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；3.中國神華集團(tuán)公司 神朔鐵路分公司，陜西 榆林 719316)

隨著鐵路養(yǎng)護(hù)維修機(jī)械化程度的不斷提高，神朔鐵路等重載鐵路主要采用大型養(yǎng)路機(jī)械(以下簡(jiǎn)稱大機(jī))進(jìn)行以搗固為主的綜合維修作業(yè)[1]。大機(jī)搗固(以下簡(jiǎn)稱搗固)可以快速、高質(zhì)量地恢復(fù)軌道幾何平順性，是調(diào)整和控制軌道幾何狀態(tài)最有效的方法[2]。神朔鐵路搗固作業(yè)工作量及維修成本隨著年運(yùn)量的增加基本呈逐漸上升的趨勢(shì)[3]。研究如何評(píng)價(jià)線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量，對(duì)神朔鐵路線路搗固作業(yè)質(zhì)量管控以及制定合理的線路搗固作業(yè)方案具有重要意義。

國內(nèi)外有不少學(xué)者對(duì)線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)開展過研究。Khouy等[4-5]利用搗固前后軌道高低不平順變化情況，根據(jù)UIC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)瑞典某重載鐵路線路搗固作業(yè)質(zhì)量，并對(duì)搗固作業(yè)質(zhì)量影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。邱俊興等[6]利用單位初始垂向不平順改善系數(shù)評(píng)價(jià)搗固等作業(yè)質(zhì)量。陳立[7]通過分析搗固作業(yè)前后的線路設(shè)備質(zhì)量評(píng)價(jià)搗固作業(yè)效果，并分析了搗固作業(yè)質(zhì)量影響因素。曲建軍[2]利用軌道不平順改善量、改善率、殘留率等參數(shù)評(píng)價(jià)搗固作業(yè)質(zhì)量。

上述研究?jī)H選取軌道質(zhì)量的改善量、改善率等作為搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)，但改善量、改善率等僅能說明搗固作業(yè)的即時(shí)效果，并不能全面反映搗固作業(yè)維修質(zhì)量。搗固作業(yè)不僅會(huì)影響即時(shí)的軌道質(zhì)量，而且會(huì)影響后續(xù)的軌道幾何劣化率[8]，因此需通過全面考慮軌道質(zhì)量改善情況和軌道幾何劣化率的變化情況來評(píng)價(jià)搗固作業(yè)維修質(zhì)量。本文提出結(jié)合改善率和發(fā)展率作為搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)的評(píng)價(jià)方法，并根據(jù)神朔鐵路實(shí)際軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)、搗固作業(yè)維修數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)神朔鐵路線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1 線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)研究對(duì)搗固作業(yè)維修質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要依靠改善率，改善率α定義為

α=(σ1-σ2)/σ1

(1)

式中：σ1為搗固前最后一次軌道質(zhì)量狀態(tài)檢測(cè)值(本文選取軌道質(zhì)量指數(shù)TQI(Track Quality Index)[9]代表軌道質(zhì)量狀態(tài))；σ2為搗固后首次軌道質(zhì)量狀態(tài)檢測(cè)值。

傳統(tǒng)研究認(rèn)為，α越大說明搗固作業(yè)維修質(zhì)量越好，α越小說明質(zhì)量越差。但α只能體現(xiàn)搗固作業(yè)的即時(shí)效果，α大所代表的作業(yè)效果只是暫時(shí)性的。由于α與σ1、大機(jī)設(shè)備工況、作業(yè)人員素質(zhì)、搗固作業(yè)計(jì)劃粗放程度等密切相關(guān)，搗固即時(shí)效果雖好，但可能軌道幾何不平順問題并沒有得到根本解決，因此需要結(jié)合搗固作業(yè)效果穩(wěn)定后的軌道質(zhì)量狀態(tài)評(píng)價(jià)搗固作業(yè)維修質(zhì)量。本文提出發(fā)展率β，其定義為

β=(σ2-σ3)/σ2

(2)

式中:σ3為搗固后第2次軌道質(zhì)量狀態(tài)檢測(cè)值。

發(fā)展率β表示搗固作業(yè)對(duì)軌道幾何劣化率的作用效果，體現(xiàn)搗固作業(yè)的持續(xù)效果，發(fā)展率越大說明搗固作業(yè)持續(xù)效果越好。

為全面考慮搗固作業(yè)質(zhì)量的即時(shí)效果和持續(xù)效果，本文結(jié)合改善率α和發(fā)展率β，提出以改善系數(shù)γ為綜合評(píng)價(jià)參數(shù)的線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。改善系數(shù)γ的定義為

γ=a1α+a2β

(3)

式中：a1，a2分別為α,β對(duì)應(yīng)的權(quán)重，0

改善系數(shù)γ體現(xiàn)了搗固作業(yè)對(duì)即時(shí)軌道質(zhì)量和持續(xù)軌道質(zhì)量的綜合效果，改善系數(shù)越大說明搗固作業(yè)維修質(zhì)量越好。

為評(píng)價(jià)搗固作業(yè)維修質(zhì)量，需綜合考慮相關(guān)管理部門實(shí)際管理水平和歷史檢測(cè)維修數(shù)據(jù)，選取符合線路實(shí)際情況的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)值μ，當(dāng)改善系數(shù)γ>μ時(shí)可以認(rèn)為搗固作業(yè)維修質(zhì)量較好，反之則認(rèn)為搗固作業(yè)維修質(zhì)量較差。

2 神朔鐵路線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)

為驗(yàn)證線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的有效性，本文選取2014年9月—2016年12月神朔鐵路河西運(yùn)輸段K0+000—K102+187共計(jì)31次的軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)以及該時(shí)段內(nèi)的搗固作業(yè)維修數(shù)據(jù)。表1為河西運(yùn)輸段2014—2016年線路搗固作業(yè)實(shí)際完成量。

表1 河西運(yùn)輸段2014—2016年線路搗固作業(yè)完成量 km

2.2 搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 2種評(píng)價(jià)方法對(duì)比分析

根據(jù)神朔鐵路線路搗固作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)建立搗固前、后軌道質(zhì)量指數(shù)TQI的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算改善率α、發(fā)展率β、改善系數(shù)γ。本文選取a1=a2=0.5，即γ=0.5α+0.5β。利用MATLAB繪制α,β,γ對(duì)比分析箱線圖，如圖1所示。

圖1 α,β,γ對(duì)比分析箱線圖

由圖1的對(duì)比結(jié)果可看出，改善率α和改善系數(shù)γ具有明顯差異：①α值整體而言較γ大，但α值分布發(fā)散，說明即時(shí)效果雖較好但波動(dòng)很大，即時(shí)效果不穩(wěn)定，而改善系數(shù)γ值比較集中、穩(wěn)定，能更有效地評(píng)價(jià)搗固作業(yè)維修質(zhì)量；②γ較α有較多異常值，例如區(qū)段K98+800—K99+000在2015年5月10日進(jìn)行了搗固作業(yè)，相應(yīng)α，γ分別為 0.091 2，-0.285 3。用α評(píng)價(jià)搗固作業(yè)維修質(zhì)量為較好，但用γ評(píng)價(jià)則為差(且為異常值)。導(dǎo)致以上現(xiàn)象的原因是搗固作業(yè)并沒有使軌道質(zhì)量的改善效果保持穩(wěn)定，即時(shí)效果雖好(α=0.091 2)，持續(xù)效果卻很差(β=-0.661 9)，因此綜合評(píng)價(jià)為差(γ=-0.285 3)更符合實(shí)際情況。

綜上所述，本文提出的評(píng)價(jià)方法可以更好地評(píng)價(jià)神朔鐵路線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量。

2.2.2 基于改善系數(shù)γ的搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)

神朔鐵路線路搗固作業(yè)改善系數(shù)γ的整體分布情況如圖2所示。為進(jìn)一步根據(jù)本文提出的評(píng)價(jià)方法對(duì)神朔鐵路線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，將改善系數(shù)γ在小于等于0.5范圍內(nèi)分為6個(gè)等級(jí)，并計(jì)算其對(duì)應(yīng)的累計(jì)分布，見表2。

圖2 改善系數(shù)分布情況

改善系數(shù)γ累計(jì)占比/%≤036.02≤0.173.75≤0.295.26≤0.399.48≤0.499.93≤0.5100.00

由圖2和表2可知，γ值總體而言較小，搗固作業(yè)綜合效果整體較差，其中，改善系數(shù)小于等于0.1的搗固作業(yè)占了絕大多數(shù)(比例高達(dá)73.75%)，改善系數(shù)小于等于0的占比高達(dá)36.02%。

導(dǎo)致?lián)v固作業(yè)維修質(zhì)量較差的原因可能是多方面的。但從搗固前200 m區(qū)段軌道質(zhì)量指數(shù)TQI的分布可看出，線路搗固作業(yè)計(jì)劃編制粗放可能是原因之一。圖3為搗固前200 m區(qū)段軌道質(zhì)量指數(shù)TQI值的頻數(shù)分布圖，可以看出，TQI值的分布較發(fā)散，波動(dòng)很大，說明線路搗固作業(yè)計(jì)劃的編制較為粗放，導(dǎo)致部分區(qū)段搗固作業(yè)完成后，出現(xiàn)道床穩(wěn)定性不足、軌道幾何劣化較快的情況。這也從另一個(gè)方面印證了現(xiàn)場(chǎng)普遍存在的過度修和欠維修現(xiàn)象。

圖3 搗固前TQI值頻數(shù)分布直方圖

3 結(jié)論及建議

1)本文針對(duì)線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量，結(jié)合線路搗固作業(yè)對(duì)即時(shí)軌道質(zhì)量和長(zhǎng)期軌道質(zhì)量變化的綜合效果，提出了一種以改善系數(shù)為綜合評(píng)價(jià)參數(shù)的評(píng)價(jià)方法。

2)利用神朔鐵路河西運(yùn)輸段2014年9月—2016年12月共計(jì)31次的軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)以及該時(shí)段內(nèi)的搗固作業(yè)維修數(shù)據(jù)，對(duì)本文提出的線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法可以更好地評(píng)價(jià)線路搗固作業(yè)維修質(zhì)量。

3)下一步將通過收集更多的數(shù)據(jù)，研究改善系數(shù)γ的管理標(biāo)準(zhǔn)，并基于本文提出的評(píng)價(jià)方法，線路搗固作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化、搗固作業(yè)維修質(zhì)量的改善等問題進(jìn)行深入的研究。