高速鐵路有砟軌道維護(hù)技術(shù)研究

楊享榮

(中鐵七局集團(tuán)有限公司， 鄭州 450052)

近年來(lái)，時(shí)速250 km的高速鐵路多數(shù)采用有砟道床。隨著高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，高速有砟鐵路得到了快速發(fā)展，鐵路重要基礎(chǔ)設(shè)施的軌道結(jié)構(gòu)以及對(duì)軌道平順性需求不斷更新，技術(shù)不斷完善。運(yùn)行速度高、線路穩(wěn)定性好已成為鐵路建設(shè)發(fā)展的基本要求。在高速有砟鐵路運(yùn)行初期，由于機(jī)車車輛的動(dòng)力作用和自然條件對(duì)線路的影響，致使軌道幾何尺寸不斷發(fā)生變化。從線路維護(hù)及運(yùn)營(yíng)安全考慮，需要解決運(yùn)行初期線路TQI值超標(biāo)、線路不均勻沉降、長(zhǎng)波高低層出不窮、道岔尖軌側(cè)彎頻出等病害問(wèn)題。

新建鐵路開(kāi)通后的調(diào)試運(yùn)營(yíng)初期，是道床最不穩(wěn)定的時(shí)間段。尤其是路橋過(guò)渡段，由于路基與橋臺(tái)剛度不一，往往引起線路不均勻下沉，新建線路受雨季及外界環(huán)境影響，設(shè)備也會(huì)急劇變化。如2015年12月30日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后的益湛線婁邵區(qū)段， 2016年3月份動(dòng)檢車檢測(cè)，一二級(jí)超限共計(jì)160處，TQI值為3.62。之后受雨季影響，線路狀況嚴(yán)重變化。2016年5月份動(dòng)檢車檢測(cè)，一二級(jí)超限共計(jì)240處， TQI值上升為4.17。動(dòng)檢車檢測(cè)該段線路超限個(gè)數(shù)和TQI變化走勢(shì)，如圖1、圖2所示。

圖1 動(dòng)車超限個(gè)數(shù)走勢(shì)圖

圖2 TQI變化走勢(shì)圖

1 TQI概述

軌道不平順質(zhì)量指數(shù) (Track Quality Index)簡(jiǎn)稱 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。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)制定線路維修整正計(jì)劃，保證軌道狀態(tài)的均衡發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

TQI是集軌道高低、軌向、軌距、水平和三角坑的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。該值的大小與軌道狀態(tài)平順性密切相關(guān)，表明200 m區(qū)段軌道狀態(tài)離散的程度，數(shù)值越大，表明軌道的平順程度越差、波動(dòng)性也越大。TQI能綜合評(píng)價(jià)線路整體質(zhì)量，合理編制區(qū)段線路的綜合維修計(jì)劃，指導(dǎo)維修整正作業(yè)，提高軌道狀態(tài)維修的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性，使維修管理更加科學(xué)化。

在檢測(cè)軌道的各項(xiàng)平順性指標(biāo)及對(duì)軌道綜合情況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用均值管理和峰值管理的評(píng)價(jià)方法。對(duì)線路區(qū)段整體不平順(均值管理)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量用軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)評(píng)定，根據(jù)鐵運(yùn)[2006]146號(hào)鐵路線路修理規(guī)則，軌道質(zhì)量指數(shù)管理值，如表1所示。

表1 軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)管理值

軌檢車對(duì)軌道動(dòng)態(tài)局部不平順(峰值管理)檢查項(xiàng)目為軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂直振動(dòng)加速度和橫向振動(dòng)加速度7項(xiàng)指標(biāo)。各項(xiàng)偏差等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，Ⅰ級(jí)為保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即保持優(yōu)良線路需進(jìn)行局部修理的目標(biāo)管理值；Ⅱ級(jí)為舒適度標(biāo)準(zhǔn)，即軌道保持列車運(yùn)行平穩(wěn)的局部不平順允許值；Ⅲ級(jí)為臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn)，即及時(shí)進(jìn)行軌道整修的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；Ⅳ級(jí)為限速標(biāo)準(zhǔn)，即為保證行車安全需立即進(jìn)行局部修理的病害，對(duì)病害地點(diǎn)要限制行車速度，待整修完畢后恢復(fù)行車速度。軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量容許偏差管理值，如表2所示。

表2 軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量容許偏差管理值

2 軌道質(zhì)量檢測(cè)

常用的軌道質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備有動(dòng)檢車、安博格測(cè)量小車、激光弦線、相對(duì)軌檢小車、電子道尺。

(1)動(dòng)檢車

主要通過(guò)對(duì)左右高低(長(zhǎng)、短)、左右軌向(長(zhǎng)、短)、水平、扭矩(三角坑)、曲線超高、曲線半徑、軌距、車體水平和垂直振動(dòng)加速度、左右軸箱垂直振動(dòng)加速度等項(xiàng)目的檢測(cè)，形成波形圖及檢測(cè)報(bào)表，從而直觀的反應(yīng)軌道質(zhì)量狀態(tài)，評(píng)定線路動(dòng)態(tài)質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題和變化規(guī)律，輔助查找軌道病害，指導(dǎo)線路的維修作業(yè)[1]。動(dòng)檢車檢測(cè)線路，如圖3所示。

圖3 動(dòng)檢車檢測(cè)線路

(2)安博格測(cè)量小車

采用基于絕對(duì)控制的相對(duì)測(cè)量原理，將絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量結(jié)合在一起，測(cè)量軌道的絕對(duì)坐標(biāo)及高程與設(shè)計(jì)對(duì)比，找出軌道偏差。該方法測(cè)量精度高，測(cè)量完成后可形成精調(diào)報(bào)表指導(dǎo)精調(diào)作業(yè)，一般用于長(zhǎng)波精調(diào)、大機(jī)搗固等作業(yè)。安博格測(cè)量小車線路精測(cè)，如圖4所示。

圖4 安博格測(cè)量小車線路精測(cè)

(3)激光弦線

激光弦線測(cè)量跟手工弦線測(cè)量原理相同，但它有效地消除了手工弦線下垂對(duì)作業(yè)產(chǎn)生的不良影響，所以測(cè)量精度較高。這種方法主要用于單一的長(zhǎng)短波不平順的檢測(cè)，在豎曲線和緩和曲線上不宜使用[1]。激光玄線檢測(cè)儀，如圖5所示。

圖5 激光玄線檢測(cè)儀

圖6 相對(duì)軌道檢測(cè)小車

(4)相對(duì)軌檢小車

相對(duì)軌檢小車是一種基于光纖陀螺精密測(cè)角原理的軌道幾何尺寸檢查儀器，檢測(cè)項(xiàng)目較為齊全，檢測(cè)精度較人工檢測(cè)準(zhǔn)確，檢測(cè)速度較快，有效地代替了傳統(tǒng)手工檢查的方法，如圖6所示。但這種檢查手段并不能像安博格小車一樣導(dǎo)出精調(diào)報(bào)表，一般作為查找軌道幾何尺寸病害和維修養(yǎng)護(hù)質(zhì)量回檢的手段[2]。

(5)電子道尺

電子道尺是用于測(cè)量軌道兩股鋼軌間的軌距、水平以及超高等的專用計(jì)量器具，如圖7所示。主要用于三角坑、水平、軌距、軌距變化率病害的檢測(cè)。

圖7 電子道尺檢測(cè)

3 均值管理應(yīng)用

在普遍注重峰值管理法的同時(shí)，不能忽視均值管理的重要性。線路質(zhì)量檢查及養(yǎng)護(hù)時(shí)，需將2種方法合理搭配運(yùn)用[3]。根據(jù)鐵運(yùn)[2006]146號(hào)《鐵路線路修理規(guī)則》規(guī)定，Vmax≤160 km/h線路TQI值應(yīng)≤15.0，Vmax>160 km/h線路TQI值應(yīng)≤10，軌檢車檢測(cè)軌道狀態(tài)獲得TQI分值后，需分析正確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)整治養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)[4]。

3.1 剔除無(wú)效數(shù)據(jù)

通過(guò)查看動(dòng)檢車波形圖來(lái)確定數(shù)據(jù)的有效性，查看過(guò)程中剔除由于檢測(cè)設(shè)備故障或受雨水、陽(yáng)光或過(guò)接觸網(wǎng)電力分相干擾，以及設(shè)備固有病害所產(chǎn)生的TQI無(wú)效數(shù)據(jù)。

3.2 篩選綜合TQI較大值

在整理好TQI數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)TQI較大值的區(qū)段進(jìn)行分析、摘取，同時(shí)結(jié)合TQI質(zhì)量控制圖，制定維修計(jì)劃。若該區(qū)段大部分單項(xiàng)指數(shù)均較高，則需對(duì)該區(qū)段進(jìn)行全項(xiàng)目的綜合整治[5]。

3.3 篩選單項(xiàng)TQI較大值

對(duì)綜合TQI值不大地段，可篩選出某個(gè)項(xiàng)目較大值的地段，將扣分較多單元酌情納入專項(xiàng)維修計(jì)劃。

3.4 合理制定整治維修計(jì)劃

對(duì)由單項(xiàng)TQI值造成綜合TQI超標(biāo)的，在制定維修計(jì)劃時(shí)就應(yīng)對(duì)引起該區(qū)段綜合TQI超標(biāo)的主要單項(xiàng)做專項(xiàng)維修，真正做到有的放矢地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。整體超過(guò)規(guī)范管理值的地段要納入綜合整治范圍，相對(duì)來(lái)說(shuō)成段作業(yè)對(duì)TQI值的削弱較為明顯。

3.5 利用TQI對(duì)比分析檢驗(yàn)作業(yè)效果

當(dāng)線路經(jīng)過(guò)整治維修養(yǎng)護(hù)之后，可通過(guò)對(duì)比整治維修地段的TQI值，從而反映出作業(yè)效果、有效性，形成閉環(huán)管理，有利于總結(jié)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)[5]。

4 主要病害整治

4.1 長(zhǎng)波高低

長(zhǎng)波高低是新建線路出現(xiàn)頻率最高的病害之一，在豎曲線的變坡點(diǎn)和岔區(qū)上發(fā)生的概率較高。豎曲線的變坡點(diǎn)本身就是天然的長(zhǎng)波高低，加之該處受機(jī)車沖擊力較大，所以發(fā)生長(zhǎng)波高低病害的概率增加。在道岔區(qū)，直曲股通過(guò)總重不同，設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，鋼軌較重，設(shè)置有軌道電路和岔線，導(dǎo)致該區(qū)段受力不均，長(zhǎng)波高低病害的概率增加?？偠灾L(zhǎng)波高低由線路縱斷面不平順引起，往往伴隨著“高低”、“三角坑”[6]。

(1)根據(jù)動(dòng)檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)分析晃車或病害地段70 m長(zhǎng)波高低峰值地點(diǎn)。

(2)對(duì)長(zhǎng)波高低出現(xiàn)峰值地點(diǎn)前后200 m進(jìn)行線路精測(cè)，分析精測(cè)數(shù)據(jù)，確定調(diào)整工作量。

(3)搗固車精確整道搗固，定位曲線地段的五大曲線樁點(diǎn)、每隔5 m標(biāo)記起撥道量，跟車進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)，確保整道地段的撥道量和起道量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

(4)人工區(qū)段整治以區(qū)段為單元進(jìn)行整治作業(yè)，根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)，確定調(diào)整范圍內(nèi)方向和高低調(diào)整量，統(tǒng)籌兼顧，保證峰值點(diǎn)附近區(qū)段的線路幾何尺寸平順作業(yè)[7]。

4.2 道岔尖軌側(cè)彎

尖軌側(cè)彎現(xiàn)象分2種情況：(1)尖軌本身確實(shí)存在側(cè)硬彎，導(dǎo)致尖軌有側(cè)彎的表現(xiàn)；(2)尖軌軌向不直順、曲基本軌位置及尺寸不適、尖軌動(dòng)程不適、大小框架尺寸不適、頂鐵尺寸不適等諸多因素導(dǎo)致尖軌有側(cè)彎[8]。

尖軌側(cè)彎危害不容忽視，它不僅會(huì)導(dǎo)致尖軌部分軌向不良、尖軌尖至豎切點(diǎn)不密貼、尖軌中軌距偏小、頂鐵不密貼，而且會(huì)加劇側(cè)磨，加大維修養(yǎng)護(hù)工作量。所以在日常維修養(yǎng)護(hù)中需對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍部分進(jìn)行全面調(diào)查，包括曲基本軌彎折點(diǎn)位置及尺寸；動(dòng)程、開(kāi)程；轉(zhuǎn)轍部分高低、滑床板受力是否均衡；直股大方向；拉桿及各連接桿尺寸是否標(biāo)準(zhǔn)；尖軌及基本軌工作邊肥邊(含尖軌非工作邊一側(cè)軌底的肥邊)。從而預(yù)防尖軌側(cè)彎病害的發(fā)生[10]。

發(fā)現(xiàn)尖軌硬彎現(xiàn)象，應(yīng)全面分析尖軌側(cè)彎產(chǎn)生的真正原因，有計(jì)劃的進(jìn)行綜合整治，整治方法如下：

(1)消滅轉(zhuǎn)轍部高低、方向不良，使直股大方向直順(基本軌有硬彎的應(yīng)同時(shí)矯正)、高低平順、滑床板無(wú)吊空板、受力均衡。

(2)調(diào)整岔頭與尖軌尖端直角錯(cuò)差，達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

(3)矯正曲基本軌位置及尺寸。

(4)改正各部大框架尺寸及軌距變化率。

(5)拆開(kāi)兩側(cè)尖軌，使其處于自然松弛狀態(tài)下并檢查是否直順，若有硬彎應(yīng)直接矯直或更換。

(6)更換非標(biāo)拉桿、連接桿、尖軌跟端夾板、頂鐵，同時(shí)打磨尖軌和基本軌工作邊、尖軌非工作邊一側(cè)軌底存在的肥邊。

(7)滑床臺(tái)和各部螺栓涂油潤(rùn)滑。

(8)利用工電聯(lián)合，對(duì)道岔進(jìn)行綜合整治、調(diào)試。

5 結(jié)束語(yǔ)

在高速有砟鐵路試運(yùn)營(yíng)期軌道設(shè)備維護(hù)時(shí)[11]，運(yùn)用各種檢測(cè)手段，通過(guò)TQI指標(biāo)評(píng)價(jià)軌道實(shí)際質(zhì)量狀態(tài)，可作為軌道不平順狀態(tài)進(jìn)行宏觀管理和質(zhì)量控制的依據(jù)。能夠指導(dǎo)編制整治、維修計(jì)劃和指導(dǎo)整正作業(yè)，計(jì)劃針對(duì)性強(qiáng)，能有效地降低設(shè)備病害的發(fā)生。同時(shí)可作為施工階段軌道精調(diào)質(zhì)量的考量和借鑒，以實(shí)現(xiàn)高速鐵路平穩(wěn)、安全、運(yùn)營(yíng)要求下的少變形、少維修、快保養(yǎng)的目標(biāo)。