動態(tài)綜合測試期間北京大興國際機場線高架區(qū)間列車運行平穩(wěn)性異常原因分析

田桂艷 程永誼

（1.北京城市軌道交通咨詢有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點實驗室，北京 100068；3.鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081）

隨著城市的發(fā)展和擴張，地鐵已成為居民出行必不可少地交通工具，其運營品質也越來越受到人們的重視。以往的城市軌道交通工程驗收以靜態(tài)驗收為主，不能全面反映工程的完成質量，以致線路開通運營后病害多發(fā)［1-3］，給運營維修保養(yǎng)工作造成極大困擾。動態(tài)綜合測試能有效彌補靜態(tài)驗收的不足，驗證列車運營條件下系統(tǒng)間相互作用狀態(tài)，確保系統(tǒng)匹配良好，從而保證線路開通后運營質量。

2019 年 7 月 1 日，交通運輸部印發(fā)交辦運〔2019〕17 號《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規(guī)范第 1 部分：地鐵和輕軌》［4］，明確要求城市軌道交通初期運營前需開展輪軌系統(tǒng)、弓網關系等系統(tǒng)聯(lián)動測試，確定各系統(tǒng)之間的協(xié)同工作性能，以保障新建線路運營的安全性和舒適性。北京地鐵積極響應政策要求，在北京大興國際機場線動車調試和試運行階段引入動態(tài)綜合測試，對列車正常運行條件下輪軌系統(tǒng)、弓網關系、路基結構、橋梁結構等進行全面檢測。

本文通過闡述檢測過程中列車運行平穩(wěn)性異常問題發(fā)現、分析、整治和復測的過程，驗證動態(tài)綜合測試對發(fā)現及解決新建線路病害隱患、保障新線運營安全性與舒適性的必要性。

1 列車運行平穩(wěn)性及其評定方法

列車運行平穩(wěn)性是評價列車運行質量的關鍵指標，其優(yōu)劣與列車狀況、線路狀況、軌道結構等因素相關，例如列車通過過渡段等位置，平穩(wěn)性會出現明顯變化。此外，車輛懸掛參數、列車蛇行運動等都會對列車運行平穩(wěn)性產生一定的影響［5-6］。

GB 5599—85《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范》［7］對地鐵列車運行平穩(wěn)性的測試方法和評價標準給出了明確規(guī)范。列車運行平穩(wěn)性基于Sperling平穩(wěn)性指標進行評定，按式（1）計算。

式中：W為平穩(wěn)性指標；A為振動加速度，g；f為振動頻率，Hz；F（f）為頻率修正系數。

依據GB 5599—85 規(guī)定的方法，采用20 s 數據進行頻譜平均得出的平穩(wěn)性指標W確定列車運行平穩(wěn)性的等級評定，見表1，垂向和橫向平穩(wěn)性采取相同的評定等級。

表1 列車運行平穩(wěn)性等級

根據《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規(guī)范 第1 部分：地鐵和輕軌》規(guī)定，新建城市軌道交通工程列車運行平穩(wěn)性指標應小于2.5。

2 列車運行平穩(wěn)性測試及數據分析

北京大興國際機場線設計速度160 km/h，為保障線路的安全順利開通，在項目動車調試和試運行期間開展了動態(tài)綜合測試工作，發(fā)現列車運行至高架部分區(qū)段出現異?；蝿蝇F象。

根據標準要求，列車運行平穩(wěn)性測試時在車體相應位置安裝振動加速度傳感器，如圖1 所示（b1為垂向，b2為橫向）。測試數據表明，列車在140 km/h 速度下運行至高架部分區(qū)段時，平穩(wěn)性指標出現超限情況，K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標最大值見表2，超過2.5標準限制要求。

圖1 測點位置

表2 K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標最大值

針對該區(qū)段列車運行平穩(wěn)性指標超限問題，為了將平穩(wěn)性指標與行車速度和線路里程位置對應分析，對測試數據進行2 s時間計權的平穩(wěn)性指標計算，計算結果見圖2，可知列車運行至高架區(qū)段時垂向平穩(wěn)性較差。

圖2 列車運行平穩(wěn)性曲線

為進一步分析列車出現異常垂向振動的原因，對列車振動信號進行頻域分析，發(fā)現列車垂向晃動主頻與列車在該速度下過橋跨的頻率相關。通過對120，140 km/h 速度等級下測試數據分析，發(fā)現2 個速度等級下車體垂向振動加速度分別在1.00，1.19 Hz 左右存在峰值，該頻率與列車對應速度下通過32.7 m 跨距橋梁的頻率吻合，如圖3 所示。路基和隧道段未發(fā)現與列車速度相關的固定頻率的激擾。

圖3 不同速度等級區(qū)段車體振動頻域

3 列車運行平穩(wěn)性異常原因分析

目前地鐵軌道幾何尺寸驗收一般采用萬能道尺對軌距、水平、超高以5 m 間隔距離進行檢查，對高低和軌向采用10 m 弦線進行檢查，這種人工非連續(xù)的檢測方法誤差較大，且無法識別10 m 以上波長不平順超限導致的列車晃動或其他軌道次生病害問題［8-9］。因此，本文采用0 級軌道檢查車對軌道幾何狀態(tài)進行檢測，結果表明該高架區(qū)段存在較為明顯的32.5 m 高低不平順異常，這與動態(tài)測試車體頻域分析結果相符。

軌道高低不平順曲線如圖4 所示，最大值達到9 mm?！冻鞘熊壍澜煌ǔ跗谶\營前安全評估技術規(guī)范第1部分：地鐵和輕軌》規(guī)定，軌道動態(tài)幾何狀態(tài)參數的高低不平順1.5～42 m波長范圍允許偏差為6 mm，列車平穩(wěn)性異常區(qū)段高低不平順偏差值超出了標準限值。

圖4 軌道高低不平順曲線

4 整治及復測結果分析

對列車運行平穩(wěn)性異常里程范圍內軌道進行幾何狀態(tài)精調，對高低不平順超限處所進行整治。整治后，160 km/h 運行速度下列車運行平穩(wěn)性測試結果見表3，平穩(wěn)性指標小于2.5，滿足規(guī)范要求。

2 s 時間計權的平穩(wěn)性指標曲線見圖5，與圖2 對比，整治后列車運行平穩(wěn)性指標得到明顯改善，平穩(wěn)性異常問題得到解決，因此可判定軌道高低不平順超限是列車平穩(wěn)性異常的原因。

表3 整治后K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標最大值

圖5 整治后列車運行平穩(wěn)性曲線

5 結論

北京大興國際機場線動態(tài)綜合測試過程中發(fā)現了列車異?；蝿訂栴}，通過對動態(tài)綜合測試的系統(tǒng)分析最終確定了軌道高低不平順是導致列車異?；蝿拥脑颍槍π缘貙壍肋M行精調整治后問題得以解決。

同時也驗證了動態(tài)綜合測試工作的必要性，其能有效彌補靜態(tài)驗收的不足，通過對正常運行條件下輪軌系統(tǒng)、弓網關系等的匹配關系進行驗證，及早發(fā)現并排除系統(tǒng)缺陷，從而保證各系統(tǒng)功能符合標準及設計要求，提升新線開通質量。