中國鐵路軌道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)對比研究

寧娜

中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

我國的高速鐵路技術(shù)近年來取得了舉世矚目的成就，而隨著“一帶一路”全球化倡議的不斷深入，我國鐵路技術(shù)“走出去”面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國的鐵路技術(shù)服務(wù)需要面向全球市場。然而，鐵路相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)品具有較高經(jīng)濟(jì)附加值，國際市場競爭激烈，歐盟各國通過國際標(biāo)準(zhǔn)體系建立技術(shù)壁壘，直接導(dǎo)致我國具有更高技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)品因產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及知識產(chǎn)權(quán)問題在印尼、俄羅斯、伊朗、印度等國受阻。

因此，亟需加快我國鐵路相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)國際化工作進(jìn)程，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，并將我國產(chǎn)品納入國際標(biāo)準(zhǔn)體系。這對于我國鐵路技術(shù)的全球化發(fā)展，推動高鐵的“走出去”戰(zhàn)略，提升我國在國際社會的影響力具有重要意義［1］。

1 基礎(chǔ)設(shè)施分委員的工作內(nèi)容及中國參與情況

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于2012年成立了鐵路應(yīng)用技術(shù)委員會（TC269，隸屬于ISO），2016年正式啟動了包括基礎(chǔ)設(shè)施分委會（SC1，隸屬于TC269）在內(nèi)的3個分委會的工作。SC1工作內(nèi)容涵蓋軌道結(jié)構(gòu)、站臺、車站、調(diào)車場、隧道、橋梁等土木工程結(jié)構(gòu)，以及特殊鐵路需求在內(nèi)的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、測試、合格評定及全壽命周期維修的標(biāo)準(zhǔn)制定及維護(hù)。中國作為主要承擔(dān)方，承擔(dān)了SC1聯(lián)合秘書處的標(biāo)準(zhǔn)制定及專家聯(lián)絡(luò)工作。

SC1共有5個工作組和2個特別工作組，結(jié)構(gòu)如表1所示。其中，我國專家參與了全部的工作組和特別工作組，并擔(dān)任了軌道質(zhì)量評估（WG2）、鋼軌焊接（WG3）、大型養(yǎng)路機(jī)械（AG2）、無砟軌道系統(tǒng)（AG3）工作組和特別工作組的召集人，全面主持國際標(biāo)準(zhǔn)的制定和相關(guān)研究。

表1 SC1工作組和特別工作組

2 國內(nèi)外鐵路工務(wù)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對比

軌道部件產(chǎn)品主要包括鋼軌、扣件、軌枕和道床四大類，但是相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)、制造、維護(hù)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)非常繁雜。各國按照自己國家鐵路發(fā)展的過程形成了本國的標(biāo)準(zhǔn)，中國與各國標(biāo)準(zhǔn)的互認(rèn)工作艱巨而繁重。

2.1 鋼軌焊接

現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸主要發(fā)展方向為高速、重載和大運(yùn)量，無縫線路是安全運(yùn)營的基礎(chǔ)，鋼軌焊接技術(shù)是無縫線路鋪設(shè)的關(guān)鍵。世界各國對于鋼軌焊接方式各有側(cè)重，我國的鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)中對閃光焊、鋁熱焊、氣壓焊三種焊接方式進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，并形成了系統(tǒng)的工藝工法［2］。而歐洲標(biāo)準(zhǔn)則主要關(guān)注閃光焊和鋁熱焊兩種焊接方式。電弧焊接技術(shù)和氣壓焊接技術(shù)則是在日本廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場的焊接方式。

國際標(biāo)準(zhǔn)鋼軌焊接工作組（WG3）成立于2018年，由中國和日本聯(lián)合主持工作。為兼顧世界各國的鋼軌焊接形式，ISO標(biāo)準(zhǔn)由多個部分組成系列標(biāo)準(zhǔn)，對鋼軌焊接的一般要求以及各種焊接方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定［3-11］。國內(nèi)外鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 國內(nèi)外鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)

ISO 23300?1《鐵路應(yīng)用—鋼軌焊接 第1部分：鋼軌焊接的通用要求和試驗方法》兼容了各國標(biāo)準(zhǔn)的差異。其差異主要在于：對于焊接質(zhì)量的評價，中國采用三點(diǎn)彎曲疲勞試驗方法，而歐洲和日本則采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗方法。就鋼軌接頭的平直度而言，我國的標(biāo)準(zhǔn)較國外更為嚴(yán)格［12］。

為了研究中國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的彎曲疲勞試驗方法，我國采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)測試方法，持續(xù)進(jìn)行了長期的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗。研究結(jié)果表明，三點(diǎn)彎曲疲勞試驗方法完全可以滿足歐洲四點(diǎn)彎曲疲勞試驗要求，并成功將中國標(biāo)準(zhǔn)及試驗方法納入了國際標(biāo)準(zhǔn)。具體包括：①可有效評價接頭疲勞性能的三點(diǎn)彎曲疲勞試驗方法；②用于檢驗鋼軌焊口缺陷的落錘法；③對鋼軌焊接接頭進(jìn)行的超聲波探傷檢查；④對鋼軌焊接接頭進(jìn)行軌頭受拉的靜彎試驗；⑤用于檢查鋼軌焊接接頭平直度的中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 扣件

SC1于2017年1月成立了扣件工作組（WG7），啟動了編制扣件國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 22074系列?？奂H標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13146測試方法系列標(biāo)準(zhǔn)和EN 13481性能要求系列標(biāo)準(zhǔn)。中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)中扣件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分為鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等不同級別，目前以鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主。就扣件形式而言，我國主要采用彈條型扣件，已有40多年的歷史［13］。我國現(xiàn)行鐵路扣件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)見表3［14-21］。

沉樁過程樁周土體徑向土壓力先增大后減少，隨著深度的增加，徑向土壓力的影響越大，徑向土壓力達(dá)到最大值時，孔隙水壓力開始消散.沉樁過程樁周土體超孔隙水壓力急劇上升，并隨徑向距離和深度增加而增大，樁端經(jīng)過某一平面一定深度時超孔隙水壓力最大，沿徑向有一定滯后性.

表3 我國現(xiàn)行鐵路扣件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

歐洲鐵路扣件系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩部分：一是扣件系統(tǒng)的試驗方法［22-30］，二是扣件系統(tǒng)的性能要求［31-37］。各項具體標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 歐洲鐵路扣件系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

歐洲鐵路扣件系統(tǒng)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)與我國基本類似。對鋼軌縱向阻力、組裝扣壓力、組裝靜剛度、組裝疲勞性能等扣件系統(tǒng)室內(nèi)試驗方法進(jìn)行了規(guī)定。但歐洲鐵路扣件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，按照混凝土枕用扣件、木枕用扣件、鋼枕用扣件和無砟軌道用扣件進(jìn)行分類，分別規(guī)定不同種類扣件的技術(shù)性能要求；而我國的扣件標(biāo)準(zhǔn)則是按照鐵路線路類型，如高速鐵路、客貨共線鐵路、重載鐵路，將不同型號的扣件進(jìn)行歸類，并對其技術(shù)性能進(jìn)行規(guī)定。

目前國內(nèi)外扣件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系在試驗方法上基本相似，但在測試參數(shù)等方面仍存在較大差異。主要包括：①加載設(shè)備的加載頻率和記錄設(shè)備的采樣頻率要求不同；②試驗加載和卸載流程存在差異，如扣件組裝剛度測試中，中國標(biāo)準(zhǔn)每次加載后須靜置3 min后再進(jìn)行下次加載；③中國標(biāo)準(zhǔn)中對小阻力扣件相關(guān)試驗方法進(jìn)行了規(guī)定，而國外標(biāo)準(zhǔn)中未考慮小阻力扣件；④試驗加載和記錄次數(shù)上存在差異，中國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)對墊板動剛度加載次數(shù)、扣件組裝動剛度的記錄次數(shù)的要求不同；⑤試驗所需工裝和部件要求不同，如對墊板靜剛度所用砂紙、荷載分布板和扣件組裝疲勞試驗的加載架的要求不同標(biāo)準(zhǔn)存在差異。

2.3 軌枕

軌枕從材料角度可分為木枕、混凝土枕、復(fù)合材料軌枕三大類。木枕由于其耐久性能及強(qiáng)度不高，且需要大量砍伐森林，其工程應(yīng)用已經(jīng)逐漸淡化?；炷淋壵硪阎饾u成為國內(nèi)外有砟軌道軌枕結(jié)構(gòu)的主要形式，但各國設(shè)計的混凝土軌枕結(jié)構(gòu)形式存在差異［38］。目前軌枕的國際標(biāo)準(zhǔn)主要包括混凝土軌枕及復(fù)合軌枕兩大類。

2.3.1 混凝土軌枕

SCI于2017年5月成立了混凝土軌枕工作組（WG6）。中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)中軌枕分為鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前以鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主。我國現(xiàn)行有砟軌道混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)［39-46］見表5。

歐洲鐵路混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系與我國不同，所有的軌枕統(tǒng)一采用EN 13230系列標(biāo)準(zhǔn)［47-51］，而EN 13230系列標(biāo)準(zhǔn)按照一般要求及不同類型軌枕的特殊要求劃分為5個部分，具體情況見表6。

目前世界上發(fā)展鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕獓液偷貐^(qū)均有各自的混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系，不僅體系的劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，而且不同標(biāo)準(zhǔn)體系在具體內(nèi)容上也存在較大差異。原材料方面，除了對水泥的要求和混凝土耐久性要求，歐洲標(biāo)準(zhǔn)額外規(guī)定了吸水性和耐磨性試驗（但并未規(guī)定具體指標(biāo)要求），中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)相對更多，對指標(biāo)的要求也相對高于國外同類標(biāo)準(zhǔn)。

表5 我國現(xiàn)行有砟軌道混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)

表6 歐洲鐵路混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)

制造工藝方面，中國軌枕標(biāo)準(zhǔn)除了養(yǎng)護(hù)和放張以外，對于鋼絲的下料偏差、預(yù)應(yīng)力施加工藝、脫模后的養(yǎng)護(hù)等也給出了具體的規(guī)定，較國外更為細(xì)致具體。各國對軌枕的外形尺寸偏差要求和外觀質(zhì)量要求有所不同，相對而言中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗項目較為具體，而且大部分指標(biāo)的限值更為嚴(yán)格，尤其是對外觀質(zhì)量的要求。由于各國軌枕設(shè)計方法不同，枕上動壓力和荷載彎矩計算圖式存在一定差異。各國軌枕標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)度的試驗要求亦有一定的差異，歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗程序相對較為復(fù)雜，而且額外增加了對軌下截面正彎矩動載試驗的要求。

2.3.2 復(fù)合軌枕

SCI于2017年2月成立了復(fù)合軌枕工作組（WG1）。ISO標(biāo)準(zhǔn)主要包括三部分內(nèi)容：

①鐵路應(yīng)用—復(fù)合軌枕岔枕和明橋面橋枕第1部分：材料特性；②鐵路應(yīng)用—復(fù)合軌枕岔枕和明橋面橋枕第2部分：試驗方法；③鐵路應(yīng)用—復(fù)合軌枕岔枕和明橋面橋枕第3部分：一般要求。

第1部分（材料特性）和第2部分（試驗方法）對鐵路線路用復(fù)合軌枕岔枕和明橋面橋枕的材料強(qiáng)度、耐老化、耐候性等參數(shù)或性能的指標(biāo)要求和試驗方法進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定。第3部分（一般要求）則針對鐵路線路用復(fù)合軌枕岔枕和明橋面橋枕的生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢驗、運(yùn)輸存儲等工序的一般要求進(jìn)行了規(guī)定。

3 國內(nèi)外軌道質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)對比

中國牽頭軌道質(zhì)量評估，于2015年成立特別工作組（AG12），2017年正式成立工作組（WG2），現(xiàn)正在開展ISO 23054?1《軌道幾何質(zhì)量第一部分：軌道幾何和軌道幾何質(zhì)量定義》標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。軌道質(zhì)量會影響列車運(yùn)行的安全性和舒適性，世界各國都很重視軌道質(zhì)量的管理工作，制定了各自的軌道質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)。例如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13848，EN 13231在軌道幾何質(zhì)量部分對軌道幾何參數(shù)、軌道檢查車、軌道幾何質(zhì)量水平等作了規(guī)定。我國軌道質(zhì)量評估領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)國際化工作進(jìn)展較快。例如我國現(xiàn)行的TB∕T 3355—2014《軌道幾何狀態(tài)動態(tài)檢測及評定》［52］中對于復(fù)合不平順進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，是歐洲標(biāo)準(zhǔn)所欠缺的。

國內(nèi)外軌道質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)的差異主要體現(xiàn)在：①歐洲標(biāo)準(zhǔn)中檢測軌距時選取的是鋼軌頂面以下14 mm處，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為16 mm處。②對于高低和軌向測量，采用慣性基準(zhǔn)法時國內(nèi)外軌道不平順的管理波長并不一致。對于高低、軌向的波長，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中長波為1.5~42.0 m、長波分為1.5~70.0 m和1.5~120.0 m，歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高低波長為3~25 m、25~70 m和70~150 m，軌向波長為3~25 m、25~70 m和70~200 m。③中國與歐洲對于各軌道幾何參數(shù)的最大容許誤差和分辨率的規(guī)定有所差異，總體而言我國的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格［53］。此外，中國對于軌距變化率和車體加速度的規(guī)定更為明確。④國內(nèi)外的幅值管理都采用等級劃分的管理方式，但等級的個數(shù)并不一致；對于區(qū)段管理，大多數(shù)國家都采用單項軌道幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和各項參數(shù)的綜合指數(shù)，但采用的參數(shù)和區(qū)段長度并不完全一致。

4 結(jié)語

本文對比分析我國鐵路工務(wù)技術(shù)和產(chǎn)品與國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的差異，明確今后各標(biāo)準(zhǔn)國際化工作方向。

1）在鋼軌焊接領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)國際化主要工作內(nèi)容包括：①在規(guī)范性附錄中補(bǔ)充我國獨(dú)有的超聲波探傷技術(shù)、焊接接頭落錘試驗方法、軌頭受拉靜彎試驗方法；②在資料性附錄中補(bǔ)充焊接接頭的平直度標(biāo)準(zhǔn)；③提出適于用全世界不同軌型鋼軌靜彎載荷計算公式。

2）扣件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)國際化需要開展的工作主要包括：①將我國的扣壓力測試方法納入國際標(biāo)準(zhǔn)；②將我國的小阻力扣件測試方法納入標(biāo)準(zhǔn)；③組裝疲勞試驗方法兼容我國的試驗方法。

3）軌枕標(biāo)準(zhǔn)國際化工作方向是在兼容各國標(biāo)準(zhǔn)差異的基礎(chǔ)上形成統(tǒng)一的技術(shù)要求：①在原材料方面，進(jìn)一步統(tǒng)一吸水性、耐磨性等耐久性指標(biāo)要求；②在制造工藝方面，兼容各國預(yù)應(yīng)力施加工藝、脫模后的養(yǎng)護(hù)方法、軌枕的外形尺寸偏差要求、外觀質(zhì)量要求等；③在軌枕強(qiáng)度設(shè)計及試驗要求方面，統(tǒng)一枕上動壓力和荷載彎矩計算圖式，并完善動載試驗要求。

4）對于軌道質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外對各項檢測參數(shù)的具體定義有所不同，但評價指標(biāo)及方法基本類似。我國在軌道復(fù)合不平順定義、不平順譜隨機(jī)部分的描述等方面的標(biāo)準(zhǔn)更為完善。在該領(lǐng)域下一步的工作主要包括：①進(jìn)一步統(tǒng)一國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)合不平順、高低軌向等指標(biāo)的差異；②進(jìn)一步統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn)，并對慣性基準(zhǔn)法、弦測法兩種測量方法進(jìn)行完善。

以上分析的只是極少部分工務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國際化工作的方向、進(jìn)展和以后的工作，而軌道結(jié)構(gòu)工務(wù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)非常繁雜，應(yīng)該積極開展相關(guān)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)的研究，為“一帶一路”倡議實施打下基礎(chǔ)。