中老鐵路動態(tài)檢測實(shí)施方案與關(guān)鍵技術(shù)

馬良德， 左自輝， 劉世鵬， 余文博

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京 100081）

0 引言

中老鐵路是“一帶一路”倡議提出后，首條全線采用中國標(biāo)準(zhǔn)、使用中國裝備并與中國鐵路網(wǎng)直接聯(lián)通的國際鐵路。作為“一帶一路”、中老友誼標(biāo)志性工程的國際鐵路，其全線開通運(yùn)營將為加快建成中老經(jīng)濟(jì)走廊、構(gòu)建中老命運(yùn)共同體提供有力支撐。

線路開通運(yùn)營前，需按照鐵路建設(shè)項(xiàng)目竣工驗(yàn)收辦法完成靜態(tài)驗(yàn)收、動態(tài)驗(yàn)收、安全評估等必要程序。動態(tài)檢測是工程動態(tài)驗(yàn)收的重要組成部分，動態(tài)檢測的目的是采用專業(yè)檢測列車、貨物檢測列車等測試列車和相關(guān)檢測設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定速度范圍內(nèi)對系統(tǒng)功能、動態(tài)性能和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測和驗(yàn)證，為動態(tài)驗(yàn)收提供技術(shù)依據(jù)［1］。

1 工程概況

中老鐵路磨丁至萬象段（簡稱磨萬鐵路）位于老撾境內(nèi)，起于中老邊境口岸磨丁，向南經(jīng)老撾北部的南塔省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省、萬象省后到達(dá)線路終點(diǎn)首都萬象市。北接中國境內(nèi)在建的玉溪—磨憨線，南連泰國境內(nèi)規(guī)劃的曼谷—廊開線。沿線80%為山地和高原，線路跨越河流均屬老撾境內(nèi)最大河流湄公河流域。工程孟賽以北為中低山區(qū)，與中國云貴高原相接；孟賽—萬榮為中高山、中低山區(qū)，地形起伏較大；萬榮—豐洪為低山丘陵地貌；豐洪—萬象為河谷平原及緩丘區(qū)，地形平坦開闊。全線海拔高程160～1 320 m，最大相對高差約800 m。沿線屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，年平均降水量1 250～3 750 mm，雨季為5～10月，集中了全年90%的降雨量。

磨萬鐵路采用中國標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為客貨共線Ⅰ級單線鐵路，正線全長422.441 km，設(shè)計(jì)速度160 km/h（其中萬榮—萬象段預(yù)留200 km/h 的提速條件）。最小曲線半徑一般地段為2 000 m，困難地段為1 600 m。限制坡度為12‰（磨丁—萬榮加力段為24‰），到發(fā)線有效長度為650 m（預(yù)留850 m條件）。牽引供電采用帶回流線的直接供電方式；正線接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛。通信系統(tǒng)采用GSM-R 無線通信系統(tǒng)，正線采用單網(wǎng)覆蓋方案。信號區(qū)間閉塞采用自動站間閉塞方式，設(shè)置計(jì)軸設(shè)備檢查區(qū)間空閑，行車指揮方式為CTC。磨萬鐵路設(shè)計(jì)貨物列車牽引質(zhì)量3 000 t，磨丁—萬榮段區(qū)段貨物列車設(shè)計(jì)最高速度為90 km/h，萬榮—萬象南區(qū)段貨物列車設(shè)計(jì)最高速度為105 km/h。工程新建32 座車站，先期開通運(yùn)營磨丁、孟賽、瑯勃拉邦、萬榮、萬象、萬象南等20座車站，線路走勢及車站布置見圖1。

圖1 磨萬鐵路線路走勢及車站布置

2 動態(tài)檢測方案

2.1 方案設(shè)計(jì)

磨萬鐵路動態(tài)檢測從工務(wù)、供電、通信、信號、環(huán)境等方面確定檢測指標(biāo)及方案，突出各系統(tǒng)間的接口功能測試［2］，在保障安全的前提下使整體系統(tǒng)的功能達(dá)到最優(yōu)。動態(tài)檢測采用系統(tǒng)工程方法［3］，分析各系統(tǒng)間的相互關(guān)系，軌道、電力牽引供電、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、振動噪聲與電磁環(huán)境等方面確定檢測方案。磨萬鐵路依據(jù)中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，動態(tài)檢測方案參照中國同類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路項(xiàng)目，并按照如下原則定制化設(shè)計(jì)動態(tài)檢測方案：（1）結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)；（2）滿足動態(tài)驗(yàn)收需求；（3）保障規(guī)定速度的行車安全性、平穩(wěn)性；（4）突出系統(tǒng)間的匹配；（5）兼顧境外組織管理模式。

2.2 檢測項(xiàng)目

按照上述原則確定的磨萬鐵路動態(tài)檢測項(xiàng)目包括軌道、電力牽引供電、信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、振動噪聲與電磁環(huán)境等5大類19個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)既各自獨(dú)立又相互依存、相互制約，系統(tǒng)之間在時間、空間、物理以及功能等方面存在很多相互銜接的接口。其中，軌道測試項(xiàng)目主要包括軌道幾何狀態(tài)、客車動力學(xué)響應(yīng)和貨車動力學(xué)響應(yīng)；電力牽引供電主要測試項(xiàng)目包括接觸網(wǎng)、牽引供電、遠(yuǎn)動系統(tǒng)和分相裝置；信號系統(tǒng)主要測試項(xiàng)目包括軌旁信號設(shè)備狀態(tài)、機(jī)車信號相關(guān)功能、計(jì)軸與自動站間閉塞相關(guān)功能、CTC系統(tǒng)接口功能和車站聯(lián)鎖系統(tǒng)接口功能；通信系統(tǒng)主要測試項(xiàng)目包括GSM-R場強(qiáng)覆蓋、GSM-R 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、調(diào)度通信業(yè)務(wù)和GSM-R應(yīng)用業(yè)務(wù)性能；振動噪聲與電磁環(huán)境測試項(xiàng)目主要包括環(huán)境噪聲、振動和電磁環(huán)境（見圖2）。

圖2 磨萬鐵路動態(tài)檢測項(xiàng)目

2.3 測試列車及速度

磨萬鐵路動態(tài)檢測采用檢測列車、貨物檢測列車和信號測試列車對全線各系統(tǒng)功能、性能、狀態(tài)和系統(tǒng)間匹配關(guān)系進(jìn)行綜合測試、驗(yàn)證、調(diào)整和優(yōu)化［4］。

檢測列車逐級提速采用電力機(jī)車牽引的相關(guān)專業(yè)檢測列車進(jìn)行檢測，各專業(yè)檢測列車編組方案見圖3。檢測列車逐級提速測試速度為80～176 km/h，按照10、20 km/h 的速度級差掌握，測試數(shù)據(jù)正常情況下，每個速度等級運(yùn)行3個往返。

圖3 專業(yè)檢測列車編組方案

貨物檢測列車逐級提速測試采用23 t 軸重C70貨車和21 t 軸重C64K貨車組成的空重混編貨物檢測列車［5］，具體機(jī)車車輛為：3 臺電力機(jī)車、27 輛C70重車、1 輛C70重車（更換測力輪對）、7 輛C70空車、1 輛C70空車（更換測力輪對）、1 輛C64K重車、1 輛C64K空車、1 輛試驗(yàn)客車，牽引總質(zhì)量約3 000 t。貨物檢測列車逐級提速測試速度范圍在磨丁—萬榮段區(qū)段為80～90 km/h，在萬榮—萬象南區(qū)段為80～105 km/h，按照10 km/h的速度等級差掌握；測試數(shù)據(jù)正常情況下，每個速度等級運(yùn)行3個往返。

信號系統(tǒng)測試采用裝載機(jī)車信號和列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）設(shè)備的客運(yùn)電力機(jī)車及客車組成的測試列車。信號測試列車采用LKJ控車模式，在不高于線路設(shè)計(jì)速度的前提下，按照LKJ設(shè)備允許速度行車。

3 關(guān)鍵檢測技術(shù)

3.1 軌道

3.1.1 軌道幾何狀態(tài)

軌道幾何狀態(tài)是反映軌道平順性的項(xiàng)目，通過動態(tài)檢測驗(yàn)證軌道平順性是否滿足列車以160 km/h 及以下速度運(yùn)行時的安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。采用裝備有陀螺儀、磁電式加速度計(jì)組成的慣性基準(zhǔn)平臺和激光測量裝置，同時具備精確定位功能的檢測列車進(jìn)行軌道幾何狀態(tài)檢測。磨萬鐵路軌道幾何狀態(tài)動態(tài)檢測項(xiàng)目主要有（左右）高低、（左右）軌向、軌距、水平（超高）、三角坑、軌距變化率、車體垂向加速度、車體橫向加速度等。軌道幾何檢測系統(tǒng)信號處理流程見圖4。

圖4 軌道幾何狀態(tài)檢測系統(tǒng)信號處理流程

3.1.2 車輛動力學(xué)

磨萬鐵路運(yùn)行的旅客列車為動力集中型動車組，其動力車軸質(zhì)量為19.5 t，列車通過路橋過渡段、道岔、軌道焊縫等薄弱地段時，輪軌間的作用力較大［6］，本次動態(tài)檢測專門設(shè)計(jì)了車輛動力學(xué)檢測內(nèi)容。采用裝備有測力輪對、橫向加速度計(jì)及橫向和垂向加速度計(jì)的測試列車，對輪軌作用力、構(gòu)架的橫向振動、車體的振動進(jìn)行測量，計(jì)算脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力及車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)；判斷車輛在線路上運(yùn)行時的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，驗(yàn)證軌道狀態(tài)是否滿足列車運(yùn)行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性的要求。

3.2 電力牽引供電

磨萬鐵路動態(tài)檢測中，在檢測列車不同運(yùn)行工況下測試牽引供電系統(tǒng)的電壓、電流等性能參數(shù)，評價牽引供電系統(tǒng)的供電能力和質(zhì)量水平；模擬接觸網(wǎng)短路故障，校核故障點(diǎn)標(biāo)定精度，記錄保護(hù)啟動時序，指導(dǎo)變電所保護(hù)定值參數(shù)的優(yōu)化。

采用接觸網(wǎng)檢測車，通過在車頂和受電弓弓頭安裝攝像頭、位移傳感器和壓力傳感器等設(shè)備，對接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、接觸線平順性以及接觸網(wǎng)性能進(jìn)行測試，分析、評價接觸網(wǎng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

通過測試遠(yuǎn)動系統(tǒng)控制站以及牽引變電所、分區(qū)所、AT 所、電力變（配）電所、箱式變電站等被控站的遙控（調(diào)）、遙測、遙信等功能，指導(dǎo)遠(yuǎn)動系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能。分析電力機(jī)車磁感應(yīng)器控制方式自動過分相的斷電和合電位置、主斷路器動作狀態(tài)，計(jì)算電力機(jī)車過分相時的速度損失和時間損失；根據(jù)測試結(jié)果，指導(dǎo)地面磁感應(yīng)器分相系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能。

3.3 通信系統(tǒng)

磨萬鐵路GSM-R 系統(tǒng)在萬象新建核心網(wǎng)設(shè)備，包含MSC、BSC/PCU 以及同址設(shè)置的TRAU，正線基站子系統(tǒng)采用單層網(wǎng)覆蓋方案。動態(tài)檢測采用配有無線通信檢測系統(tǒng)的檢測列車按規(guī)定速度運(yùn)行條件下，對通信系統(tǒng)GSM-R 場強(qiáng)覆蓋、GSM-R 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、調(diào)度通信業(yè)務(wù)及GSM-R 應(yīng)用業(yè)務(wù)性能（調(diào)度命令信息無線傳送成功率和列車無線車次號校核信息傳送成功率）進(jìn)行測試［7］。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)指導(dǎo)通信系統(tǒng)調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，檢驗(yàn)各項(xiàng)測試內(nèi)容是否滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 信號系統(tǒng)

磨萬鐵路信號系統(tǒng)由行車指揮、區(qū)間閉塞、聯(lián)鎖、信號集中監(jiān)測等子系統(tǒng)構(gòu)成。地面信號為主體信號，車載機(jī)車信號與LKJ作為輔助信號。動態(tài)檢測信號系統(tǒng)主要測試了軌旁信號設(shè)備狀態(tài)、機(jī)車信號設(shè)備與LKJ功能、計(jì)軸與自動站間閉塞相關(guān)功能、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)接口功能及CTC系統(tǒng)接口相關(guān)功能等內(nèi)容。通過動態(tài)檢測檢驗(yàn)軌旁信號設(shè)備狀態(tài)，驗(yàn)證機(jī)車信號、計(jì)軸與自動站間閉塞相關(guān)功能以及連鎖、CTC系統(tǒng)的接口相關(guān)功能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 振動噪聲及電磁環(huán)境

檢測列車以不同速度通過典型橋梁、路基區(qū)段時，采用按標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)的傳感器測量列車運(yùn)行輻射噪聲、鐵路邊界噪聲、環(huán)境振動及聲屏障降噪效果，評價噪聲、環(huán)境振動以及典型減振降噪措施是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，為環(huán)境管理及降噪、減振設(shè)施的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。橋梁聲屏障降噪效果測點(diǎn)布置見圖5。對檢測列車運(yùn)行時鐵路系統(tǒng)對外的電磁輻射和牽引變電所對外的電磁輻射進(jìn)行測量，驗(yàn)證磨萬鐵路對外電磁輻射場強(qiáng)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 橋梁聲屏障降噪效果測點(diǎn)布置

3.6 專業(yè)融合分析

磨萬鐵路動態(tài)檢測不僅測試和評價列車在軌道上運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性，弓網(wǎng)受流性能，通信信號系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，振動噪聲、電磁輻射的環(huán)境影響和總體系統(tǒng)功能是否滿足運(yùn)營需求，而且對全線的各系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的匹配進(jìn)行充分地測試、檢驗(yàn)、調(diào)試、優(yōu)化［8］?？缦到y(tǒng)間的專業(yè)數(shù)據(jù)融合分析是驗(yàn)證系統(tǒng)之間匹配關(guān)系的重要手段之一。

軌道幾何狀態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)部分站內(nèi)區(qū)段高低不平順呈現(xiàn)比較明顯的周期性下降，周期間隔約為90 m。為分析原因，對高低幅值進(jìn)行濾波處理，并結(jié)合軌旁信號設(shè)備狀態(tài)中補(bǔ)償電容檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析；該軌道電路區(qū)段共設(shè)有10 處補(bǔ)償電容，其中8 處（圓點(diǎn)標(biāo)記）與高低不平順的位置正相關(guān)，由此可以判斷是電容枕的設(shè)置引起了軌道高低不平順（見圖6）。在后續(xù)運(yùn)營維護(hù)中將重點(diǎn)關(guān)注電容枕處的軌道平順性。

圖6 軌道不平順與補(bǔ)償電容檢測數(shù)據(jù)融合分析

另外，在磨萬鐵路動態(tài)檢測過程中，貨車檢測列車通過長大坡道時，連續(xù)出現(xiàn)3次接觸網(wǎng)斷電現(xiàn)象。結(jié)合機(jī)車牽引、司機(jī)操控、線路技術(shù)參數(shù)、接觸網(wǎng)動態(tài)檢測以及供變電監(jiān)測等多專業(yè)、多角度的數(shù)據(jù)融合分析，判斷問題出現(xiàn)的原因。通過調(diào)整牽引變電所相關(guān)參數(shù)定值并且輔助改進(jìn)機(jī)車操縱等方式，最終順利完成該區(qū)段的貨車動力學(xué)檢測。

4 試驗(yàn)組織實(shí)施

4.1 組織架構(gòu)

為全面做好磨萬鐵路動態(tài)檢測，建設(shè)單位、委托運(yùn)營單位和測試單位三方共同協(xié)作配合做好動態(tài)檢測工作。成立動態(tài)檢測指揮部，具體負(fù)責(zé)動態(tài)檢測的日常組織實(shí)施。與國內(nèi)項(xiàng)目不同的是，指揮部總指揮由建設(shè)單位負(fù)責(zé)人擔(dān)任，副總指揮分別由委托運(yùn)營單位和測試單位負(fù)責(zé)人擔(dān)任。指揮部下設(shè)綜合協(xié)調(diào)（后勤）、安全應(yīng)急保障、運(yùn)輸組織、試驗(yàn)測試、機(jī)輛保障、工務(wù)（房建）保障、電務(wù)保障、牽引供電電力保障、建設(shè)問題整改督辦9個工作組。各現(xiàn)場專業(yè)保障組負(fù)責(zé)本組人員的細(xì)化分工和安全管理。其中，測試單位負(fù)責(zé)執(zhí)行動態(tài)檢測和數(shù)據(jù)分析匯總；運(yùn)營單位負(fù)責(zé)專業(yè)技術(shù)管理和測試問題整改復(fù)核；設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等工程建設(shè)單位的安全管理、測試問題整改的督促等由建設(shè)單位負(fù)責(zé)監(jiān)管、約束。

4.2 預(yù)檢測

通過在工程車輛加裝檢測設(shè)備的方式，首次在工程建設(shè)階段開展了動態(tài)預(yù)檢測。磨萬鐵路共開展3輪預(yù)檢測，預(yù)檢測階段軌道幾何狀態(tài)共消缺10處三、四級偏差和421處二級驗(yàn)收偏差，軌道質(zhì)量指數(shù)TQI 由4.1 mm下降至3.9 mm；接觸網(wǎng)幾何狀態(tài)共消缺9處一級缺陷和15 處二級缺陷。通過預(yù)檢測數(shù)據(jù)及時指導(dǎo)線路的精調(diào)維修，做到有問題早發(fā)現(xiàn)早克缺，大大提高了施工單位精搗、精調(diào)的工作效率，為后續(xù)正式檢測的順利推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

4.3 安全管控

指揮部以工作例會的形式每日傳達(dá)運(yùn)輸組織計(jì)劃，每日對檢測中發(fā)現(xiàn)的問題與驗(yàn)收偏差進(jìn)行分析，并建立整改問題庫。問題整改情況作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行跟進(jìn)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理［9］。為保障試驗(yàn)行車安全，檢測列車每趟開行前，行車指揮明確試驗(yàn)要求，并組織完成各方對試驗(yàn)速度表的共同簽認(rèn)。在動態(tài)檢測試驗(yàn)逐級提速過程中，檢測人員全程監(jiān)控檢測數(shù)據(jù)和關(guān)鍵視頻顯示，一旦發(fā)現(xiàn)危及試驗(yàn)安全的異?；蛲话l(fā)性變化立即報告試驗(yàn)指揮，試驗(yàn)指揮按照超限應(yīng)急處置措施進(jìn)行處置，并組織后續(xù)試驗(yàn)的開展。超限應(yīng)急處置措施見表1。

表1 檢測指標(biāo)超限應(yīng)急處置措施

4.4 試驗(yàn)組織

試驗(yàn)開始前，建設(shè)、運(yùn)營和測試單位三方對檢測試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目、工作量和檢測時間進(jìn)行測算，為動態(tài)檢測整體推進(jìn)提供標(biāo)尺?，F(xiàn)場指揮部在計(jì)劃執(zhí)行過程中根據(jù)試驗(yàn)條件、檢測結(jié)果、問題消缺等情況變化，動態(tài)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)計(jì)劃，及時安排停輪克缺并同步開展未完工程施工，平衡推進(jìn)試驗(yàn)計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)場克缺進(jìn)度，充分考慮每次試驗(yàn)影響范圍和作業(yè)環(huán)節(jié)及時長，動態(tài)優(yōu)化總體試驗(yàn)方案，有效提升了檢測效率。

此次動態(tài)檢測范圍包含中老國境位置，該位置位于隧道內(nèi)，國境點(diǎn)附近老撾境內(nèi)設(shè)置了1處電分相，另外此處存在10‰的坡道（見圖7）。這些不利因素的疊加給試驗(yàn)組織帶來很大難度，為完成大綱中的測試范圍，現(xiàn)場組織對接檢測方案，經(jīng)過多方論證，最終采用內(nèi)燃機(jī)牽引檢測列車和貨物檢測列車尾部頂推的方式，實(shí)現(xiàn)了檢測范圍的完整測試。

圖7 國境線附近線路技術(shù)狀況示意

4.5 檢測結(jié)果

此次動態(tài)檢測采用檢測列車、貨物檢測列車和相關(guān)檢測設(shè)備在規(guī)定測試速度下，對各系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)間接口、匹配關(guān)系進(jìn)行綜合測試，共開行測試列車98 列次，累計(jì)檢測里程超過15 000 km，最高檢測速度達(dá)176 km/h。經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化、調(diào)試和動態(tài)驗(yàn)證，軌道、供電、通信、信號等系統(tǒng)檢測結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求［10］。

5 結(jié)束語

通過方案定制化設(shè)計(jì)、關(guān)鍵檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)、專業(yè)數(shù)據(jù)融合分析、動態(tài)預(yù)檢測以及現(xiàn)場的試驗(yàn)安全管控及組織，中老鐵路動態(tài)檢測在有限時間內(nèi)順利完成，為全線開通運(yùn)營提供了數(shù)據(jù)支撐，為今后海外項(xiàng)目聯(lián)調(diào)聯(lián)試及國內(nèi)時速160 km/h 客貨共線的動態(tài)檢測積累了工程實(shí)踐。