高速鐵路有砟軌道運(yùn)營(yíng)階段TQI分析及維護(hù)技術(shù)研究

常逢福 董楠 王瑤

摘要：高速鐵路有砟軌道的軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）直接關(guān)系到列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)與安全。通過(guò)對(duì)銀西高鐵有砟軌道TQI值變化規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)溫度降低時(shí)梁端變化的數(shù)量增多，峰值變大。有砟線路整體TQI變化主要由高低TQI變化造成。據(jù)此提出了大機(jī)數(shù)字化搗固方案，搗固后進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)效果分析，作業(yè)后靜態(tài)平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；動(dòng)態(tài)平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。研究結(jié)果表明大機(jī)搗固能夠有效降低高低短波不平順引起的TQI值，提升高速鐵路有砟軌道線路平順性。

關(guān)鍵詞：高速鐵路???有砟軌道???TQI???維護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U216.42????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

TQI?Analysis?and?Maintenance?Technology?Research?of?the?Operation?Section?of?the?Ballasted?Track?of?the?High-Speed?Railway

CHANG?Fengfu??DONG?Nan??WANG?Yao

（Xi'an?High-Speed?Railway?Infrastructure?Section，?China?Railway?Xi'an?Group?Co.，?Ltd.，?Xi'an，?Shaanxi?Province，?710016?China）

Abstract：?The?track?quality?index?（TQI）?of?the?ballasted?track?of?the?high-speed?railway?is?directly?related?to?the?stability?and?safety?of?train?operation.?Through?analyzing?the?variation?rule?of?the?TQI?value?of?the?ballasted?track?of?the?Yinchuang-Xi'an?High-Speed?Railway，?it?is?found?that?the?number?of?beam?end?deformation?increases?and?the?peak?value?increases?when?temperature?decreases.?The?overall?TQI?changes?of?the?ballasted?track?are?mainly?caused?by?the?high?and?low?changes?of?TQI，?and?a?digital?large-machine?tamping?scheme?is?proposed?according?to?this.?After?tamping，?static?and?dynamic?effects?are?analyzed.?After?operation，?the?static?average?TQI?decreases?from?4.07?to?2.4?with?a?decrease?of?41%，?and?the?dynamic?average?TQI?decreases?from?3.88?to?2.58?with?a?decrease?of?33%.?The?research?results?show?that?large-machine?tamping?can?effectively?reduce?the?TQI?value?caused?by?the?irregularity?of?high?and?low?short?waves，?and?improve?the?regularity?of?the??ballasted?track?of?the?high-speed?railway.

Key?Words：?High-speed?railway;?Ballasted?track;?TQI;?Maintenance

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，有砟軌道高速鐵路的使用規(guī)模逐步擴(kuò)大。在高速鐵路長(zhǎng)期且反復(fù)的振動(dòng)和沖擊作用下以及各類(lèi)線下基礎(chǔ)的長(zhǎng)期變形過(guò)程中，有砟軌道平順性滿(mǎn)足要求是高速鐵路運(yùn)行安全、乘客舒適的重要保證。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋是高速鐵路中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，由于混凝土收縮徐變特性的存在，隨著時(shí)間的推移和溫度的變化，混凝土箱梁在預(yù)應(yīng)力荷載的作用下產(chǎn)生緩慢的上拱變形，最終導(dǎo)致軌道出現(xiàn)周期性高低不平順的現(xiàn)象日益普遍[1-2]。

1?工程概況

銀西高鐵全線長(zhǎng)618?km，設(shè)18個(gè)客運(yùn)車(chē)站，是《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》中“十縱十橫”綜合運(yùn)輸大通道之一“福銀通道”的重要組成部分，于2020年12月26日開(kāi)通。其中，西安局集團(tuán)有限公司管段范圍有砟區(qū)段營(yíng)業(yè)里程99.682?km，軌枕采用Ⅲ型混凝土軌枕，每公里鋪設(shè)1?667根，配套采用V型扣件，道床采用特級(jí)碎石道床，線間距為4.6?m；曲線半徑最大12?000?m，最小2?000?m；鋼軌為60?kg/m、100?m定尺長(zhǎng)、U71MnG鋼軌，60?N廓形。

2?TQI動(dòng)態(tài)分析

軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI?值）是一定長(zhǎng)度的左右高低、左右軌向、軌距、水平和三角坑的單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)差之和，是衡量及反映線路區(qū)段整體平順與否的主要指標(biāo)。該指標(biāo)的大小與線路狀態(tài)平順性密切相關(guān)，表明200?m區(qū)段內(nèi)軌道幾何狀態(tài)離散的程度，即數(shù)值越大表明軌道的平順程度越差，離散波動(dòng)性越大[3-4]。

通過(guò)開(kāi)通以來(lái)綜合檢測(cè)列車(chē)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，銀西高鐵有砟區(qū)段TQI呈上升趨勢(shì)，上行有砟區(qū)段平均TQI由3.38升至4.15，上升0.77，下行有砟區(qū)段平均TQI由3.45升至4.26，上升0.81，有砟區(qū)段平均TQI上升0.79。目前有砟區(qū)段平均TQI超4.0單元上下行共計(jì)257個(gè)。

經(jīng)分析，有砟段TQI值呈增大趨勢(shì)主要原因是左右高低單項(xiàng)逐年增大，2020年10月左右高低平均值為0.39，2022年6月左右高低平均值0.55，增大0.16。左右高低增大主要原因?yàn)楹?jiǎn)支梁梁端徐變?cè)斐桑y西高鐵正線橋梁共29座/69.786?km，橋梁結(jié)構(gòu)形式為標(biāo)準(zhǔn)24?m、32m簡(jiǎn)支箱梁、連續(xù)梁，對(duì)比綜合檢測(cè)列車(chē)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)支梁表現(xiàn)為有規(guī)律的32?m間隔短波高低不良，較明顯區(qū)段為北塬新城特大橋K25+100～K28+209、禮泉南跨G312國(guó)道立交特大橋K30+320～K48+897、乾禮特大橋K56+400～K62+500等。

通過(guò)分析綜合檢測(cè)列車(chē)數(shù)據(jù)，目前梁端動(dòng)態(tài)高低峰峰值2mm以上的有109.731?km、3?412處，占比82.3％。其中上行55.203?km、1?724處，占上行86.1％，下行54.528?km、1?688處，占下行81.9％。梁端動(dòng)態(tài)高低峰峰值大于5?mm共計(jì)32處（上行15處、下行17處）。

（1）在無(wú)外部其他因素影響時(shí)（如降雨、精調(diào)等）銀西高鐵有砟線路梁端變化與溫度變化成正比，溫度越低變化越大，最低溫度為-2.7?℃（2021年1月7日），梁端變化占比80.5%，最高溫度為35?℃（2021年6月7日），梁端變化占比32.1%。同時(shí)溫度每升高一度梁端變化減少80處，溫度降低一度梁端變化增加125處。

（2）有砟線路整體TQI變化、高低TQI變化、梁端變化數(shù)量、梁端峰值變化能夠相互對(duì)應(yīng)，都與溫度變化有直接關(guān)系。溫度降低梁端變化增多，峰值變大，高低TQI增大，進(jìn)而整體TQI增大，反之亦然。有砟線路整體TQI變化主要由高低TQI變化造成。

（3）通過(guò)對(duì)有砟橋梁平均TQI、高低TQI、有砟梁端最大峰峰值、有砟梁端峰峰值>2mm同比分析發(fā)現(xiàn)，除去溫度影響，銀西開(kāi)通一年多來(lái)有砟橋梁梁端峰值呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，需持續(xù)加強(qiáng)關(guān)注。

3?維護(hù)方案

通過(guò)動(dòng)態(tài)分析，銀西高鐵有砟區(qū)段TQI呈上升趨勢(shì)，主要原因是簡(jiǎn)支梁伸縮徐變產(chǎn)生的線路高低變化，為提高設(shè)備質(zhì)量，提升高鐵線路平順性及舒適性，對(duì)TQI超過(guò)4.0區(qū)段進(jìn)行有計(jì)劃地?fù)v固[5-6]。按照動(dòng)靜態(tài)相結(jié)合的原則，分析動(dòng)態(tài)波形圖，確定重點(diǎn)維修地段，利用精測(cè)網(wǎng)對(duì)作業(yè)地段線路平縱斷面進(jìn)行全面測(cè)量，根據(jù)實(shí)際測(cè)量線形設(shè)計(jì)優(yōu)化作業(yè)目標(biāo)線形，計(jì)算確定作業(yè)量。

2022年11月13日至30日，利用17個(gè)施工天窗，組織對(duì)銀西高鐵石何楊至咸陽(yáng)北區(qū)間上下行K16+543～K28+186進(jìn)行了線路大機(jī)搗固，共完成23.15?km。該區(qū)間無(wú)縫線路鎖定單元14個(gè)，鎖定軌溫為27～29.7?C°；曲線4對(duì)8條，最大曲線半徑為2?500?m，最大超高為140?mm；豎曲線16段，最大坡度為25‰。按照測(cè)量設(shè)計(jì)方案，最大起道量為11.2?mm，最大撥道量為6.9?mm。

線路大機(jī)搗固施工采用大機(jī)數(shù)字化搗固方式，搗固地段進(jìn)行穩(wěn)定作業(yè)。施工等級(jí)為高速鐵路營(yíng)業(yè)線Ⅲ級(jí)施工。施工結(jié)束后第一列允許放行動(dòng)車(chē)組，第一列限速160?km/h，其后恢復(fù)常速。作業(yè)模式按照兩個(gè)作業(yè)單元各自獨(dú)立作業(yè)，均采用“搗穩(wěn)”模式，分別按各自加載的作業(yè)數(shù)據(jù)作業(yè)。搗固過(guò)程中采取橋面單鎬，梁端前后6?m進(jìn)行雙鎬搗固，保證梁端道床搗固的密實(shí)度。每日每臺(tái)大機(jī)按2～3?km作業(yè)量控制[7-10]。

4?維護(hù)效果分析

4.1?靜態(tài)檢測(cè)情況

4.1.1?平均TQI降幅情況

每天每個(gè)作業(yè)單元使用軌道測(cè)量系統(tǒng)跟車(chē)測(cè)量TQI，及時(shí)復(fù)核作業(yè)質(zhì)量。此次作業(yè)共計(jì)110個(gè)TQI單元（其中上行59個(gè)、下行51個(gè)），作業(yè)后靜態(tài)測(cè)量平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%。

作業(yè)后TQI各分項(xiàng)降幅明顯的為左右高低，降幅67%；水平降幅31%，三角坑降幅21%，軌向降幅10%，軌距基本無(wú)變化，作業(yè)前后靜態(tài)TQI情況如表1所示。

4.1.2?TQI單元占比情況

作業(yè)前靜態(tài)TQI≥3.0的共103個(gè)單元，2.5≤TQI＜3.0的共7個(gè)單元，無(wú)2.5以下單元。作業(yè)后TQI≥3.0的共7個(gè)單元，降幅93%；2.5≤TQI＜3.0的共27個(gè)單元，TQI＜2.5的74個(gè)單元，作業(yè)前后TQI單元占比情況如表2所示。

4.2?動(dòng)態(tài)檢測(cè)情況

4.2.1?平均TQI降幅情況

對(duì)比11月初與12月動(dòng)檢車(chē)數(shù)據(jù)，該區(qū)段動(dòng)態(tài)平均TQI由搗固前3.88下降至2.58，降幅33%。

作業(yè)后TQI各分項(xiàng)降幅明顯的為左右高低，降幅53%；水平降幅19%，三角坑降幅16%，軌向降幅10%，軌距降幅7%，作業(yè)前后動(dòng)態(tài)TQI情況如表3所示。

4.2.2?TQI單元占比情況

作業(yè)前動(dòng)態(tài)TQI≥3.0的共104個(gè)單元，2.5≤TQI＜3.0的共6個(gè)單元，無(wú)2.5以下單元。作業(yè)后TQI≥3.0的共15個(gè)單元，降幅85%；2.5≤TQI＜3.0的共44個(gè)單元，TQI＜2.5的51個(gè)單元，作業(yè)前后動(dòng)態(tài)TQI單元占比情況如表4所示。

4.3?效果

通過(guò)對(duì)比搗固前后靜態(tài)、動(dòng)態(tài)TQI，各分項(xiàng)指數(shù)降幅明顯，消除了簡(jiǎn)支梁收縮徐變引起的高低不平順，作業(yè)后靜態(tài)平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；動(dòng)態(tài)平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。此次大機(jī)搗固整體效果良好，成功積累了有砟高鐵線路搗固經(jīng)驗(yàn)。

5?獲得的經(jīng)驗(yàn)

（1）高速鐵路橋梁收縮徐變是造成軌道周期性高低不平順的主要原因，工務(wù)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)橋梁地段的監(jiān)測(cè)，根據(jù)動(dòng)檢數(shù)據(jù)適時(shí)安排養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

（2）大機(jī)搗固能夠有效降低高低短波不平順引起的TQI值，提升高速鐵路有砟軌道線路平順性。

（3）維護(hù)作業(yè)應(yīng)提前做好搗固設(shè)計(jì)方案、合理確定作業(yè)模式、及時(shí)跟車(chē)質(zhì)量驗(yàn)收并合理選擇作業(yè)時(shí)段，確保鎖定軌溫滿(mǎn)足無(wú)縫線路相關(guān)要求。

6?結(jié)語(yǔ)

銀西高鐵有砟軌道平順性分析及養(yǎng)護(hù)維修實(shí)踐為高速鐵路有砟軌道運(yùn)維提供了借鑒和技術(shù)參考。工務(wù)部門(mén)應(yīng)密切關(guān)注橋梁收縮徐變?cè)斐傻腡QI變化情況，適時(shí)開(kāi)展大機(jī)搗固，提高高速鐵路有砟軌道平順性。

參考文獻(xiàn)[1] 黎國(guó)清，劉秀波，楊飛，等.高速鐵路簡(jiǎn)支梁徐變上拱引起的高低不平順變化規(guī)律及其對(duì)行車(chē)動(dòng)力性能的影響[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2014，44（7）：786-792.