人工精調(diào)與大機(jī)精搗對(duì)有砟高鐵線路TQI的影響分析

馬先坤 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)段

1 前言

2020年，國(guó)鐵集團(tuán)在鐵路建設(shè)方面取得新的成效?！督y(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，全國(guó)鐵路建設(shè)再創(chuàng)新高，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程14.63 萬(wàn)km，其中高鐵3.8 萬(wàn)km。鐵路及高速鐵路的運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)到世界首位，相關(guān)技術(shù)也居世界前列。鐵路尤其是高速鐵路對(duì)軌道平順性有著很高的要求，但由于工后沉降、零部件精度及施工質(zhì)量等原因，鋼軌鋪設(shè)完成后仍需要對(duì)軌道進(jìn)行反復(fù)精調(diào)。因此有必要對(duì)軌道精調(diào)措施進(jìn)行更深的研究，以減少后期調(diào)整的工作量。

目前，我國(guó)對(duì)于軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法常為峰值扣分法和軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）法。峰值扣分法為通過(guò)測(cè)量軌道各測(cè)點(diǎn)每個(gè)參數(shù)峰值大小來(lái)判斷測(cè)量值是否超過(guò)規(guī)定的限界。該方法能準(zhǔn)確給出病害的種類(lèi)、具體位置及損傷程度，因此在鐵路工程中被廣泛應(yīng)用。但由于此方法在反應(yīng)軌道的質(zhì)量情況時(shí)不能全面反映出軌道的平均質(zhì)量狀態(tài)，又提出了TQI 方法。它常以200 m 軌道區(qū)段作為單元區(qū)段，分別計(jì)算單元區(qū)段上左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項(xiàng)軌道幾何不平順?lè)档臉?biāo)準(zhǔn)差之和，來(lái)描述區(qū)段軌道整體質(zhì)量狀態(tài)。此方法克服了分值扣分法的上述缺點(diǎn)，能有效反映出軌道不平順變化率、周期連續(xù)不平順等情況，常用于評(píng)定軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量。因此，本文也采用TQI 作為評(píng)判軌道平順性的指標(biāo)。

有砟高鐵的軌道精調(diào)降低TQI 主要有兩方面，一是人工精調(diào)，是在大機(jī)搗固前或搗固兩遍之間安排人工對(duì)于軌距和扣件離縫及狀態(tài)的調(diào)整，二是基于精測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)的搗固車(chē)對(duì)線路方向和高低的調(diào)整，也就是對(duì)線路平面及高程的調(diào)整，使線位達(dá)標(biāo)。人工精調(diào)的主要工作是對(duì)利用非標(biāo)軌距塊調(diào)整軌距以及軌距的變化率、扣件離縫整治為大機(jī)搗固作業(yè)提供良好的軌道基礎(chǔ)，同時(shí)有效的降低線路的TQI值，若在沒(méi)有進(jìn)行人工精調(diào)的線路上進(jìn)行線形的測(cè)量并進(jìn)行大機(jī)的搗固，搗固作業(yè)質(zhì)量降低很有限，軌距的不良、不順以及離縫會(huì)使搗固質(zhì)量明顯的降低。

1.1 軌道不平順質(zhì)量指數(shù)

TQI 是指軌道不平順質(zhì)量指數(shù)，是一種采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法描述區(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。也以此為參考合理編制區(qū)段綜合維修計(jì)劃，指導(dǎo)軌道維修和大機(jī)作業(yè)以提高軌道狀態(tài)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性，使維修管理更加科學(xué)。TQI 常以200 m 軌道區(qū)段作為單元區(qū)段，分別計(jì)算單元區(qū)段上左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項(xiàng)軌道幾何不平順?lè)档臉?biāo)準(zhǔn)差之和，其計(jì)算公如式（1）所示。

式中，σi為各項(xiàng)幾何偏差的標(biāo)準(zhǔn)差，i=1、2……7，分別為左高低、有高低、左軌向、右軌向、軌距、水平、三角坑，如式（2）所示。

xij是在200 m 單元區(qū)段中各項(xiàng)幾何偏差的幅值，其中j=1、2……n；i=1、2……7；n是采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，式中200 m 的單元區(qū)段中每隔0.25 m 采集一個(gè)點(diǎn)，共800 個(gè)，即n=800。的均值，如式（3）所示。

xij是在200 m 單元區(qū)段中各項(xiàng)幾何偏差的幅值，其中j=1、2……n；i=1、2……7；n是采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，式中200 m 的單元區(qū)段中每隔0.25 m采集一個(gè)點(diǎn)，共800個(gè)，即n=800。

1.2 軌道質(zhì)量指數(shù)目標(biāo)

某有砟高鐵線路設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，其動(dòng)態(tài)管理值如表1所示。根據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試試驗(yàn)大綱要求，綜合檢測(cè)列車(chē)在線路上逐步提升運(yùn)行試驗(yàn)速度，直至按線路設(shè)計(jì)速度的110%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行最高測(cè)試速度運(yùn)行試驗(yàn)。因此，在聯(lián)調(diào)練試期間TQI 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)速度為200 km/h-250 km/h，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表1 軌道動(dòng)態(tài)質(zhì)量容許偏差管理值

表2 200m區(qū)段TQI管理標(biāo)準(zhǔn)

該有砟高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的TQI目標(biāo)值為不大于2.5，新線介入時(shí)全區(qū)段TQI普遍在5.0以上。由于工期緊，人力及大機(jī)資源緊張，為了快速有效的降低線路TQI值，提高軌道線路質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在軌道經(jīng)過(guò)一遍人工精調(diào)及四搗四穩(wěn)后，對(duì)部分地段進(jìn)行了摸索和實(shí)踐，分別采用單一人工精調(diào)或單一大機(jī)精搗，以及兩者結(jié)合的方式進(jìn)行作業(yè)。

人工精調(diào)的目的在于補(bǔ)齊線路軌道扣配件、矯正膠墊、消滅鋼軌、軌枕、扣件等加工產(chǎn)生的誤差。人工精調(diào)時(shí)需消除離縫，保證軌道在車(chē)輛通過(guò)時(shí)減少軌距的變化，避免線路軌道承重時(shí)軌距成段發(fā)生不良。作業(yè)要求其軌距單項(xiàng)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)為T(mén)QI不大于0.3，軌距精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為1 435±0.1 mm，軌距變化率控制在1/3000（表3）。

表3 軌距精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)

大機(jī)精搗主要解決道床快速密實(shí)穩(wěn)定、軌道幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的問(wèn)題。軌道線路道床進(jìn)入初穩(wěn)后，按照穩(wěn)定+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定的分遍分層的順序進(jìn)行作業(yè)。利用精測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)綜合TQI≥2.4的區(qū)段進(jìn)行加強(qiáng)精確搗固，其搗固參數(shù)如表4所示。

表4 大機(jī)精搗參數(shù)

2 動(dòng)軌檢車(chē)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在人工精調(diào)及大機(jī)精搗作業(yè)后，取2020 年5 月4 日至2020 年 5 月 25 日動(dòng)檢車(chē) 和 2020 年 5 月 8 日 至 2020 年 5 月 12日軌檢車(chē)的TQI指標(biāo)及動(dòng)態(tài)II級(jí)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如下：

圖1 動(dòng)檢TQI趨勢(shì)圖

圖2 動(dòng)檢II級(jí)超限數(shù)量趨勢(shì)圖

由圖1 可知，自 5 月 4 日至 5 月 25 日，由動(dòng)檢車(chē)測(cè)得的TQI 數(shù)據(jù)整體呈下降的趨勢(shì)，其上下行TQI 由5 月4 日的2.92、2.79逐步下降至5月25日的2.52、2.53，線路的平順性逐步提高。5月13日動(dòng)檢車(chē)測(cè)得的上行TQI突然增加至2.85是由于動(dòng)檢車(chē)側(cè)向通過(guò)道岔所致。

由圖2 可知，自 5 月 4 日至 5 月 25 日，由動(dòng)檢車(chē)測(cè)得的 II級(jí)超限數(shù)量逐漸下降，其上下行的II級(jí)超限數(shù)量分別由5月4日的100個(gè)、88個(gè)逐漸降低至5月25日的0個(gè)。

圖3 軌檢TQI趨勢(shì)圖

圖4 軌檢II級(jí)超限數(shù)量趨勢(shì)圖

由圖3 可知，由軌檢車(chē)測(cè)得的TQI 數(shù)據(jù)整體呈下降的趨勢(shì)，其有上下行的 2.86、2.86 下降至2.76、2.79；自 5 月8 日至 5月12日軌檢車(chē)測(cè)得的上下行TQI逐步增大至3.01、4.00，隨后至 5 月 25 日軌檢車(chē)測(cè)得的 TQI 又逐步下降至 2.43、2.41，線路的平順性逐步提高，達(dá)到聯(lián)調(diào)聯(lián)試要求。5 月12 日動(dòng)檢車(chē)測(cè)得的上行TQI突然增大是由于軌檢車(chē)側(cè)向通過(guò)道岔所致。

由圖4可知，自4月27日至5月25日，經(jīng)人工精調(diào)和大機(jī)精搗，軌檢車(chē)測(cè)得的II級(jí)超限數(shù)量逐漸下降，其上下行的II級(jí)超限數(shù)量分別由4月27日的199個(gè)、168個(gè)逐漸降低至5月25日的5個(gè)、9個(gè)。

3 TQI數(shù)據(jù)對(duì)比分析

從 2020 年 5 月 13 日至 2020 年 5 月 20 日，線路軌距精調(diào)與大機(jī)精搗共同作業(yè)地段、僅軌距精調(diào)作業(yè)而無(wú)大機(jī)精搗作業(yè)地段，僅大機(jī)精搗作業(yè)而無(wú)軌距精調(diào)作業(yè)地段分別取30km 分析。其作業(yè)前后TQI 值變化情況分別如表5、表6、表7所示。

表5 人工精調(diào)與大機(jī)精搗結(jié)合前后TQI數(shù)據(jù)對(duì)比

表6 線路僅軌距精調(diào)后TQI數(shù)據(jù)對(duì)比

表7 僅大機(jī)精搗TQI數(shù)據(jù)對(duì)比

由表5可知，當(dāng)線路軌距精調(diào)與大機(jī)精搗同時(shí)作業(yè)時(shí)，線路右軌向、左高低、右高低、軌距平順性指標(biāo)的提升較為顯著，水平、三角坑次之，左軌向提升不明顯，這是因?yàn)榇髾C(jī)精搗作業(yè)設(shè)置的方向基準(zhǔn)股為增里程方向的左軌。

由表6可知，當(dāng)線路僅進(jìn)行軌距精調(diào)作業(yè)時(shí)，對(duì)軌距的平順性指標(biāo)影響最大，TQI 下降率達(dá)28.65%，對(duì)軌向、高低的影響次之，而對(duì)高低、三角坑基本沒(méi)有影響。

由表7 可知，當(dāng)線路僅進(jìn)行大機(jī)精搗作業(yè)時(shí)，對(duì)高低、軌向的平順性指標(biāo)都有顯著的影響，作業(yè)前后其左高低、右軌向、右高低的TQI 下降了32.4%、26.14%及22.25%；大機(jī)精搗對(duì)水平、三角坑也有較為明顯的影響，作業(yè)前后其水平、三角坑的TQI 值分別下降了17.14%、15.89%；大機(jī)精搗對(duì)軌距基本沒(méi)有影響。

由表5、表6 與表7 對(duì)比可知，當(dāng)線路軌距精調(diào)與大機(jī)精搗共同作業(yè)時(shí)，線路總體TQI 下降率（20.73%）與僅進(jìn)行軌距精調(diào)作業(yè)（7.42%）或僅進(jìn)行大機(jī)精搗作業(yè)（16.60%）相比更大，對(duì)軌向、高低、水平、軌距、三角坑的影響也更加均衡。因此，人工精調(diào)疊加大機(jī)精搗能顯著提升線路的平順性。

4 結(jié)論

通過(guò)此次深度介入某有砟高鐵的線路后期精調(diào)工作，實(shí)踐大機(jī)精確搗固作業(yè)疊加人工精調(diào)作業(yè)降低有砟高鐵TQI的模式，主要有以下結(jié)論：

（1）人工精調(diào)必須和大機(jī)精搗作業(yè)相結(jié)合，才能快速有效的降低線路的TQI 值。左軌作為大機(jī)搗固作業(yè)的基準(zhǔn)股，降低了標(biāo)準(zhǔn)股的TQI值，加上人工精調(diào)對(duì)軌距的調(diào)整控制，非標(biāo)準(zhǔn)股的軌距TQI值可以同步降低。

（2）大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析表明，“先軌距調(diào)整、后大機(jī)整道、再扣件調(diào)整”的有砟高鐵精調(diào)流程對(duì)降低TQI值的方法行之有效，且在人工精調(diào)后安排大機(jī)精確搗固作業(yè)對(duì)高低、水平、軌向、三角坑的TQI 值改善更為明顯，平均下降幅度在15%以上。

（3）后期在人工精調(diào)上盡量安排兩遍以上的精調(diào)作業(yè)，而且時(shí)機(jī)很重要。在第一遍軌距精調(diào)結(jié)束后，及時(shí)對(duì)軌道線形測(cè)量并依據(jù)線形數(shù)據(jù)進(jìn)行大機(jī)精確搗固，第二遍大機(jī)精搗后需再次進(jìn)行人工精調(diào)作業(yè)，若條件允許可利用線形測(cè)量成果對(duì)第三遍大機(jī)精搗作業(yè)后的地段再次進(jìn)行人工精調(diào)作業(yè)，對(duì)軌距等TQI值較大地段進(jìn)行重點(diǎn)整治。