遂渝线轨道不平顺统计分析

陶红军

(成都铁路局工务处,四川成都 610081)

轨道不平顺是轮轨系统的激扰源,一方面直接影响行车的安全性和平稳性,另一方面由于轨道不平顺激扰引起的动荷载将加速轨道不平顺的发展,从而进一步加大对行车安全性和车辆轨道设备使用寿命的影响。对轨道平顺状态评价的方法主要有三种,即轨道局部不平顺超限评分法、用轨道质量指数(Track Quality Index,简称TQI)来评价轨道状态的方法、用能反映轨道不平顺幅值和波长的功率谱密度来评价轨道平顺状态的方法[1～3]。目前我国轨道质量状态主要采用局部不平顺超限评分和轨道质量指数来评定[4～5]。

遂渝线是西南地区第一条最高时速为 200 km的客货共线铁路,除铺设普通的有砟轨道外,遂渝线还包括了 13.157 km的无砟轨道试验段,具有较强的代表性。本文以遂渝线2007年5月开通运营以来近一年的无砟轨道综合试验段和有砟轨道区段的实际检测数据为基础,从评分统计、轨道质量指数(TQI)两个方面分析和探究遂渝线轨道不平顺的统计特征和规律,期望为其养护维修和系统管理提供一定的参考。

1 轨道平顺状态评价方法简介[4]

目前我国对轨道平顺状态评定中主要采用的局部不平顺超限评分法和用轨道质量指数(TQI)来评价的方法。

1.1 轨道局部不平顺超限评分法

局部不平顺幅值超限评分法是根据轨道局部不平顺超限等级来扣分评定,不同超限等级对应于不同的轨道不平顺发展变化阶段。其检查评定项目包括轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动加速度七项。

评分法计算公式如式(1)所示。式中,S为每公里扣分数;Ki为各级超限扣分加权系数,对应于各级超限的扣分值;Tj为不同检测项目的加权系,T1～T7均为 1;Cij表示不同检测项目的各级超限个数。

线路平顺性动态评定以1 km为单位,每 1 km扣分总数为各级、各项偏差扣分的总和,每 1 km线路动态评分标准为:优良——扣分总数在 50分及以内;合格——扣分总数在51～300分;失格——扣分总数在 300分以上。

1.2 轨道质量指数(TQI)

以 200m轨道区段作为单元区段,分别计算单元区段上左右高低、左右轨向、水平、轨距以及三角坑七项轨道几何不平顺幅值的标准差。几何不平顺幅值的标准差称为单项指数,七个单项指数之和用来评价该单元区段轨道平顺性综合质量状态的轨道质量指数。

轨道质量指数(TQI)的计算公式如式(2)所示。式中,σi=(1,2…7)表示单项指数;Xi表示单元区段中几何不平顺采样值的平均值;n表示采样点数目。

2 轨道不平顺评分统计

取遂渝线 K1～K 125(有砟段)和 K 126～K 139(无砟段)两段作为分析线路。其中有砟段有效检测次数为上行 8次,下行 9次;无砟段有效检测次数为上行 5次,下行 9次。两区段平均扣分见图 1所示,各单项轨道不平顺所占扣分的平均权重如表1所示。

图1 两区段各月份平均扣分散点图

从图 1可以看出无砟段各月份平均扣分大于有砟段,无砟段扣分严重。从表1可知,在有砟段,主要扣分项是高低、三角坑和水平加速度;在无砟区段,主要扣分项是水平加速度,占总扣分的 74.86%,而其他六项扣分则都远小于有砟段,平顺性较好。

3 轨道质量指数(TQI)分布统计

从以上分析可知,遂渝线有砟轨道区段高低、轨向、水平、三角坑、轨距的扣分远高于无砟轨道区段,有砟轨道的平顺性较差。TQI统计分析取遂渝线有砟轨道段,即线路下行1～125 km(共 124 km,计算得 5 587个数据),上行 125～1 km(共124 km,计算得 4 914个数据),作为分析的目标线路,其中轨检车有效检测次数为上行 8次,下行 9次。

3.1 多次检测数据的TQI频数分布和累积分布

对检测数据进行统计计算,得到线路每 200m的 TQI数据。上行多次检测数据的TQI频数分布和累积分布见图 2所示;下行多次检测数据的 TQI频数分布和累积分布见图 3所示。TQI频数定义为某一范围内的TQI值的个数占 TQI总数的百分比。

图2 有砟段上行线路多次检测 TQI频数分布和累积分布

从图 2可见,TQI处于 5—6,6—7,7—8三个区间的里程段分别为 24.46%、33.82%和 19.27%;TQI大于 5的个数占 TQI总数的 90.54%,TQI小于 8的个数占 TQI总数的87.02%;TQI小于 10的个数占 TQI总数的 95.26%,TQI小于 12的个数占 TQI总数的 96.89%。

图3 有砟段下行线路多次检测TQI频数分布和累积分布

从图 3可见,TQI处于 5—6,6—7,7—8三个区间的里程段分别为 18.97%、31.09%和 21.68%;TQI大于 5的个数占 TQI总数的 91.86%,TQI小于 8的个数占 TQI总数的79.88%;TQI小于 10的个数占 TQI总数的 91.77%,TQI小于 12的个数占 TQI总数的 95.7%。

3.2 检测数据的 TQI分段统计分析

除进行线路 TQI频数和累积分布外,还对 TQI值按里程进行了分段统计,目的是判断遂渝线的 TQI值与普通线路的TQI值的关系,同时,根据 TQI的里程分布情况,与上述频数分布进行对比,TQI按里程统计的计算公式为:

4种分段方式如下:

① TQI<10,10≤TQI<15,TQI≥15;

② TQI<11,11≤TQI<15,TQI≥15;

③ TQI<12,12≤TQI<15,TQI≥15;④ TQI<13,13≤TQI<15,TQI≥15。

按第①种方法统计的有砟段上行 TQI分段统计结果见表2所示,下行 TQI分段统计结果见表3所示。

从上行 8次检测的平均结果来看,TQI小于 10的里程约占总里程的 95.28%,TQI在 10—15之间的里程约占总里程的 3.28%,大于 15的里程约占总里程的 1.44%。

从下行 9次检测的平均结果来看,有砟段 TQI小于 10的里程约占总里程的 91.71%,TQI在 10—15之间的里程约占总里程的 6.28%,大于 15的里程约占总里程的 2.01%。

从上述分析可以看出,TQI数值多集中于 5～10之内,无论是区间点数统计还是里程统计,TQI小于 10的均占 90%以上,因此,TQI=10作为控制遂渝线新建线路轨道不平顺的评价指标,可以保证线路整体的较优良状态。

3.3 TQI权重分析

为了确定各项轨道不平顺标准差在TQI中所占的比例和数值,对各项轨道不平顺标准差在 TQI中的权重进行分析,各单项轨道不平顺标准差在 TQI中所占的权重如表4所示。

由表4可见,对于遂渝线有砟段轨道,左右高低和三角坑不平顺在 TQI中的权重较大,这与一般既有线情况下高低不平顺和水平不平顺在 TQI中占较大权重是有区别的。

以 TQI管理值为 10和表4中各单项轨道不平顺标准差的所占比例,可计算得遂渝线有砟轨道区段各项不平顺管理值,如表5示,同时给出了小于该管理值统计里程所占比例。

由表4、表5可见,线路绝大部分的单项轨道不平顺标准差均小于管理值,且能保证 93.40%的线路在 TQI管理值范围内,因此遂渝新建线路轨道质量指数建议管理值可行。

4 结论

(1)由于在有砟段主要扣分项是高低、三角坑和水平加速度,而在无砟段主要扣分项是水平加速度,这使得无砟段各月份平均扣分明显大于有砟段,但是无砟段高低、轨向、水平、三角坑、轨距、垂直加速度等扣分远小于有砟段,说明无砟轨道平顺性较好。

(2)由遂渝线有砟轨道上行、下行有效检查数据的计算结果来看,无论是区间点数统计还是里程统计,TQI小于 10的均占 90%以上;因此,可把遂渝线有砟轨道 TQI的管理值初步定为 10,作为遂渝线新建线路轨道不平顺评价指标,以保证线路整体的较优良状态。

(3)对于遂渝线有砟段而言,左右高低和三角坑不平顺在 TQI中的权重较大,对轨道质量的影响较大。

(4)根据遂渝线有砟轨道统计得到的 TQI管理值和各项不平顺所占的权重,各项不平顺小于管理值之内的里程均大于 85%,且除轨距不平顺为 85.84%,轨向不平顺所占比例为 89.78%外,其他各项不平顺小于管理值之内的里程均超过 90%, 说明遂渝线有砟轨道TQI管理值定为 10基本能保证线路的质量状态。

[1]翁绍德,李志隆.轨道质量指数的基本概念及计算机处理技术(上)[J].铁道建筑,1994(8)

[2]王俊文.轨道质量指数(TQI)在线路天窗维修中的应用[J].铁道建筑,2009(11)

[3]陈宪麦.轨道不平顺时频域分析及预测方法的研究[D].铁道部科学研究院,2006

[4]罗林,张格明,吴旺青,等.轮轨系统轨道平顺状态的控制[M].中国铁道出版社,2006:139-142

[5]铁运[2006]146号铁路线路修理规则[S]