既有铁路轨道动态检测技术研究

苗兰弟，任庆国

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099)

既有铁路轨道动态检测技术研究

苗兰弟，任庆国

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099)

依据现有的轨检车的应用，研究现有轨道动态检测项目及应用，重点对在轨检车的数据分析及管理，轨道质量系数(TQI)的统计及应用，波形图识别及分析等方面进行了详细分析，对线路病害成因及波形图的对应关系进行研究。

轨道结构；既有铁路；轨道检测；动态检测

陇海线提速后，由于是客货共线铁路，开行大吨位的货车，轴重较大，荷载频率较高，轨道的几何形位尤其是曲线地段难以得到保证，产生的垂向、侧向不平顺会对客车的快速行驶产生极大影响，对线路的日常检测及保养增加了难度。同时，重载运输对铁路轨道结构影响很大，轨道结构的各个部件产生的变形都会直接或间接影响列车运营的平稳性和安全性。因此，研究提速列车运营下的轨道变形的检测方法、检测设备的革新与应用等成为目前迫切需要解决的问题。轨道动态检测是解决线路问题的重要措施，动态检测项目主要包括轨道几何参数、车体加速度参数、动力学指标、钢轨断面参数以及道床断面参数等。轨检车是检查轨道几何状态偏差、指导铁路线路检修、确保行车平稳安全的重要手段[1]。用轨道检查车(或添乘仪)测得的在列车车轮荷载作用下的轨道不平顺称为轨道动态不平顺。动态检测不能检测轨道构件的使用状态，但能较为真实地反应在列车荷载作用下轨道的弹性变形度，并以此来判断轨道线路质量的均衡度。

1 检测制度

陇海铁路线上允许速度大于120km/h的线路每月检查至少2遍[2]。对于年客货运量不小于80Mt的正线15～30天检查一遍；对于年客货运量为25～80Mt的正线每月检查1遍；对于年客货运量小于25Mt的正线每季检查1遍；如果线路状态较差可适当增加检查遍数。

2 轨道检测车的任务

(1)检查——依据确定的评价指标，在一定程度范围内检测，评价轨道状态、线路质量和养护水平。

(2)计划——根据不同等级线路提出的安全度和舒适度要求，提出恢复到设计状态所需要进行的维修保养计划。

(3)分析——提供轮轨关系在行车、科研、养路等方面的原始数据并进行整理分析，用以掌握轨道变化规律，加强科学管理，提高轨控水平。

3 检测精度要求

以GJ-4型轨检车为检测工具，检测的范围及精度要求见表1。

表1 轨检车检测的范围及精度要求

4 轨检车检测项目

轨检车二位端至一位端方向为轨检车正向。轨检车检测项目如表2所示。

5 轨检车数据管理

5.1 动态质量扣分标准

轨道动态质量容许偏差管理值可参考表3，按照不同的测量结果划定检测等级，一般划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四个等级，各等级的扣分标准为：

Ⅰ级超限，每处扣1分；Ⅱ级超限，每处扣5分；Ⅲ级超限，每处扣100分；Ⅳ级超限，每处扣301分。

相应的每公里线路动态评定标准为：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301分及以上。

5.2 轨道质量指数(TQI)

轨道质量指数(TQI)用来评定线路区段整体不平顺的动态质量。以200m的区段作为一个检测单元，计算该单元区段上的轨距、高低、轨向、水平等7项几何不平顺幅值的标准差(单项指数)，并对7个单项指数求和，称为轨道质量指数[8]。

TQI的计算公式如下：

主要干线轨道质量指数(TQI)的管理值见表3。

表3 TQI管理值

每200 m单元区段的TQI扣分标准见表4。

表4 TQI扣分标准

以每公里作为计算长度，则每公里的TQI扣分值为5个200 m单元区段的TQI之和，用T表示，则：

T值用来评价每公里轨道质量状态，并以此作为现场计划安排养护的依据，见表5。

表5 维修计划安排依据管理值

5.3 某区段轨检数据分析

计算线路某区段或全线TQI指数，一般可以利用编制软件直接求出该区段或全线TQI指数，也可以将数据库中的TQI数据转换为EXCEL格式进行计算，最后求得该区段或全线TQI指数。

本文就陇海线提速后时速160km/h某线路车间管辖区段K1640+000—K1660+000区段内各级超限情况对2013年2月、4月、6月及8月这4个月份的轨检车动态检测结果分别进行统计分析，统计结果见表6～9。

表6 K1640+000—K1660+000下行线各级超限汇总表 2013年2月

表7 K1640+000—K1660+000下行线各级超限汇总表 2013年4月

表8 K1640+000—K1660+000下行线各级超限汇总表 2013年6月

表9 K1640+000—K1660+000下行线各级超限汇总表 2013年8月

从表6～9中可以看出， 该线路车间管辖区段K1640+000—K1660+000区段，在2～8月中的检查中，轨检结果超限主要是一级及二级病害，其中严重的是高低以及轨检车垂直加速度两项。以轨检车检测结果为依据，车间应将一段时间内将养护重点放在高低和垂直磨耗的整治上。

5.4 TQI值计算分析

为准确利用TQI值指导线路维修，根据上述方法，选取一段代表性区段(以某线路车间管辖线路为例)的TQI值，进行分析，见表10。

表10 陇海线某区段各时期TQI值

可以看出，检测间隔基本上为1个月，将不同时期线路的综合TQI值以折线图(如图1)的形式表现出来，可以更加直观的看到这7个月线路变化状态，也可根据检测数据分析该区段的TQI的变化趋势。

图1 陇海线某区段各时期TQI值统计及变化趋势图

6 线路病害及相应的波形图表分析

轨道状态波形图对铁路线路养护维修起着非常重要的作用，它能够直观的反应现场检测项目的超限情况以及病害情况，据此指导现场养护工作。

轨向是指直线的平直及曲线的圆顺，轨向不良会使钢轨和车轮在横向上产生冲击，致使车辆产生蛇形晃动或者过多磨耗，严重影响列车的运行安全，加速轨道结构和道床变形。

造成轨向不良的原因：

(1)钢轨出现连续S形碎弯及硬弯。

(2)轨距的变化率较大，存在接头支嘴等病害。

(3)曲线半径过小，扣件扣压力不足等。

(4)长期用简易法拨道，正矢误差分布不均。

(5)超高设置不准确。

(6)无缝线路地区温差较大，长轨条的内应力分布不均。

依据现场实践经验，轨向可分为单波(半波)轨向、S形轨向、多波轨向。

图2 线路波形图

图2为某段线路波形图，可看出单波轨向对列车的影响非常小，整治也非常简单，只需拨道消峰即可控制列车晃动。

某线路里程处轨向在+6mm与-6mm幅值间振荡波形成S型，对应引起的水加波形也呈现S形，列车在缓和曲线上来回摆动，严重影响了行车安全，如图3所示。

图3 S形轨向线路波形图

连续多波轨向会使列车车轮蛇形运动，严重影响列车运行的安全稳定。图4所示为多波轨向不良波形图。

图4 多波轨向线路波形图

7 结 论

轨道动态检测能较为真实地反应在列车荷载作用下轨道的弹性变形度，并以此来判断轨道线路质量的均衡度。轨检车操作方便，检测项目全面，采集数据准确，波形图直观准确，能准确反映线路在轮轨作用下的实际变化，为线路安全运行的可靠检测方法。

[1] 储孝巍.客运专线轨道检测及维修技术的分析探讨[J].铁道标准设计，2005(2):29-32.

[2] 窦 鹏.基于激光扫描的既有轨道状态监测方法与精度分析[D].兰州交通大学，2014.

[3] 黄子龙.益湛线线路70 m高低病害的成因与整治[J].铁道运营技术,2014(2):67-69.

[4] 魏 晖. 高速铁路轨道平顺性 静态检测理论与精调技术研究[D].南昌大学,2014.

[5] 史红梅.基于车辆动态响应的轨道不平顺智能感知算法研究[D].北京交通大学,2012.

[6] 洪思敏.轨道检测小车测量方法的研究[D].广东工业大学,2015.

[7] 任轶南.基于现代检测技术的高速铁路曲线状态评价与整正方法[D].西南交通大学,2014.

[8] 冯文良.基于TQI数据的轨道养护维修[J].城市建设理论研究(电子版),2015(6):397.

Research on Dynamic Detection Technology of Existing Railway Track

MIAO Lan-di, REN Qing-guo

(Shanxi Railway Insititute, Weinan 714009, China)

On the basis of application of track inspection cars, the existing projects of track dynamic detection and their application are researched, especially in data analysis and management of track inspection cars, statistics and application of track quality index (TQI) and waveform recognition and analysis, to figure out the correspondence between causes of track diseases and waveform.

track structure; existing railway; track detection; dynamic detection

2017-03-09

院级课题“既有铁路轨道检测及轨控技术研究(2014-40)”。

苗兰弟(1983-) ，女，山西河曲人，讲师，硕士，主要从事桥梁施工技术与控制工作。

U216.3

B

1673-0496(2017)02-0017-04

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2017.02.006