神朔铁路线路捣固作业维修质量评价方法

李仕毅，李春艳，包文艳，王福田

(1.北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；2.北京交通大学交通运输学院，北京 100044；3.中国神华集团公司 神朔铁路分公司，陕西 榆林 719316)

随着铁路养护维修机械化程度的不断提高，神朔铁路等重载铁路主要采用大型养路机械(以下简称大机)进行以捣固为主的综合维修作业[1]。大机捣固(以下简称捣固)可以快速、高质量地恢复轨道几何平顺性，是调整和控制轨道几何状态最有效的方法[2]。神朔铁路捣固作业工作量及维修成本随着年运量的增加基本呈逐渐上升的趋势[3]。研究如何评价线路捣固作业维修质量，对神朔铁路线路捣固作业质量管控以及制定合理的线路捣固作业方案具有重要意义。

国内外有不少学者对线路捣固作业维修质量评价开展过研究。Khouy等[4-5]利用捣固前后轨道高低不平顺变化情况，根据UIC相关标准评价瑞典某重载铁路线路捣固作业质量，并对捣固作业质量影响因素进行了简要分析。邱俊兴等[6]利用单位初始垂向不平顺改善系数评价捣固等作业质量。陈立[7]通过分析捣固作业前后的线路设备质量评价捣固作业效果，并分析了捣固作业质量影响因素。曲建军[2]利用轨道不平顺改善量、改善率、残留率等参数评价捣固作业质量。

上述研究仅选取轨道质量的改善量、改善率等作为捣固作业维修质量评价参数，但改善量、改善率等仅能说明捣固作业的即时效果，并不能全面反映捣固作业维修质量。捣固作业不仅会影响即时的轨道质量，而且会影响后续的轨道几何劣化率[8]，因此需通过全面考虑轨道质量改善情况和轨道几何劣化率的变化情况来评价捣固作业维修质量。本文提出结合改善率和发展率作为捣固作业维修质量评价参数的评价方法，并根据神朔铁路实际轨检车检测数据、捣固作业维修数据对评价方法的有效性进行验证，并对神朔铁路线路捣固作业维修质量进行评价分析。

1 线路捣固作业维修质量评价方法设计

传统研究对捣固作业维修质量的评价主要依靠改善率，改善率α定义为

α=(σ1-σ2)/σ1

(1)

式中：σ1为捣固前最后一次轨道质量状态检测值(本文选取轨道质量指数TQI(Track Quality Index)[9]代表轨道质量状态)；σ2为捣固后首次轨道质量状态检测值。

传统研究认为，α越大说明捣固作业维修质量越好，α越小说明质量越差。但α只能体现捣固作业的即时效果，α大所代表的作业效果只是暂时性的。由于α与σ1、大机设备工况、作业人员素质、捣固作业计划粗放程度等密切相关，捣固即时效果虽好，但可能轨道几何不平顺问题并没有得到根本解决，因此需要结合捣固作业效果稳定后的轨道质量状态评价捣固作业维修质量。本文提出发展率β，其定义为

β=(σ2-σ3)/σ2

(2)

式中:σ3为捣固后第2次轨道质量状态检测值。

发展率β表示捣固作业对轨道几何劣化率的作用效果，体现捣固作业的持续效果，发展率越大说明捣固作业持续效果越好。

为全面考虑捣固作业质量的即时效果和持续效果，本文结合改善率α和发展率β，提出以改善系数γ为综合评价参数的线路捣固作业维修质量评价方法。改善系数γ的定义为

γ=a1α+a2β

(3)

式中：a1，a2分别为α,β对应的权重，0

改善系数γ体现了捣固作业对即时轨道质量和持续轨道质量的综合效果，改善系数越大说明捣固作业维修质量越好。

为评价捣固作业维修质量，需综合考虑相关管理部门实际管理水平和历史检测维修数据，选取符合线路实际情况的评价基准值μ，当改善系数γ>μ时可以认为捣固作业维修质量较好，反之则认为捣固作业维修质量较差。

2 神朔铁路线路捣固作业维修质量评价

2.1 相关数据

为验证线路捣固作业维修质量评价方法的有效性，本文选取2014年9月—2016年12月神朔铁路河西运输段K0+000—K102+187共计31次的轨检车检测数据以及该时段内的捣固作业维修数据。表1为河西运输段2014—2016年线路捣固作业实际完成量。

表1 河西运输段2014—2016年线路捣固作业完成量 km

2.2 捣固作业维修质量评价

2.2.1 2种评价方法对比分析

根据神朔铁路线路捣固作业相关数据建立捣固前、后轨道质量指数TQI的对应关系，计算改善率α、发展率β、改善系数γ。本文选取a1=a2=0.5，即γ=0.5α+0.5β。利用MATLAB绘制α,β,γ对比分析箱线图，如图1所示。

图1 α,β,γ对比分析箱线图

由图1的对比结果可看出，改善率α和改善系数γ具有明显差异：①α值整体而言较γ大，但α值分布发散，说明即时效果虽较好但波动很大，即时效果不稳定，而改善系数γ值比较集中、稳定，能更有效地评价捣固作业维修质量；②γ较α有较多异常值，例如区段K98+800—K99+000在2015年5月10日进行了捣固作业，相应α，γ分别为 0.091 2，-0.285 3。用α评价捣固作业维修质量为较好，但用γ评价则为差(且为异常值)。导致以上现象的原因是捣固作业并没有使轨道质量的改善效果保持稳定，即时效果虽好(α=0.091 2)，持续效果却很差(β=-0.661 9)，因此综合评价为差(γ=-0.285 3)更符合实际情况。

综上所述，本文提出的评价方法可以更好地评价神朔铁路线路捣固作业维修质量。

2.2.2 基于改善系数γ的捣固作业维修质量评价

神朔铁路线路捣固作业改善系数γ的整体分布情况如图2所示。为进一步根据本文提出的评价方法对神朔铁路线路捣固作业维修质量进行评价，将改善系数γ在小于等于0.5范围内分为6个等级，并计算其对应的累计分布，见表2。

图2 改善系数分布情况

改善系数γ累计占比/%≤036.02≤0.173.75≤0.295.26≤0.399.48≤0.499.93≤0.5100.00

由图2和表2可知，γ值总体而言较小，捣固作业综合效果整体较差，其中，改善系数小于等于0.1的捣固作业占了绝大多数(比例高达73.75%)，改善系数小于等于0的占比高达36.02%。

导致捣固作业维修质量较差的原因可能是多方面的。但从捣固前200 m区段轨道质量指数TQI的分布可看出，线路捣固作业计划编制粗放可能是原因之一。图3为捣固前200 m区段轨道质量指数TQI值的频数分布图，可以看出，TQI值的分布较发散，波动很大，说明线路捣固作业计划的编制较为粗放，导致部分区段捣固作业完成后，出现道床稳定性不足、轨道几何劣化较快的情况。这也从另一个方面印证了现场普遍存在的过度修和欠维修现象。

图3 捣固前TQI值频数分布直方图

3 结论及建议

1)本文针对线路捣固作业维修质量，结合线路捣固作业对即时轨道质量和长期轨道质量变化的综合效果，提出了一种以改善系数为综合评价参数的评价方法。

2)利用神朔铁路河西运输段2014年9月—2016年12月共计31次的轨检车检测数据以及该时段内的捣固作业维修数据，对本文提出的线路捣固作业维修质量评价方法的有效性进行了验证，结果表明该方法可以更好地评价线路捣固作业维修质量。

3)下一步将通过收集更多的数据，研究改善系数γ的管理标准，并基于本文提出的评价方法，线路捣固作业计划的优化、捣固作业维修质量的改善等问题进行深入的研究。