中国铁路轨道技术标准与国际标准化组织基础设施领域标准对比研究

宁娜

中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081

我国的高速铁路技术近年来取得了举世瞩目的成就，而随着“一带一路”全球化倡议的不断深入，我国铁路技术“走出去”面临机遇和挑战。我国的铁路技术服务需要面向全球市场。然而，铁路相关行业的产品具有较高经济附加值，国际市场竞争激烈，欧盟各国通过国际标准体系建立技术壁垒，直接导致我国具有更高技术经济性的产品因产品标准及知识产权问题在印尼、俄罗斯、伊朗、印度等国受阻。

因此，亟需加快我国铁路相关产品标准国际化工作进程，积极参与国际标准的制定，并将我国产品纳入国际标准体系。这对于我国铁路技术的全球化发展，推动高铁的“走出去”战略，提升我国在国际社会的影响力具有重要意义［1］。

1 基础设施分委员的工作内容及中国参与情况

国际标准化组织（ISO）于2012年成立了铁路应用技术委员会（TC269，隶属于ISO），2016年正式启动了包括基础设施分委会（SC1，隶属于TC269）在内的3个分委会的工作。SC1工作内容涵盖轨道结构、站台、车站、调车场、隧道、桥梁等土木工程结构，以及特殊铁路需求在内的铁路基础设施产品和设备的设计、制造、安装、测试、合格评定及全寿命周期维修的标准制定及维护。中国作为主要承担方，承担了SC1联合秘书处的标准制定及专家联络工作。

SC1共有5个工作组和2个特别工作组，结构如表1所示。其中，我国专家参与了全部的工作组和特别工作组，并担任了轨道质量评估（WG2）、钢轨焊接（WG3）、大型养路机械（AG2）、无砟轨道系统（AG3）工作组和特别工作组的召集人，全面主持国际标准的制定和相关研究。

表1 SC1工作组和特别工作组

2 国内外铁路工务相关技术及产品标准对比

轨道部件产品主要包括钢轨、扣件、轨枕和道床四大类，但是相关设计标准，生产、制造、维护技术和标准非常繁杂。各国按照自己国家铁路发展的过程形成了本国的标准，中国与各国标准的互认工作艰巨而繁重。

2.1 钢轨焊接

现代铁路运输主要发展方向为高速、重载和大运量，无缝线路是安全运营的基础，钢轨焊接技术是无缝线路铺设的关键。世界各国对于钢轨焊接方式各有侧重，我国的钢轨焊接标准中对闪光焊、铝热焊、气压焊三种焊接方式进行了详细的规定，并形成了系统的工艺工法［2］。而欧洲标准则主要关注闪光焊和铝热焊两种焊接方式。电弧焊接技术和气压焊接技术则是在日本广泛应用于现场的焊接方式。

国际标准钢轨焊接工作组（WG3）成立于2018年，由中国和日本联合主持工作。为兼顾世界各国的钢轨焊接形式，ISO标准由多个部分组成系列标准，对钢轨焊接的一般要求以及各种焊接方法进行了详细规定［3-11］。国内外钢轨焊接标准见表2。

表2 国内外钢轨焊接标准

ISO 23300⁃1《铁路应用—钢轨焊接 第1部分：钢轨焊接的通用要求和试验方法》兼容了各国标准的差异。其差异主要在于：对于焊接质量的评价，中国采用三点弯曲疲劳试验方法，而欧洲和日本则采用四点弯曲疲劳试验方法。就钢轨接头的平直度而言，我国的标准较国外更为严格［12］。

为了研究中国和欧洲标准的弯曲疲劳试验方法，我国采用欧洲标准测试方法，持续进行了长期的四点弯曲疲劳试验。研究结果表明，三点弯曲疲劳试验方法完全可以满足欧洲四点弯曲疲劳试验要求，并成功将中国标准及试验方法纳入了国际标准。具体包括：①可有效评价接头疲劳性能的三点弯曲疲劳试验方法；②用于检验钢轨焊口缺陷的落锤法；③对钢轨焊接接头进行的超声波探伤检查；④对钢轨焊接接头进行轨头受拉的静弯试验；⑤用于检查钢轨焊接接头平直度的中国铁路标准。

2.2 扣件

SC1于2017年1月成立了扣件工作组（WG7），启动了编制扣件国际标准ISO 22074系列。扣件国际标准的制定主要是基于欧洲标准EN 13146测试方法系列标准和EN 13481性能要求系列标准。中国铁路标准中扣件相关标准分为铁路行业标准、企业标准等不同级别，目前以铁路行业标准为主。就扣件形式而言，我国主要采用弹条型扣件，已有40多年的历史［13］。我国现行铁路扣件系统标准见表3［14-21］。

沉桩过程桩周土体径向土压力先增大后减少，随着深度的增加，径向土压力的影响越大，径向土压力达到最大值时，孔隙水压力开始消散.沉桩过程桩周土体超孔隙水压力急剧上升，并随径向距离和深度增加而增大，桩端经过某一平面一定深度时超孔隙水压力最大，沿径向有一定滞后性.

表3 我国现行铁路扣件系统标准

欧洲铁路扣件系统相关标准主要分为两部分：一是扣件系统的试验方法［22-30］，二是扣件系统的性能要求［31-37］。各项具体标准见表4。

表4 欧洲铁路扣件系统相关标准

欧洲铁路扣件系统试验方法标准与我国基本类似。对钢轨纵向阻力、组装扣压力、组装静刚度、组装疲劳性能等扣件系统室内试验方法进行了规定。但欧洲铁路扣件相关标准中，按照混凝土枕用扣件、木枕用扣件、钢枕用扣件和无砟轨道用扣件进行分类，分别规定不同种类扣件的技术性能要求；而我国的扣件标准则是按照铁路线路类型，如高速铁路、客货共线铁路、重载铁路，将不同型号的扣件进行归类，并对其技术性能进行规定。

目前国内外扣件系统标准体系在试验方法上基本相似，但在测试参数等方面仍存在较大差异。主要包括：①加载设备的加载频率和记录设备的采样频率要求不同；②试验加载和卸载流程存在差异，如扣件组装刚度测试中，中国标准每次加载后须静置3 min后再进行下次加载；③中国标准中对小阻力扣件相关试验方法进行了规定，而国外标准中未考虑小阻力扣件；④试验加载和记录次数上存在差异，中国标准和欧洲标准对垫板动刚度加载次数、扣件组装动刚度的记录次数的要求不同；⑤试验所需工装和部件要求不同，如对垫板静刚度所用砂纸、荷载分布板和扣件组装疲劳试验的加载架的要求不同标准存在差异。

2.3 轨枕

轨枕从材料角度可分为木枕、混凝土枕、复合材料轨枕三大类。木枕由于其耐久性能及强度不高，且需要大量砍伐森林，其工程应用已经逐渐淡化。混凝土轨枕已逐渐成为国内外有砟轨道轨枕结构的主要形式，但各国设计的混凝土轨枕结构形式存在差异［38］。目前轨枕的国际标准主要包括混凝土轨枕及复合轨枕两大类。

2.3.1 混凝土轨枕

SCI于2017年5月成立了混凝土轨枕工作组（WG6）。中国铁路标准中轨枕分为铁路行业标准和企业标准，目前以铁路行业标准为主。我国现行有砟轨道混凝土轨枕标准［39-46］见表5。

欧洲铁路混凝土轨枕标准体系与我国不同，所有的轨枕统一采用EN 13230系列标准［47-51］，而EN 13230系列标准按照一般要求及不同类型轨枕的特殊要求划分为5个部分，具体情况见表6。

目前世界上发展铁路运输的主要国家和地区均有各自的混凝土轨枕标准体系，不仅体系的划分标准不同，而且不同标准体系在具体内容上也存在较大差异。原材料方面，除了对水泥的要求和混凝土耐久性要求，欧洲标准额外规定了吸水性和耐磨性试验（但并未规定具体指标要求），中国标准规定的指标相对更多，对指标的要求也相对高于国外同类标准。

表5 我国现行有砟轨道混凝土轨枕标准

表6 欧洲铁路混凝土轨枕标准

制造工艺方面，中国轨枕标准除了养护和放张以外，对于钢丝的下料偏差、预应力施加工艺、脱模后的养护等也给出了具体的规定，较国外更为细致具体。各国对轨枕的外形尺寸偏差要求和外观质量要求有所不同，相对而言中国标准规定的检验项目较为具体，而且大部分指标的限值更为严格，尤其是对外观质量的要求。由于各国轨枕设计方法不同，枕上动压力和荷载弯矩计算图式存在一定差异。各国轨枕标准中强度的试验要求亦有一定的差异，欧洲标准规定的试验程序相对较为复杂，而且额外增加了对轨下截面正弯矩动载试验的要求。

2.3.2 复合轨枕

SCI于2017年2月成立了复合轨枕工作组（WG1）。ISO标准主要包括三部分内容：

①铁路应用—复合轨枕岔枕和明桥面桥枕第1部分：材料特性；②铁路应用—复合轨枕岔枕和明桥面桥枕第2部分：试验方法；③铁路应用—复合轨枕岔枕和明桥面桥枕第3部分：一般要求。

第1部分（材料特性）和第2部分（试验方法）对铁路线路用复合轨枕岔枕和明桥面桥枕的材料强度、耐老化、耐候性等参数或性能的指标要求和试验方法进行了统一规定。第3部分（一般要求）则针对铁路线路用复合轨枕岔枕和明桥面桥枕的生产制造、产品检验、运输存储等工序的一般要求进行了规定。

3 国内外轨道质量评估标准对比

中国牵头轨道质量评估，于2015年成立特别工作组（AG12），2017年正式成立工作组（WG2），现正在开展ISO 23054⁃1《轨道几何质量第一部分：轨道几何和轨道几何质量定义》标准的制定工作。轨道质量会影响列车运行的安全性和舒适性，世界各国都很重视轨道质量的管理工作，制定了各自的轨道质量管理标准。例如欧洲标准EN 13848，EN 13231在轨道几何质量部分对轨道几何参数、轨道检查车、轨道几何质量水平等作了规定。我国轨道质量评估领域的标准国际化工作进展较快。例如我国现行的TB∕T 3355—2014《轨道几何状态动态检测及评定》［52］中对于复合不平顺进行了详细规定，是欧洲标准所欠缺的。

国内外轨道质量评估标准的差异主要体现在：①欧洲标准中检测轨距时选取的是钢轨顶面以下14 mm处，而国内标准为16 mm处。②对于高低和轨向测量，采用惯性基准法时国内外轨道不平顺的管理波长并不一致。对于高低、轨向的波长，中国标准规定的中长波为1.5~42.0 m、长波分为1.5~70.0 m和1.5~120.0 m，欧洲标准规定高低波长为3~25 m、25~70 m和70~150 m，轨向波长为3~25 m、25~70 m和70~200 m。③中国与欧洲对于各轨道几何参数的最大容许误差和分辨率的规定有所差异，总体而言我国的标准更为严格［53］。此外，中国对于轨距变化率和车体加速度的规定更为明确。④国内外的幅值管理都采用等级划分的管理方式，但等级的个数并不一致；对于区段管理，大多数国家都采用单项轨道几何参数的标准差和各项参数的综合指数，但采用的参数和区段长度并不完全一致。

4 结语

本文对比分析我国铁路工务技术和产品与国外相关标准的差异，明确今后各标准国际化工作方向。

1）在钢轨焊接领域的标准国际化主要工作内容包括：①在规范性附录中补充我国独有的超声波探伤技术、焊接接头落锤试验方法、轨头受拉静弯试验方法；②在资料性附录中补充焊接接头的平直度标准；③提出适于用全世界不同轨型钢轨静弯载荷计算公式。

2）扣件产品标准国际化需要开展的工作主要包括：①将我国的扣压力测试方法纳入国际标准；②将我国的小阻力扣件测试方法纳入标准；③组装疲劳试验方法兼容我国的试验方法。

3）轨枕标准国际化工作方向是在兼容各国标准差异的基础上形成统一的技术要求：①在原材料方面，进一步统一吸水性、耐磨性等耐久性指标要求；②在制造工艺方面，兼容各国预应力施加工艺、脱模后的养护方法、轨枕的外形尺寸偏差要求、外观质量要求等；③在轨枕强度设计及试验要求方面，统一枕上动压力和荷载弯矩计算图式，并完善动载试验要求。

4）对于轨道质量评估标准，国内外对各项检测参数的具体定义有所不同，但评价指标及方法基本类似。我国在轨道复合不平顺定义、不平顺谱随机部分的描述等方面的标准更为完善。在该领域下一步的工作主要包括：①进一步统一国内外标准中复合不平顺、高低轨向等指标的差异；②进一步统一检测标准，并对惯性基准法、弦测法两种测量方法进行完善。

以上分析的只是极少部分工务相关标准国际化工作的方向、进展和以后的工作，而轨道结构工务领域的标准非常繁杂，应该积极开展相关领域国际标准的研究，为“一带一路”倡议实施打下基础。