陶紅軍

(成都鐵路局工務處,四川成都 610081)

軌道不平順是輪軌系統(tǒng)的激擾源,一方面直接影響行車的安全性和平穩(wěn)性,另一方面由于軌道不平順激擾引起的動荷載將加速軌道不平順的發(fā)展,從而進一步加大對行車安全性和車輛軌道設備使用壽命的影響。對軌道平順狀態(tài)評價的方法主要有三種,即軌道局部不平順超限評分法、用軌道質(zhì)量指數(shù)(Track Quality Index,簡稱TQI)來評價軌道狀態(tài)的方法、用能反映軌道不平順幅值和波長的功率譜密度來評價軌道平順狀態(tài)的方法[1～3]。目前我國軌道質(zhì)量狀態(tài)主要采用局部不平順超限評分和軌道質(zhì)量指數(shù)來評定[4～5]。

遂渝線是西南地區(qū)第一條最高時速為 200 km的客貨共線鐵路,除鋪設普通的有砟軌道外,遂渝線還包括了 13.157 km的無砟軌道試驗段,具有較強的代表性。本文以遂渝線2007年5月開通運營以來近一年的無砟軌道綜合試驗段和有砟軌道區(qū)段的實際檢測數(shù)據(jù)為基礎,從評分統(tǒng)計、軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)兩個方面分析和探究遂渝線軌道不平順的統(tǒng)計特征和規(guī)律,期望為其養(yǎng)護維修和系統(tǒng)管理提供一定的參考。

1 軌道平順狀態(tài)評價方法簡介[4]

目前我國對軌道平順狀態(tài)評定中主要采用的局部不平順超限評分法和用軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)來評價的方法。

1.1 軌道局部不平順超限評分法

局部不平順幅值超限評分法是根據(jù)軌道局部不平順超限等級來扣分評定,不同超限等級對應于不同的軌道不平順發(fā)展變化階段。其檢查評定項目包括軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂向振動加速度和橫向振動加速度七項。

評分法計算公式如式(1)所示。式中,S為每公里扣分數(shù);Ki為各級超限扣分加權系數(shù),對應于各級超限的扣分值;Tj為不同檢測項目的加權系,T1～T7均為 1;Cij表示不同檢測項目的各級超限個數(shù)。

線路平順性動態(tài)評定以1 km為單位,每 1 km扣分總數(shù)為各級、各項偏差扣分的總和,每 1 km線路動態(tài)評分標準為:優(yōu)良——扣分總數(shù)在 50分及以內(nèi);合格——扣分總數(shù)在51～300分;失格——扣分總數(shù)在 300分以上。

1.2 軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)

以 200m軌道區(qū)段作為單元區(qū)段,分別計算單元區(qū)段上左右高低、左右軌向、水平、軌距以及三角坑七項軌道幾何不平順幅值的標準差。幾何不平順幅值的標準差稱為單項指數(shù),七個單項指數(shù)之和用來評價該單元區(qū)段軌道平順性綜合質(zhì)量狀態(tài)的軌道質(zhì)量指數(shù)。

軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)的計算公式如式(2)所示。式中,σi=(1,2…7)表示單項指數(shù);Xi表示單元區(qū)段中幾何不平順采樣值的平均值;n表示采樣點數(shù)目。

2 軌道不平順評分統(tǒng)計

取遂渝線 K1～K 125(有砟段)和 K 126～K 139(無砟段)兩段作為分析線路。其中有砟段有效檢測次數(shù)為上行 8次,下行 9次;無砟段有效檢測次數(shù)為上行 5次,下行 9次。兩區(qū)段平均扣分見圖 1所示,各單項軌道不平順所占扣分的平均權重如表1所示。

圖1 兩區(qū)段各月份平均扣分散點圖

從圖 1可以看出無砟段各月份平均扣分大于有砟段,無砟段扣分嚴重。從表1可知,在有砟段,主要扣分項是高低、三角坑和水平加速度;在無砟區(qū)段,主要扣分項是水平加速度,占總扣分的 74.86%,而其他六項扣分則都遠小于有砟段,平順性較好。

3 軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)分布統(tǒng)計

從以上分析可知,遂渝線有砟軌道區(qū)段高低、軌向、水平、三角坑、軌距的扣分遠高于無砟軌道區(qū)段,有砟軌道的平順性較差。TQI統(tǒng)計分析取遂渝線有砟軌道段,即線路下行1～125 km(共 124 km,計算得 5 587個數(shù)據(jù)),上行 125～1 km(共124 km,計算得 4 914個數(shù)據(jù)),作為分析的目標線路,其中軌檢車有效檢測次數(shù)為上行 8次,下行 9次。

3.1 多次檢測數(shù)據(jù)的TQI頻數(shù)分布和累積分布

對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算,得到線路每 200m的 TQI數(shù)據(jù)。上行多次檢測數(shù)據(jù)的TQI頻數(shù)分布和累積分布見圖 2所示;下行多次檢測數(shù)據(jù)的 TQI頻數(shù)分布和累積分布見圖 3所示。TQI頻數(shù)定義為某一范圍內(nèi)的TQI值的個數(shù)占 TQI總數(shù)的百分比。

圖2 有砟段上行線路多次檢測 TQI頻數(shù)分布和累積分布

從圖 2可見,TQI處于 5—6,6—7,7—8三個區(qū)間的里程段分別為 24.46%、33.82%和 19.27%;TQI大于 5的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 90.54%,TQI小于 8的個數(shù)占 TQI總數(shù)的87.02%;TQI小于 10的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 95.26%,TQI小于 12的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 96.89%。

圖3 有砟段下行線路多次檢測TQI頻數(shù)分布和累積分布

從圖 3可見,TQI處于 5—6,6—7,7—8三個區(qū)間的里程段分別為 18.97%、31.09%和 21.68%;TQI大于 5的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 91.86%,TQI小于 8的個數(shù)占 TQI總數(shù)的79.88%;TQI小于 10的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 91.77%,TQI小于 12的個數(shù)占 TQI總數(shù)的 95.7%。

3.2 檢測數(shù)據(jù)的 TQI分段統(tǒng)計分析

除進行線路 TQI頻數(shù)和累積分布外,還對 TQI值按里程進行了分段統(tǒng)計,目的是判斷遂渝線的 TQI值與普通線路的TQI值的關系,同時,根據(jù) TQI的里程分布情況,與上述頻數(shù)分布進行對比,TQI按里程統(tǒng)計的計算公式為:

4種分段方式如下:

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種方法統(tǒng)計的有砟段上行 TQI分段統(tǒng)計結果見表2所示,下行 TQI分段統(tǒng)計結果見表3所示。

從上行 8次檢測的平均結果來看,TQI小于 10的里程約占總里程的 95.28%,TQI在 10—15之間的里程約占總里程的 3.28%,大于 15的里程約占總里程的 1.44%。

從下行 9次檢測的平均結果來看,有砟段 TQI小于 10的里程約占總里程的 91.71%,TQI在 10—15之間的里程約占總里程的 6.28%,大于 15的里程約占總里程的 2.01%。

從上述分析可以看出,TQI數(shù)值多集中于 5～10之內(nèi),無論是區(qū)間點數(shù)統(tǒng)計還是里程統(tǒng)計,TQI小于 10的均占 90%以上,因此,TQI=10作為控制遂渝線新建線路軌道不平順的評價指標,可以保證線路整體的較優(yōu)良狀態(tài)。

3.3 TQI權重分析

為了確定各項軌道不平順標準差在TQI中所占的比例和數(shù)值,對各項軌道不平順標準差在 TQI中的權重進行分析,各單項軌道不平順標準差在 TQI中所占的權重如表4所示。

由表4可見,對于遂渝線有砟段軌道,左右高低和三角坑不平順在 TQI中的權重較大,這與一般既有線情況下高低不平順和水平不平順在 TQI中占較大權重是有區(qū)別的。

以 TQI管理值為 10和表4中各單項軌道不平順標準差的所占比例,可計算得遂渝線有砟軌道區(qū)段各項不平順管理值,如表5示,同時給出了小于該管理值統(tǒng)計里程所占比例。

由表4、表5可見,線路絕大部分的單項軌道不平順標準差均小于管理值,且能保證 93.40%的線路在 TQI管理值范圍內(nèi),因此遂渝新建線路軌道質(zhì)量指數(shù)建議管理值可行。

4 結論

(1)由于在有砟段主要扣分項是高低、三角坑和水平加速度,而在無砟段主要扣分項是水平加速度,這使得無砟段各月份平均扣分明顯大于有砟段,但是無砟段高低、軌向、水平、三角坑、軌距、垂直加速度等扣分遠小于有砟段,說明無砟軌道平順性較好。

(2)由遂渝線有砟軌道上行、下行有效檢查數(shù)據(jù)的計算結果來看,無論是區(qū)間點數(shù)統(tǒng)計還是里程統(tǒng)計,TQI小于 10的均占 90%以上;因此,可把遂渝線有砟軌道 TQI的管理值初步定為 10,作為遂渝線新建線路軌道不平順評價指標,以保證線路整體的較優(yōu)良狀態(tài)。

(3)對于遂渝線有砟段而言,左右高低和三角坑不平順在 TQI中的權重較大,對軌道質(zhì)量的影響較大。

(4)根據(jù)遂渝線有砟軌道統(tǒng)計得到的 TQI管理值和各項不平順所占的權重,各項不平順小于管理值之內(nèi)的里程均大于 85%,且除軌距不平順為 85.84%,軌向不平順所占比例為 89.78%外,其他各項不平順小于管理值之內(nèi)的里程均超過 90%, 說明遂渝線有砟軌道TQI管理值定為 10基本能保證線路的質(zhì)量狀態(tài)。

[1]翁紹德,李志隆.軌道質(zhì)量指數(shù)的基本概念及計算機處理技術(上)[J].鐵道建筑,1994(8)

[2]王俊文.軌道質(zhì)量指數(shù)(TQI)在線路天窗維修中的應用[J].鐵道建筑,2009(11)

[3]陳憲麥.軌道不平順時頻域分析及預測方法的研究[D].鐵道部科學研究院,2006

[4]羅林,張格明,吳旺青,等.輪軌系統(tǒng)軌道平順狀態(tài)的控制[M].中國鐵道出版社,2006:139-142

[5]鐵運[2006]146號鐵路線路修理規(guī)則[S]