徐暐，張遠成，崔鵬，盧平

（中國鐵路南寧局集團有限公司 工電檢測所，廣西 南寧 530029）

0 引言

高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試是新線建設完成后，對各系統(tǒng)功能、性能、狀態(tài)和系統(tǒng)間匹配關系進行檢測、調(diào)整和優(yōu)化，使整體系統(tǒng)的功能達到最優(yōu)，滿足運輸要求，并實現(xiàn)移動設備與固定設備間達到最佳整體匹配的過程［1］。有砟軌道高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，線路工程的主要任務是通過軌道精調(diào)促使軌道精度滿足要求，該過程通常分成動態(tài)調(diào)整和靜態(tài)調(diào)整2個階段，靜態(tài)調(diào)整的目標是將軌道相對于其他設備的外部尺寸精度調(diào)整至容許范圍內(nèi)；動態(tài)調(diào)整的目標是消除線路病害使軌道平順度達到容許范圍內(nèi)。

2013—2020年，中國鐵路南寧局集團有限公司（簡稱南寧局集團公司）先后開展5段有砟軌道高鐵線路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。在早期的動態(tài)調(diào)整階段，因出現(xiàn)病害消除率長時間停滯不前的情況，于是成立專項小組進行長期分析和研究。項目組發(fā)現(xiàn)了一些不易解決的難題，例如，鋼軌焊縫引發(fā)的病害和動態(tài)發(fā)生的道床因素病害無法通過測量來研判；長波長高低病害具有極高易發(fā)性，從而導致施工中產(chǎn)生大量的再生病害；因大型搗固機（簡稱大機）無落道功能，導致無法按計算值搗固等。在此，針對上述問題，研究提出高效的系統(tǒng)性線路病害整治措施。

1 有砟軌道高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試初期線路病害

1.1 線路病害概述

線路軌面幾何不平順可采用量化指標來評判，對于200～250 km/h速度列車有12項，分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個扣分級別，當扣分達到Ⅱ及以上級別時，有砟軌道高鐵維修規(guī)范規(guī)定必須進行整治，可視為發(fā)生了線路病害。有砟軌道高鐵線路主要由鋼軌、道岔、扣件、軌枕和道床組成，因這些部件的內(nèi)因而導致的線路病害，可稱為某個因素引發(fā)的線路病害，其不平順扣分可視為病害的表征。

一旦獲知引發(fā)線路病害的內(nèi)因，即可很快找出消除病害的對策，但是微觀探測部件內(nèi)部非常困難，而檢測病害的表征則簡單得多，因此消除線路病害的常規(guī)手段是采用軌檢車或動檢車進行線路檢測，然后通過病害表征與內(nèi)因間邏輯關系鎖定內(nèi)因，最后確定整治對策。

1.2 線路病害分布情況

速度200～250 km/h線路軌檢車扣分指標有12項，可分成3類：軌距類（軌距、軌距變化率）、橫向類（軌向、橫向加速度、曲率變化率、橫加變化率、長波長軌向）、垂向類（高低、水平、三角坑、垂向加速度、長波長高低）。

2013—2020年，南寧局集團公司先后進行5段有砟軌道高鐵線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試，其中衡柳鐵路北段2013年6月16日軌檢車數(shù)據(jù)為具有代表性的聯(lián)調(diào)聯(lián)試初期數(shù)據(jù)，線路病害所占比重見圖1［2］。

其中，長波長高低病害的占比最大，高低、軌距和三角坑病害也占較大比重。之后在其他4段有砟軌道高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試初始階段，長波長高低病害也占據(jù)最大比重（見表1）［2］。表1中，柳南高鐵數(shù)據(jù)為二次精調(diào)數(shù)據(jù)，在南寧局集團公司介入前，管理公司曾進行過1次線路精調(diào)。

表1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試初期長波長高低病害的發(fā)生率 %

以南昆高鐵南百段為例，在整個線路精調(diào)的動態(tài)調(diào)整階段，病害分布的演變見圖2［2］。

圖2 南昆高鐵南百段聯(lián)調(diào)聯(lián)試線路主要病害分布演變

長波長高低情況屬于旅客舒適度指標，在普速鐵路中雖不被列為考核指標，但在有砟軌道高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段卻是一項重要問題。

2 線路病害整治方法

2.1 鋼軌因素病害

鋼軌因素引發(fā)的線路病害可出現(xiàn)3種情況：（1）鋼軌出現(xiàn)肥邊、表面塌陷等鋼軌輪廓幾何超限；（2）鋼軌焊縫區(qū)域出現(xiàn)幾何超限；（3）左右股鋼軌位置超限。前2種軌面幾何超限情況，可引發(fā)任何一種形式的軌檢車扣分，但又無法通過病害表征與內(nèi)因間邏輯關系予以鎖定。目前常規(guī)的物體表面幾何檢測設備仍無法做到足夠精細，展開精準的軌面缺陷修復操作仍然十分困難，可以采取排除法，采用簡單的全線鋼軌打磨來消除。該類無法精準測量的病害，應率先進行整治，否則可能會在整治其他類型病害時引起誤判。

我國新鋼軌的軌廓沒有針對動車輪轂面做特殊設計，為促使軌面與動車輪轂獲得高匹配度而防止車體產(chǎn)生超限振動，在軌道工程靜態(tài)驗收前應進行全線鋼軌預打磨［3］，且應采用鋼軌打磨列車或銑磨列車進行打磨或銑磨［4］。目前我國96頭打磨列車打磨作業(yè)已經(jīng)相當精細，在完成軌頭輪廓打磨的同時能夠有效消除軌面幾何超限，因此軌道精調(diào)中可不設置小范圍的軌面缺陷檢測及修正打磨作業(yè)，而采取先期進行全線鋼軌預打磨的辦法來消除上述前2種鋼軌因素病害。

左右股鋼軌位置異常會引起軌距類超限扣分，目前基本采用人工操控小型機具來消除，宜在動態(tài)調(diào)整的末段展開專項整治。

2.2 道床因素病害

2.2.1 動態(tài)發(fā)生的道床因素病害

道床因素病害的動態(tài)發(fā)生是指軌面無荷載時為良性狀態(tài)，當列車通過時發(fā)生幾何超限的現(xiàn)象，其內(nèi)因是出現(xiàn)了道床不密實或軌枕空吊。動態(tài)發(fā)生的道床因素病害可能以任何一種非軌距類軌檢車扣分的形式出現(xiàn)，無法通過測量來鎖定，但可以采取排除法，通過多次全線無數(shù)控道床搗固（簡稱普搗）進行排除。據(jù)測試，普搗3～5遍可基本消除動態(tài)發(fā)生的道床因素病害。多次普搗不僅能消除動態(tài)發(fā)生的道床因素病害，還能消除一部分短波長道床因素病害。

2.2.2 靜態(tài)發(fā)生的道床因素病害

軌面幾何超限和動態(tài)發(fā)生的道床因素病害，病害表征與內(nèi)因間無邏輯關系，這種類型病害的存在會導致病害整治靶向混亂，應先行完成整治。因此線路精調(diào)中整治線路病害應采取分而治之的總體策略，在靜態(tài)調(diào)整階段完成鋼軌打磨和焊縫區(qū)精磨工作，在動態(tài)調(diào)整階段的早期完成多次普搗作業(yè)。

采用排除法先行完成上述病害整治后，鋼軌因素引發(fā)的線路病害，只存在上述第（1）種情況，一旦軌檢車出現(xiàn)軌距類超限扣分，可直接安排人工調(diào)整消除。有砟軌道高鐵線路由鋼軌、扣件、軌枕和道床組成，在調(diào)聯(lián)聯(lián)試階段扣件和軌枕引發(fā)線路病害的占比極低，因此一旦出現(xiàn)非軌距類超限扣分可鎖定為道床因素引起，進一步可判定為靜態(tài)道床因素引起。

靜態(tài)發(fā)生的道床因素病害也可通過軌面幾何測量來發(fā)現(xiàn)，理論上可采用一種通用法則來消除：進行道床搗固，將軌面調(diào)整到設計坐標。道床搗固可采用便攜式搗固機、小型液壓搗固和大機作業(yè)，三者的作業(yè)功效比大致為1∶15∶175，此外大機具有數(shù)控搗固能力，而其他兩者無法精細控制，因此整治道床因素線路病害只能依靠大機。

大機橫向調(diào)整軌道的能力極強，事實上靜態(tài)調(diào)整階段結束后，橫向類幾何超限基本被消除，因此動態(tài)調(diào)整階段的主要任務是消除垂向類幾何超限。而消除垂向類幾何超限，理論上需要有抬道也需要有落道，但大機沒有落道功能，因此需采取變通的施工方法才能有效消除。

2.2.3 靜態(tài)發(fā)生的長波長高低病害

2.2.3.1 長波長高低扣分容許偏差值

進入動態(tài)調(diào)整階段后，靜態(tài)發(fā)生的道床因素病害為垂向類幾何超限，有5種類型，由圖2可見，長波長高低占比最高，其次是高低和三角坑。

長波長高低是一項評價軌面縱向平順度指標，測量弦長采用70 m，長波長高低容許偏差值見表2［4］。

表2 長波長高低容許偏差值 mm

2.2.3.2 長波長高低病害的軌面形態(tài)

對長波長高低病害地段軌面幾何狀況進行分析，呈現(xiàn)3種形態(tài)：（1）軌面平順，病害以動態(tài)方式出現(xiàn)；（2）軌面不平順，病害地點兩側的測量弦長范圍內(nèi)由多個不同坡度的坡段呈疊加形態(tài)；（3）軌面不平順，病害地點兩側的測量弦長范圍內(nèi)呈單一折角的簡單形態(tài)。占比依次為：36%、63%和1%［5］。

2.2.3.3 簡單形態(tài)下觸發(fā)長波長高低病害軌面臨界值

當病害地段的軌面呈現(xiàn)簡單形態(tài)時，長波長高低病害地點A的軌面示意見圖3。

圖3 簡單形態(tài)下觸發(fā)長波長高低病害的軌面示意圖

假設Hmax為地點A上的最大偏移值，L為測量所用弦長（速度為250 km/h以下時，L=70 m；速度250 km/h以上時，L=120 m），i1和i2分別為兩側坡段的坡度值，Δ為坡度差，則Δ=i2-i1，Δ與Hmax間有如下關系［6］：

將表1中的偏差值代入，得出簡單形態(tài)下觸發(fā)不同等級長波長高低扣分的軌面坡差值（見表3）。

表3 簡單形態(tài)下觸發(fā)長波長高低扣分的軌面容許坡差值 ‰

可見200～250 km/h高鐵線路軌面呈簡單形態(tài)幾何狀態(tài)，且坡度差絕對值大于0.57‰時，將觸發(fā)長波長高低病害。

2.2.3.4 疊加形態(tài)下觸發(fā)長波長高低病害軌面臨界值

某高鐵線路（速度200～250 km/h）病害地段軌面呈疊加形態(tài)的案例見圖4［7］，圖中A—G均表示地點。

圖4 軌面呈疊加形態(tài)示意圖

在測量弦長70 m的范圍內(nèi)，相鄰線段坡度差絕對值都小于簡單形態(tài)的容許值0.57‰，但因疊加效應，其合計偏差值超過10 mm的容許偏差值，觸發(fā)了長波長高低病害?？梢娫谲壝嫣幱谄露委B加形態(tài)時，整治長波長高低病害幾乎無定解，只有處于簡單形態(tài)下才存在明確的解決辦法，因此整治長波長高低病害應采取下述整治措施：（1）促使病害地點兩側的軌面處于簡單形態(tài)；（2）促使其坡度差絕對值小于容許值。

以圖4為例，進一步進行趨向性分析，弦長L范圍內(nèi)有n個坡段（n為4的倍數(shù)），病害地點位于弦長中部，坡段長度均為ι，坡度差絕對值均為Δ，則偏差值為：

按表1規(guī)定，對于200～250 km/h速度線路，觸發(fā)長波長高低病害的容許偏差值H=0.01 m。若弦長范圍內(nèi)疊加的坡段數(shù)n=8，坡度差容許值Δ=0.29‰；若疊加的坡段數(shù)n=16，坡度差容許值Δ=0.14‰。這些數(shù)值極為細微，可做出另一個推論：長波長高低病害具有極強易發(fā)性。

2.2.3.5 局部平順法整治靜態(tài)發(fā)生的長波長高低病害

整治靜態(tài)發(fā)生的道床因素病害，可采用搗固道床將軌面調(diào)整到設計坐標的通用法則來消除，但搗固機沒有落道的功能，可采用人工或清篩機進行落道，但落道會破壞道床穩(wěn)定性，還將引發(fā)大量次生病害，通?；謴偷来裁軐嵍刃柽M行5次以上道床搗固，不適合時間緊湊的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。

自然狀態(tài)下，線路軌面從來都不是絕對平順，而是由無數(shù)段坡度細微偏差的坡段連接而成。同理，病害地段的軌面長坡段坡度可調(diào)整為由一系列良性連續(xù)短坡段代替，并確保軌面抬落量大于0，這種處理方法可稱之為局部平順法。

按表3，觸發(fā)長波長高低病害的坡度差臨界值為0.57‰（測量弦長為70 m），同時良性的連續(xù)短坡必須具有一定冗余值。根據(jù)實踐經(jīng)驗，進行病害地段的軌面長坡段局部平順法調(diào)整時，其控制指標可制定為：連續(xù)短坡段的坡段長度不小于150 m（困難條件下不小于75 m），相鄰坡段坡度差絕對值不大于0.3‰，抬落量不小于0。

2.2.3.6 抑制再生性長波長高低病害

長波長高低病害具有極強易發(fā)性，所有道床作業(yè)都會引發(fā)長波長高低病害，根據(jù)項目組統(tǒng)計，如無針對性處理措施，整個動態(tài)調(diào)整階段所發(fā)生的長波長高低病害次生病害數(shù)量，與原發(fā)病害數(shù)量大致相等。因此，應制定如下系統(tǒng)性抑制再生性長波長高低病害策略：（1）通過道床搗固整治線路病害對的作業(yè)，盡可能采用大機數(shù)控搗固作業(yè)；（2）所有道床作業(yè)采用局部平順法進行抬道量優(yōu)化處理。

2.2.4 其他靜態(tài)發(fā)生的垂向道床因素病害

垂向類不平順扣分指標有5項，各自的容許偏差值見表4［4］。

表4 200～250 km/h線路軌道動態(tài)質量容許偏差值

（1）高低是一項評價軌面縱向平順度指標，測量弦長采用1.5～42 m，從表4可見，高低容許偏差值指標均低于測量弦長為70 m的長波長高低，因此采用局部平順法進行病害地段抬道量優(yōu)化處理，不僅可以整治高低病害，而且可以抑制長波長高低次生病害。

（2）水平為評價左右鋼軌頂面高差的指標，按表4，偏差值＞8 mm時為發(fā)生線路病害。大機作業(yè)有著超強的水平控制能力，常規(guī)情況下橫向水平控制在±2 mm以內(nèi)，縱向水平相距10 m的高低偏差≤3 mm，該數(shù)值遠小于發(fā)生病害的容許偏差值，由圖1和圖2可見，發(fā)生水平超限的占比很小。在動態(tài)調(diào)整階段，若軌檢車檢測出現(xiàn)水平超限扣分，可對病害地段采用多次普搗或采用局部平順法來消除。

（3）三角坑為評價左右股鋼軌頂面相對軌道平面扭曲程度的指標，軌檢車測量基長為3 m，按表4，偏差值＞6 mm時為發(fā)生線路病害。采用局部平順法來消除三角坑超限，軌面坡度差絕對值被控制在3‰以內(nèi)，假設極限條件下基準點出現(xiàn)2 mm的大機作業(yè)水平容許偏差，左股軌面延伸坡度為3‰，右股軌面延伸坡度為-3‰，在距離基準點前方3 m處，左右股軌面偏差值為：2+300×3/1 000+300×3/1 000=3.8 mm，遠小于發(fā)生三角坑超限時的偏差值，因此采用局部平順法搗固道床可有效抑制三角坑超限。

（4）垂向加速度是評價旅客舒適度的一項指標，為列車突然上升或下降的加速度數(shù)值，按表4，加速度值＞1.5 m/s2時為發(fā)生線路病害。采用局部平順法來消除垂向加速度超限，軌面異常變化的坡度差絕對值被控制在0.3‰以內(nèi)，坡段最小為150 m。假設列車縱向運行時速為極限速度250 km/h，列車縱向運行150 m后，垂向運動速度由0加速到最大值，列車偏離慣性軸最大距離：s=150×0.3/1 000=0.045 m，150 m行程列車運行時間：t=（0.15/250）×3 600=2.16 s，因時間極短，加速度值收斂于某一數(shù)值，則垂向變化加速度為：a=2×s/t2=2×0.045/2.162≈0.02 m/s2，遠小于發(fā)生垂向加速度超限時的加速度值，因此采用局部平順法搗固道床可有效抑制垂向加速度超限。

總之，消除靜態(tài)發(fā)生的5種垂向超限扣分，可統(tǒng)一采用局部平順法進行道床搗固，一方面可抑制長波長高低次生病害，另一方面，采取單一作業(yè)工法有利于充分發(fā)揮大機的作業(yè)效能。

水平和三角坑涉及左右股鋼軌的關系，如遇頑固性病害（發(fā)生概率極低），可進行左右股鋼軌軌面幾何測量，進行坐標分析，然后制定左右股鋼軌抬道方案。

2.2.5 病害地段線路測量范圍

在實施局部平順法整治靜態(tài)發(fā)生的道床類病害前，需首先對病害地段進行軌面幾何測量，然后對抬落量按局部平順法進行數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，最后交由大機數(shù)控搗固。因局部平順法規(guī)定最短微調(diào)坡段的長度為150 m，同時需考慮作業(yè)起終點的軌面順坡，制定軌面幾何測量計劃時，起點和終點需距離病害地點超過200 m。

2.2.6 特殊地段處理方法

對于一些特殊地段進行數(shù)據(jù)優(yōu)化處理時，應采取下述處理辦法：

（1）始終點的處理：始終測點的抬道量數(shù)值應接近零值，始終段坡段長度應不小于70 m，以此確保作業(yè)向外順坡時出現(xiàn)不可測狀況。

（2）道岔區(qū)的處理：道岔區(qū)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理應避免出現(xiàn)較大數(shù)值的抬道，并通過調(diào)整道岔區(qū)相鄰正線上的坡段來順應道岔區(qū)，以此避免岔心重量大、鄰線連接和軌道電路等因素的影響［8］。

（3）過渡段的處理：無砟軌道與有砟軌道間的過渡段進行數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，保持無砟軌道無抬道量，通過調(diào)整有砟軌道的坡段來順應無砟軌道坡段，確保變坡的坡段長度和坡度差值符合前述的規(guī)定。

（4）大抬道量的處理：起道量超過50 mm時，應制定多次抬道方案，并及時補砟。

2.3 軌距類病害

線路上實施大機搗固作業(yè)，總會產(chǎn)生一定數(shù)量的軌距類病害，因此除Ⅱ級以上級別的軌距類超限扣分需當日消除，Ⅱ級及以下級別的軌距類超限扣分，可在動態(tài)調(diào)整階段的末期展開專項整治，采用人工作業(yè)進行消除。

3 聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段系統(tǒng)性整治病害流程控制

綜上所述，有砟軌道高鐵線路精調(diào)中的動態(tài)調(diào)整和靜態(tài)調(diào)整流程見圖5，結合多年實踐經(jīng)驗，只要單位長度的機具設備配置充足，人員配置合理，施工措施到位，可在30～40 d完成全部任務。

圖5 有砟軌道高鐵線路精調(diào)流程

4 結束語

有砟軌道高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試線路精調(diào)階段，鋼軌軌面幾何超限、焊縫區(qū)域幾何超限和動態(tài)道床因素病害，所引發(fā)的病害表征具有不確定性，造成病害整治目標難以鎖定；長波長高低病害地段軌面呈坡段疊加形態(tài)時，病害呈現(xiàn)極強易發(fā)性，也無可操作的整治方案；整治道床因素病害所依賴的大機沒有落道的功能。如果對上述問題沒有充分認知和有效解決辦法，會導致病害整治效果低下，甚至使病害消除率長時間停滯不前。采取分而治之的總體整治策略，采用排除法、局部平順法和系統(tǒng)性抑制再生病害等整治措施，病害整治將更加靶向精準，一次性整治成功率可達到90%以上，大機強大的作業(yè)效率也能得到充分發(fā)揮，動態(tài)整治病害時間可以控制在20 d以內(nèi)。

消除線路病害工作是有砟軌道高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的主要成本消耗項目，而有砟軌道高鐵線路在新增高鐵線路中約占45%，因此靶向精準的病害整治以及極短周期的聯(lián)調(diào)聯(lián)試將顯著節(jié)約成本。