王印飛

摘要 該研究為探索普速鐵路土工結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)和養(yǎng)護技術(shù)的建立，對國內(nèi)外典型的設(shè)計或養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行了總結(jié)和比較，并進行了理論分析和試驗，探討了普速鐵路安全指標(biāo)及其影響因素，從管理系統(tǒng)和檢測監(jiān)控技術(shù)兩方面提出了鐵路維修策略，為鐵路安全管理和維修提供了實用參考。

關(guān)鍵詞 普速鐵路;安全指標(biāo);設(shè)計規(guī)范;跟蹤維護

中圖分類號 U298 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0059-03

0 引言

鐵路安全是國家整體安全的重要組成部分，也是鐵路生產(chǎn)和發(fā)展的永恒主題[1]。近年來，隨著我國普速鐵路的大規(guī)模建設(shè)和運營里程的不斷增加，我國普速鐵路安全狀況總體上有所改善，雖然鐵路事故總數(shù)有所增加，但每百千米事故數(shù)有所下降，且有波動。中國幅員遼闊，高鐵建設(shè)條件多樣，外部環(huán)境復(fù)雜。經(jīng)過多年的運營，一些鐵路基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)了老化和缺陷。由于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的完整性和質(zhì)量是影響普速列車運行安全的最直接的因素，因此鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的完整性和質(zhì)量是鐵路運輸安全的基本條件，研究普速鐵路的安全管理與維護技術(shù)具有重要意義。國內(nèi)外對普速鐵路的安全管理與維護進行了大量的研究，取得了許多學(xué)術(shù)成果[2]。探索歐盟、日本、美國等國家和地區(qū)的鐵路技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，并總結(jié)了普速鐵路運行中可能存在的危害，分析了重大安全問題產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施[3]。普速鐵路工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方案，對某普速鐵路的安全保障體系、維修計劃和維修技術(shù)進行了研究，取得了很多成果[4]。通過在混凝土基層和路基之間注入聚合物材料來均勻抬升軌道結(jié)構(gòu)并恢復(fù)軌道線形的方法，并通過全尺寸物理模型試驗驗證了恢復(fù)后的軌道路基系統(tǒng)良好的動力性能和長期耐久性[5]。上述研究在一定程度上有助于提高我國普速鐵路的安全管理水平。

該研究通過對我國普速鐵路安全管理與維修技術(shù)的文獻綜述，對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進行了比較。對普速鐵路安全指標(biāo)及其影響因素進行了分析，提出了維修策略，介紹了鐵路維修新技術(shù)，完善可靠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)項目的規(guī)范化管理、基于動態(tài)驗收實時評價機制的鐵路調(diào)整優(yōu)化，并對其效果進行了驗證，為鐵路安全管理和維修實踐提供了參考。

1 普速鐵路安全管理確定

1.1 建立科學(xué)合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、安全監(jiān)督監(jiān)測、維護和應(yīng)急救援等方面對中國普速鐵路安全技術(shù)體系進行了研究。為保障鐵路安全，制定了普速鐵路路基、軌道、橋梁、隧道等各項工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)列車速度接近地面系統(tǒng)的臨界速度時，軌道基礎(chǔ)上的動荷載將被放大，由此產(chǎn)生的軌道不均勻沉降又加劇了列車車輪對軌道結(jié)構(gòu)的沖擊荷載。由于列車移動荷載使軌床主應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)動，列車行駛加速了道砟顆粒在軌床內(nèi)的運動，導(dǎo)致永久沉降過大。此外，由于道岔磨損或抽泥等原因造成的細顆粒進一步導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)承載力降低。水的滲透和地下水的上升是其他可能對普速鐵路軌道性能不利的因素。對于路基，采用巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工理念，嚴(yán)格控制填筑材料、壓實標(biāo)準(zhǔn)、變形控制和檢測規(guī)定。例如，路基一旦建成，沉降不得超過15 mm，路基沉降與結(jié)構(gòu)沉降之差不得超過5 mm[6]。建立與路基承載力、變形和應(yīng)變有關(guān)的設(shè)計控制指標(biāo)，以提高軌道的規(guī)律性，研究并制定了列車荷載、基頻、梁端角、彎跨比、變形和位移等一系列技術(shù)參數(shù)。

1.2 實施鐵路建設(shè)項目的標(biāo)準(zhǔn)化管理

鐵路建設(shè)項目的規(guī)范化管理是一個完整的概念。堅持系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、運營標(biāo)準(zhǔn)為主要內(nèi)容，鐵路建設(shè)項目的標(biāo)準(zhǔn)化管理在管理制度、人員配置、現(xiàn)場管理和過程控制。鐵路建設(shè)項目的規(guī)范化管理是普速鐵路本質(zhì)安全的保證。開發(fā)了簡支梁的制造、運輸和安裝技術(shù)，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)長期變形方面取得了突破，從厘米級到毫米級。通過制定軌下基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁、無砟軌道、緊固件、軌枕、道岔等一系列產(chǎn)品和相應(yīng)的施工技術(shù)，建立了中國普速鐵路工程技術(shù)體系，從頂層架構(gòu)的角度保證了中國普速鐵路的規(guī)律性。軌下基礎(chǔ)設(shè)施對高速列車運行性能的影響主要體現(xiàn)在變形、位移等因素上。軌道不平順可能是由長期變形和位移引起的，如橋臺沉降和局部塌陷。橋梁和隧道的沉降變形以及路基的沉降和開裂都會引起軌道的不規(guī)則性，這些沉降和開裂最終會反映在軌道的幾何狀態(tài)上。根據(jù)仿真以及定性和定量分析，在現(xiàn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)下，將軌道不平順的管理價值和列車的安全極限作為鐵路安全指標(biāo)是科學(xué)有效、合理的。

1.3 采用動態(tài)驗收進行調(diào)整優(yōu)化

動態(tài)驗收包括聯(lián)合調(diào)試、測試和運行測試。

（1）聯(lián)合調(diào)試測試：在普速列車投入運行前，通過對列車和相關(guān)設(shè)備的測試，對各系統(tǒng)的功能、性能、狀態(tài)以及各系統(tǒng)之間的匹配關(guān)系進行了全面的測試、驗證、調(diào)整和優(yōu)化。

（2）運行試驗：對正常和異常運行情況下的運行組織、旅客服務(wù)、整體系統(tǒng)的應(yīng)急救援進行演練。通過聯(lián)合調(diào)試和測試，對項目質(zhì)量進行了檢驗和確認(rèn)，并進一步驗證了固定設(shè)施和移動設(shè)備的兼容性和適用性，使整個系統(tǒng)功能達到標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各國和各地區(qū)實施的鐵路安全管理規(guī)定，高度重視軌道的正規(guī)性管理。理論研究和運行實踐也表明，軌道的規(guī)律性直接影響行車安全，運行舒適性、運行速度、列車和軌道部件的使用壽命、環(huán)境振動和噪聲。根據(jù)其干擾方向和形狀特征，軌道不平順性大致可分為高度不平順性、線形不平順性、軌距不平順性、水平不平順性和軌道扭曲性。

2 普速鐵路最優(yōu)維護策略

2.1 普速鐵路管理系統(tǒng)

普速鐵路一旦投入運營，通過養(yǎng)護使鐵路保持良好狀態(tài)是保證普速鐵路安全的關(guān)鍵。對日本、德國、法國鐵路公司的管理制度和維護模式進行了梳理和比較[7]。不同國家的鐵路養(yǎng)護制度和養(yǎng)護模式是不同的。經(jīng)比較，管理、檢查、維修嚴(yán)格分離，有利于專業(yè)管理，在管理上相互制約。中國實行獨立的檢查、維護和維修管理制度。維護主要分為專業(yè)維護和工程、電氣、電源綜合維護兩種方式。目前我國的維修模式以專業(yè)維修為主，實行一體化生產(chǎn)管理，基本實現(xiàn)了統(tǒng)一的組織架構(gòu)、統(tǒng)一的夜間窗口時間安排、統(tǒng)一的生產(chǎn)計劃、統(tǒng)一的組織、統(tǒng)一的應(yīng)急響應(yīng)。普速鐵路設(shè)備的維修分為定期維修和臨時維修。按照預(yù)防為主、防治結(jié)合、嚴(yán)格檢查、精心維修的原則，按照鐵路狀態(tài)的變化規(guī)律，合理安排養(yǎng)護和維修，并制定相應(yīng)的維修計劃，以確保鐵路處于符合鐵路運營要求的適當(dāng)狀態(tài)。

普速鐵路維護的安全問題以長期趨勢和過去事故的記錄為基礎(chǔ)的，因此，任何提高事故頻率知識的方法都是有意義的。監(jiān)測主要指標(biāo)有助于減少風(fēng)險觀念更新的滯后，從而有助于提高安全性。雖然普速鐵路運營商采用了許多先進系統(tǒng)控制理論的概念，但重點仍然是在技術(shù)和人力層面捕捉問題和變化的經(jīng)驗學(xué)習(xí)，而不是組織和制度層面。事故模型的使用，可以對技術(shù)故障和人為錯誤的高度關(guān)注，同時在組織和制度層面上掩蓋系統(tǒng)，這些因素可能影響系統(tǒng)中的多個防御。此外，結(jié)構(gòu)分解模型通常不能提供一個系統(tǒng)的方法來識別組織和制度層面的因素，并影響分析師對事故因果因素的識別。如果組織試圖理解事故，就會引發(fā)追究責(zé)任的問題，從而掩蓋組織和制度層面的因素。因此，為了了解影響普速鐵路的各種因素的重要性，從普速鐵路事故的事故因果因素趨勢中得出見解。此外，從傳統(tǒng)的技術(shù)故障和人為錯誤轉(zhuǎn)移到事故機制和影響普速鐵路的運營商組織和運營商監(jiān)管關(guān)系相關(guān)的潛在因素。

2.2 普速鐵路檢測與監(jiān)控技術(shù)

在相關(guān)信息平臺方面，英國、意大利、日本等國建立了集檢驗數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、輔助維修決策信息管理于一體的信息系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了檢驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。例如，英國鐵路公司Network Rail于2004年在英格蘭德比郡建立了工程支持中心。意大利RFI成立了國家鐵路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)診斷中心。日本鐵路局開發(fā)了鐵路管理信息系統(tǒng)，如新干線管理信息系統(tǒng)、東日本設(shè)備管理系統(tǒng)、維修管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、東海道維修管理系統(tǒng)、東海道新干線維修管理系統(tǒng)，建立了鐵路工程安全生產(chǎn)管理制度。覆蓋鐵路公司、鐵路局、基層、車間、各級工程部門，采用統(tǒng)一的檢驗數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)服務(wù)詞典、標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序，整合現(xiàn)有的工程信息資源，建立信息資源共享平臺。但是，目前系統(tǒng)缺乏基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)預(yù)測和輔助維修決策的功能，在智能分析和綜合評價方面與其他國家的同類系統(tǒng)相比仍然落后。

在檢測技術(shù)方面，世界各國都在推動軌道檢測車的研究、開發(fā)和應(yīng)用。目前現(xiàn)有的軌道檢測車一般采用慣性原理、激光攝影和圖像處理技術(shù)。相比其他國家如英國、意大利和日本，高速綜合檢測列車由中國獨立開發(fā)取得了長波違規(guī)行為的實時測量的跟蹤普速鐵路速度。自主研制了基于慣性參考、激光攝影和三維時變應(yīng)力測量技術(shù)的軌道不平順動態(tài)特性檢測系統(tǒng)。提出了綜合評價列車/軌道系統(tǒng)狀態(tài)的廣義能量法、我國普速鐵路不平度譜等理論，形成了分析和評價普速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀況的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)在檢測速度、功能、技術(shù)指標(biāo)等方面均超過國外同行，達到世界領(lǐng)先水平。中國還開發(fā)了一系列橋梁隧道和外來物入侵在線監(jiān)測系統(tǒng)，提高了普速鐵路安全水平。環(huán)境因素、自然因素或人為因素造成的破壞、隧道老化、維護不足和延期維修等，都可能導(dǎo)致隧道日益惡化隨著分析技術(shù)的進步，人們對這些問題的認(rèn)識日益加深，進一步強調(diào)了部署全自動化系統(tǒng)進行檢查和可持續(xù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測評估的必要性。鐵路隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測越來越需要基于全場圖像技術(shù)的監(jiān)測方法。對于任何可能影響隧道完整性的問題的監(jiān)測系統(tǒng)，最重要的是采用適當(dāng)?shù)臋z查方法來表明需要增加注意的潛在問題。檢測缺陷對于高效檢查、調(diào)查隧道狀態(tài)和重新安排維修作業(yè)至關(guān)重要，無論何時何地都需要。

2.3 普速鐵路養(yǎng)護的新技術(shù)

大型地面沉降和局部抽水或工程活動引起橋梁、路基、隧道等的沉降，需要及時處理，介紹了該領(lǐng)域的一些新技術(shù)。

2.3.1 高分子注漿提升技術(shù)

該技術(shù)的原理是高壓灌漿設(shè)備的使用，注入高聚合物灌漿材料，具有良好的填充性能，快速凝固，并通過注漿管向在支撐層下的分級碎石膨脹。隨著注漿壓力和膨脹力的注入，上軌結(jié)構(gòu)迅速解除。通過對注漿材料性能和注漿間隔的良好匹配，在鋼軌結(jié)構(gòu)的提升后形成的缺口，填補了注漿材料的填充，從而保持了軌道結(jié)構(gòu)的完整性。無碴軌道結(jié)構(gòu)特點是一個長臥嵌無碴軌道結(jié)構(gòu)，這一節(jié)構(gòu)由兩組單交叉退出和兩組單次退出組成。在道岔前后以及板坯和雙塊無砟軌道的過渡區(qū)域設(shè)置了端梁結(jié)構(gòu)，上下游線路的軌道標(biāo)高采用路基結(jié)構(gòu)，硬化灌漿材料與路基級配碎石完全結(jié)合為一體，漿體飽滿、密實、無縫隙，無孔洞。

2.3.2 橋架提升技術(shù)

采用千斤頂同步提升梁體支座，采用墊鋼板技術(shù)改善因相鄰橋墩不均勻沉降而造成的軌道不平順。同步提升系統(tǒng)由計算機控制，當(dāng)提升高度滿足墊鋼板厚度時，插入墊鋼板，梁安裝到位，并擰緊支撐螺栓。橋起重技術(shù)應(yīng)用于橋梁的高度調(diào)整幅度超過普速鐵路在中國最大的提升量，大大改善了相鄰橋墩之間的高度差和橋梁。

2.3.3 線下坡技術(shù)

根據(jù)動、靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)，制定了緊固件的調(diào)整方案，調(diào)峰是制定計劃的原則。即最高點峰值降低，最低點峰值升高。調(diào)整固定件后，動態(tài)測試的復(fù)合軌道沿下坡不平順度。以中國普速鐵路某路段緊固件調(diào)整為例，由于全線檢測車在該路段超標(biāo)，在確定最低值高度調(diào)整的最大量后，確定基本線性形狀。

2.3.4 軌道板更換技術(shù)

隨著軌道使用時間的延長，在溫度應(yīng)力、列車荷載、風(fēng)化等綜合作用下，部分軌道板會出現(xiàn)開裂、碎屑脫落、脹形等劣化現(xiàn)象。當(dāng)損壞達到一定程度時，必須在夜間開窗期間更換損壞的軌道板。新開發(fā)的技術(shù)是在不切斷軌道的情況下，通過橫向移軌來替代損壞的軌道板。

上述4種新型養(yǎng)護技術(shù)在我國普速鐵路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。高聚物注漿提升技術(shù)主要應(yīng)用于路基，提升量最大。橋架提升技術(shù)適用于橋架斷面獲得相對較大的提升量。線下坡工藝工作量相對較小。軌道板更換技術(shù)是解決軌道板老化情況的可行方法。

3 結(jié)論

普速列車的行駛性能主要受到軌道不規(guī)范的影響。因此，將軌道違章管理價值和列車安全限值作為現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵路安全指標(biāo)是科學(xué)合理的。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)項目標(biāo)準(zhǔn)化管理、動態(tài)驗收等方面總結(jié)了實現(xiàn)我國普速鐵路安全指標(biāo)的主要經(jīng)驗和方法。對比分析了國內(nèi)外普速鐵路狀態(tài)管理系統(tǒng)和檢測監(jiān)測技術(shù)，介紹了新型鐵路養(yǎng)護技術(shù)。為確定普速鐵路安全指標(biāo)，保持普速鐵路的理想狀態(tài)提供參考，為我國普速鐵路安全指標(biāo)的確定提供了核心支撐。

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