楊文 曲建軍 龍亦語(yǔ) 李茂 劉攀

1.朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧 062350；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081

朔黃鐵路是我國(guó)西煤東運(yùn)的第二大重載運(yùn)輸通道，年通過(guò)總重目前已突破4億t。應(yīng)用大型養(yǎng)路機(jī)械對(duì)軌道進(jìn)行搗固維修是重載鐵路消除軌道幾何病害、保持線路質(zhì)量的主要方式之一。朔黃重載鐵路管理標(biāo)準(zhǔn)一直沿用TG/GW102—2019《普速鐵路線路修理規(guī)則》［1］。隨著朔黃鐵路搗固維修能力和維修質(zhì)量的提高，普速鐵路的維修管理值已不適用于朔黃鐵路，不能滿足狀態(tài)修、精細(xì)化維修等要求，需要結(jié)合朔黃鐵路自身特點(diǎn)建立起一套線路狀態(tài)分級(jí)管理和搗固維修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的搗固維修作業(yè)［2］。

目前各國(guó)基本采用軌道質(zhì)量指數(shù)（Track Quality Index，TQI）累計(jì)分布占比劃分軌道狀態(tài)［3］。歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS 13848?5：2008［4］、國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC 518—2009［5］等按照高低和軌向單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)差累計(jì)分布降序的順序?qū)④壍蕾|(zhì)量分為三級(jí)。英國(guó)采用200 m單元區(qū)段的單項(xiàng)幾何參數(shù)的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)軌道區(qū)段的平均質(zhì)量，根據(jù)線路等級(jí)把單元區(qū)段的質(zhì)量狀態(tài)分成四個(gè)質(zhì)量段［6］。美國(guó)主要采用TQI和軌道粗糙度指數(shù)將軌道整體質(zhì)量分成四個(gè)等級(jí)［7］。中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司采用TQI及單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)有砟線路按速度等級(jí)進(jìn)行管理［1］。

文獻(xiàn)［8］分析了軌道各項(xiàng)幾何偏差對(duì)搗固維修作業(yè)的敏感程度，將TQI中軌距一項(xiàng)扣除，提出了應(yīng)用于搗固作業(yè)的軌道質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)MTQI（Machine Tamping Track Quality Index）。本文考慮朔黃鐵路不同里程區(qū)段線路的軌道質(zhì)量狀況，將朔黃鐵路劃分成Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)兩個(gè)線路等級(jí)進(jìn)行管理；基于2018—2020年的軌道幾何檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)兩個(gè)等級(jí)區(qū)段的MTQI分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合軌道質(zhì)量劣化率分布和搗固維修作業(yè)效果，將軌道MTQI劃分為驗(yàn)收、優(yōu)先、超限三個(gè)等級(jí)并制定朔黃鐵路軌道質(zhì)量分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)。

1 開(kāi)通2萬(wàn)t軸重列車以來(lái)的軌道質(zhì)量狀態(tài)

1.1 朔黃鐵路搗固作業(yè)現(xiàn)狀與線路等級(jí)劃分

朔黃鐵路自2016年規(guī)?；_(kāi)通2萬(wàn)t軸重列車以來(lái)，線路通過(guò)總重以及2萬(wàn)t軸重列車占比均逐年增加，導(dǎo)致軌道質(zhì)量劣化速率加快，搗固維修作業(yè)增多，維修成本提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年、2019年、2020年朔黃鐵路上行（重車線）搗固維修作業(yè)量分別為373.78、420.12、357.04 km，平均每年383.65 km，約占線路總長(zhǎng)的65%，其中2019年約占線路總長(zhǎng)的75%。朔黃鐵路維修能力較強(qiáng)，當(dāng)前采用的維修管理值相對(duì)維修能力來(lái)說(shuō)較為寬松，不能起到精確指導(dǎo)搗固維修作業(yè)的作用，進(jìn)一步節(jié)約維修成本的空間較大。

朔黃鐵路部分區(qū)段本身設(shè)備基礎(chǔ)較差，維修難度較大，線路狀況較差。考慮到上行方向?yàn)橹剀嚲€，因此將上行線路劃分成兩個(gè)等級(jí)進(jìn)行管理，線路狀況較好的區(qū)段為Ⅰ級(jí)，較差的區(qū)段為Ⅱ級(jí)，分別制定管理標(biāo)準(zhǔn)。下行方向?yàn)檩p車線，線路狀況保持較好，統(tǒng)一按照Ⅰ級(jí)區(qū)段進(jìn)行管理。線路區(qū)段等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

表1 朔黃鐵路線路等級(jí)劃分

1.2 軌道質(zhì)量發(fā)展規(guī)律

由于搗固維修作業(yè)對(duì)軌距幾乎無(wú)影響，因此將TQI中的軌距扣除，采用軌道質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)MTQI對(duì)軌道質(zhì)量進(jìn)行分析［8］，計(jì)算公式為

式中：MTQI為軌道質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算值；σi（i=1，2，…，6）為軌道各項(xiàng)幾何偏差的標(biāo)準(zhǔn)差，分別為左高低、右高低、左軌向、右軌向、水平、三角坑。

處于不同發(fā)展階段的軌道質(zhì)量劣化速度不同［9］。一般來(lái)說(shuō)，在道床搗固穩(wěn)定后的健康服役階段劣化發(fā)展緩慢，隨著通過(guò)總重累加，劣化速度逐漸加大。軌道質(zhì)量分級(jí)發(fā)展規(guī)律如圖1所示。將軌道質(zhì)量分為搗固驗(yàn)收值、優(yōu)先值、超限值三個(gè)限制指標(biāo)，它們之間的劣化率設(shè)為k1、k2、k3。搗固驗(yàn)收值為搗固作業(yè)后允許的MTQI最大值，大于此值認(rèn)為搗固作業(yè)不合格；優(yōu)先值為優(yōu)先考慮安排線路搗固計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)，MTQI值小于此值時(shí)線路處于健康狀態(tài)，大于此值時(shí)處于優(yōu)先狀態(tài)，若維修資源充足可以優(yōu)先安排維修作業(yè)；超限值為軌道質(zhì)量的超限標(biāo)準(zhǔn)，大于此值時(shí)軌道狀態(tài)可能影響線路的運(yùn)行穩(wěn)定性，應(yīng)立即安排維修作業(yè)。

圖1 朔黃鐵路軌道質(zhì)量分級(jí)發(fā)展示意

2 軌道質(zhì)量分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)制定

2.1 軌道質(zhì)量超限值標(biāo)準(zhǔn)

朔黃鐵路道岔區(qū)不進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械搗固作業(yè)，因此選取非道岔區(qū)段MTQI進(jìn)行分析。根據(jù)車站表以及大型養(yǎng)路機(jī)械搗固區(qū)段篩選出非道岔區(qū)段的檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段分別進(jìn)行分析，得出線路MTQI累計(jì)分布情況，如圖2所示。

圖2 朔黃鐵路2018—2020年MTQI分布

根據(jù)工電線路函〔2021〕10號(hào)《國(guó)鐵集團(tuán)工電部關(guān)于印發(fā)普速鐵路線路TQI分級(jí)管理值的通知》［2］及其分級(jí)管理值制定方法，并考慮朔黃鐵路搗固維修實(shí)際情況，對(duì)于Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段，分別選取累計(jì)占比95%和90%的MTQI值（取整）作為超限指標(biāo)，得到Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段的超限標(biāo)準(zhǔn)分別為8、10 mm。

2.2 搗固作業(yè)驗(yàn)收值標(biāo)準(zhǔn)

為充分利用MTQI評(píng)價(jià)指標(biāo)，需要制定線路搗固維修后的MTQI管理標(biāo)準(zhǔn)，即搗固維修驗(yàn)收值，給大型養(yǎng)路機(jī)械搗固維修和工程施工質(zhì)量提供作業(yè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。各區(qū)段搗固前后MTQI（圖3）反映了大型養(yǎng)路機(jī)械搗固改善效果。為剔除分布較為離散的異常點(diǎn)，將搗固前MTQI值排序并以適當(dāng)?shù)拈g隔分成小區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)選取90%置信區(qū)間的搗固后MTQI值作為有效值，其余點(diǎn)作為異常點(diǎn)剔除。圖3中兩條紅色虛線即為異常點(diǎn)剔除界限，其范圍之外為需要剔除的異常點(diǎn)。對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到

圖3 朔黃鐵路各區(qū)段搗固前后MTQI

式中：MTQI前、MTQI后分別為搗固前、后MTQI值。

將搗固維修前的標(biāo)準(zhǔn)值（即超限值）帶入式（2），確定Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段搗固維修后MTQI驗(yàn)收值分別為6、7 mm。

2.3 軌道質(zhì)量?jī)?yōu)先值標(biāo)準(zhǔn)

從MTQI發(fā)展規(guī)律看，搗固后MTQI有較大改善，搗固穩(wěn)定后的軌道會(huì)進(jìn)入新的搗固周期［8］，因此可以認(rèn)為相鄰兩次搗固維修之間為一個(gè)搗固維修周期。選取兩次搗固維修之間的檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)式（3）基于線路通過(guò)總重計(jì)算軌道質(zhì)量劣化率。

式中：k為某200 m單元區(qū)段軌道質(zhì)量劣化率，mm/Mt；MTQIi為第i次軌道幾何不平順檢測(cè)值，mm；ti為第i次檢測(cè)的時(shí)間，d；N為有效檢測(cè)次數(shù)。

刪除對(duì)制定管理標(biāo)準(zhǔn)無(wú)意義的劣化率負(fù)值，得到各區(qū)段劣化率正值的累計(jì)分布，見(jiàn)圖4。將各累計(jì)占比對(duì)應(yīng)的劣化率用時(shí)間表征（每月通過(guò)總重按均值30 Mt計(jì)算），結(jié)果見(jiàn)表2?？芍?，朔黃鐵路MTQI較小，線路狀態(tài)保持較好，原因是搗固維修作業(yè)周期較短，朔黃公司通過(guò)減小搗固維修間隔的方式減緩了線路劣化。

圖4 朔黃鐵路2018—2020年非道岔區(qū)段劣化率累計(jì)分布

表2 朔黃鐵路2018—2020年非道岔區(qū)段劣化率累計(jì)分布

為在線路劣化較快的情況下及時(shí)安排維修作業(yè)，需要在搗固維修驗(yàn)收值與超限值之間設(shè)置一個(gè)搗固維修優(yōu)先值，在維修資源充足時(shí)優(yōu)先考慮對(duì)超過(guò)此值的區(qū)段安排搗固維修。通過(guò)分析朔黃鐵路搗固維修作業(yè)信息，得出朔黃鐵路各區(qū)段的搗固周期為12~18個(gè)月。線路較好區(qū)段劣化速率較慢，因此假設(shè)Ⅰ級(jí)區(qū)段搗固周期為18個(gè)月，Ⅱ級(jí)區(qū)段搗固周期為12個(gè)月。

參見(jiàn)圖1中搗固驗(yàn)收值及超限值已知，只需確定合適的線路劣化率k2、k3以及優(yōu)先階段線路的通過(guò)總重或持續(xù)時(shí)間，即可計(jì)算搗固維修優(yōu)先值。由于搗固周期按月計(jì)算，因此劣化率k2、k3取按月計(jì)算的劣化率值。設(shè)優(yōu)先階段發(fā)展時(shí)間為m個(gè)月，則有方程

式中：M周期為搗固周期，即本次搗固到下次搗固之間的時(shí)間，在圖1中為驗(yàn)收值發(fā)展到超限值的時(shí)間；MTQI超限、MTQI驗(yàn)收分別為搗固維修超限值、驗(yàn)收值。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，Ⅰ級(jí)區(qū)段k2選取65%累計(jì)占比的0.09 mm/月，k3選取80%累計(jì)占比的0.14 mm/月，代入式（4）中計(jì)算得出Ⅰ級(jí)區(qū)段的優(yōu)先階段發(fā)展時(shí)間為8個(gè)月；Ⅱ級(jí)區(qū)段k2選取70%累計(jì)占比的0.22 mm/月，k3選取80%累計(jì)占比的0.28 mm/月，代入式（4）中計(jì)算得出Ⅱ級(jí)區(qū)段的優(yōu)先階段發(fā)展時(shí)間為6個(gè)月。線路MTQI搗固維修優(yōu)先值MTQI優(yōu)先為

根據(jù)式（5）計(jì)算并取整，推導(dǎo)出Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段線路MTQI優(yōu)先值管理標(biāo)準(zhǔn)分別為7、8 mm。

綜上，朔黃鐵路MTQI分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 朔黃MTQI分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn) mm

3 朔黃鐵路軌道質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證

根據(jù)分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)，基于朔黃鐵路非道岔區(qū)段2018—2020年MTQI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，回驗(yàn)各等級(jí)線路所占的百分比：①Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段無(wú)需搗固維修占比分別為90%、70%；②Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段優(yōu)先考慮搗固維修占比分別為5%、20%；③Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段立即搗固維修占比分別5%、10%。可以看出，Ⅰ級(jí)區(qū)段線路無(wú)需搗固維修區(qū)段的占比多于Ⅱ級(jí)區(qū)段，優(yōu)先或立即搗固維修區(qū)段的占比少于Ⅱ級(jí)區(qū)段，符合實(shí)際情況。

Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)段優(yōu)先考慮搗固維修及應(yīng)立即搗固維修狀態(tài)的線路占比分別為10%、30%。維修能力滿足線路維修需求，因此可以適當(dāng)減少不必要的維修。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外TQI運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合朔黃重載鐵路正線區(qū)段MTQI分布情況以及軌道質(zhì)量劣化率分布情況，將軌道MTQI劃分為驗(yàn)收、優(yōu)先、超限三個(gè)等級(jí)并制定朔黃鐵路質(zhì)量分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)，為線路管理和維修計(jì)劃制定提供了依據(jù)。

本文引入了線路劣化率的概念，優(yōu)化了僅基于TQI對(duì)線路進(jìn)行管理和制定維修計(jì)劃的模式，更科學(xué)地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)管理與作業(yè)。根據(jù)搗固維修作業(yè)效果和超限標(biāo)準(zhǔn)，確定了搗固維修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為朔黃鐵路搗固維修作業(yè)提供了驗(yàn)收依據(jù)。