陳萬里 、徐棟、王利博、尹貴年、遆旭、趙正陽

（1.北京市軌道交通運營管理有限公司，北京 100068；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

0 引言

大興國際機場線作為國內首條將車速160km/h速度等級和全自動駕駛技術相結合的市域快線，軌道采用與高速鐵路相同的WJ-8 扣件、CRTSⅢ型軌道板、CRTS 雙塊式軌枕等設備。工務維修部門在載客運營電客車（08 號）安裝了軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的軌道檢測系統(tǒng)相比，其優(yōu)點是能在載客運營期間同步進行檢測作業(yè)，更能展現(xiàn)列車載客狀況下的軌道真實動態(tài)情況。

1 軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)組成

大興機場線軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)主要由三部分組成：軌道動態(tài)幾何檢查系統(tǒng)、輪軌動力學檢測系統(tǒng)、里程定位輔助系統(tǒng)。

軌道動態(tài)幾何檢測系統(tǒng)可實時檢測軌道幾何情況；輪軌動力學檢測系統(tǒng)可檢測軌道狀態(tài)是否滿足車輛運行安全性和平穩(wěn)性要求；里程定位系統(tǒng)可實現(xiàn)軌道在動態(tài)運行狀態(tài)下的準確定位。大興機場線軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集與分析，可及時反饋線路設備運行狀態(tài)，為軌道維修、保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持和指導意見。

1.1 軌道動態(tài)幾何檢測系統(tǒng)

軌道幾何檢測系統(tǒng)利用激光攝像組件及陀螺慣性包，通過慣性基準法測量軌道幾何狀態(tài)，所測參數(shù)主要包括軌距、左軌向、右軌向、左高低、右高低、超高、水平、三角坑、曲率?？蓽y量車體垂、橫向加速度。數(shù)據(jù)采集結果傳輸至車內數(shù)據(jù)分析服務器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。結合現(xiàn)有標準及大興機場線線路狀態(tài)，設定大興機場線專用的軌道不平順管理標準，分析、過濾采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)病害實時反饋。

該系統(tǒng)實現(xiàn)了軌道幾何動態(tài)實時檢測、分析評判功能，通過LTE 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的實時采集，達到車地無線檢測功能，為軌道幾何尺寸養(yǎng)護維修提供數(shù)據(jù)支持。

1.2 輪軌動力學檢測系統(tǒng)

輪軌動力學檢測系統(tǒng)通過測力輪對的橋路信號，結合相關模型實現(xiàn)車輛運行過程中的輪軌垂向及橫向作用力連續(xù)測量，結合現(xiàn)有評判方式進行脫軌系數(shù)、輪重減載率等安全性評價。同時，該檢測系統(tǒng)通過軸端、構架、車體不同位置的加速度傳感器完成不同級減震位置的加速度測量，實現(xiàn)車體平穩(wěn)性評價，在此基礎上分析沖擊位置和共振情況。

通過輪軌力檢測評價、軌道動態(tài)幾何結果及現(xiàn)場復查情況，指導軌道線路的計劃維修，在確保運營安全的基礎上提高維修經濟性。

2 應用思路

大興機場線線路維修以“預防為主、防治結合、嚴檢慎修”為原則，通過軌道幾何動態(tài)檢測數(shù)據(jù)輪軌動力學檢測數(shù)據(jù)的分析，保障線路安全、平穩(wěn)運行。

2.1 動態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析

大興機場線雙周檢測，采集并錄入相關數(shù)據(jù)臺賬；定期進行全線動態(tài)檢測圖譜、數(shù)據(jù)分析，同時對比上期精調地段的動檢圖譜、數(shù)據(jù)，評估維修質量。

2.2 現(xiàn)場復核

主要開展扣件系統(tǒng)、靜態(tài)幾何尺寸、焊縫平直度、鋼軌磨耗、鋼軌接頭等方面的逐項檢查，分析病害成因。

2.3 方案制定及整改

依據(jù)大興機場線軌道維修相關標準，聯(lián)系動、靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場扣件調查情況，出具軌道調整方案，制定軌道調整方案審核審批機制。維修工區(qū)依據(jù)批準后的精調方案組織現(xiàn)場作業(yè)，檢查工區(qū)當晚進行作業(yè)質量的靜態(tài)驗收。

2.4 整修后動態(tài)復核

可通過便攜式添乘儀檢查晃車情況有無改善，利用搭載式軌檢系統(tǒng)對譜圖、數(shù)據(jù)當期與往期歷史對比分析，復核整改情況是否達到預期。

3 應用案例

3.1 案例一：線路單項凸點消除

通過數(shù)據(jù)分析與精調作業(yè)，解決軌距、軌距變化率、水平及短波內的高低、軌向不平順問題。精調區(qū)段前后各項指標明顯降低，不平順地段取得明顯改善。單項超限調整前后動態(tài)波形對比，如圖1 所示。

圖1 K12+975 左軌向、右軌向整改前后波形對比

3.2 案例二：結構結合地段軌道長波不良的治理研究

在大興機場線上行K26+850—K27+080 區(qū)段的動態(tài)檢測中，發(fā)現(xiàn)幾何尺寸數(shù)據(jù)存在規(guī)律性連續(xù)多波高低?，F(xiàn)場使用靜態(tài)相對軌檢儀進行幾何尺寸線性同動態(tài)波形相符，該現(xiàn)場為橋隧結合地段，通過最近兩次軌道檢測波形疊合對比，重復性較好，且幅值均勻，垂向加速度波形波動較為明顯，長波高低同樣存在規(guī)律線變化。現(xiàn)場利用絕對坐標，結合設計資料對高程、平面進行精測，精測后按照設計基準線對線性進行調整。線路精調后動態(tài)波形改善明顯[1]，如圖2 所示。

圖2 K26+850—K27+080 調整前后對比

3.3 案例三：線路長波平順度不良引起的列車舒適度不良消除

2021 年，大興機場線高架區(qū)段軌道幾何檢測基本無超限，且TQI 表現(xiàn)良好，維持在2.8～3.6 之間，但乘坐時明顯感到車輛晃動。

2021 年4 月，工務部門經數(shù)據(jù)分析，確認該位置垂向加速度存在明顯的周期性變化，周期波動與橋跨距離一致，長波高低存在明顯的周期性波動。5 月對該位置進行調整后，長波高低及垂加周期性波動改善明顯，如圖3 所示。

圖3 K16—K16.1 長波不平順調整

3.4 案例四：隧道結構變形引起軌道變化預警

2021 年1 月，大興機場軌道幾何檢測發(fā)現(xiàn)位于SK5+100 前后高低、軌向短波及長波相比歷史波形變化較為明顯，如圖4 所示。

圖4 SK5+100 前后波形圖對比

經工務部門查閱臺賬確認該位置處于結構伸縮縫處。經初步研判分析，軌道幾何變化是由于結構伸縮縫變化所致。工務部門隨即進行現(xiàn)場查勘，發(fā)現(xiàn)SK5+100 結構伸縮縫處道床與結構出現(xiàn)裂縫，伸縮縫兩側出現(xiàn)高低錯臺，如圖5 所示。

圖5 SK5+100 結構伸縮縫高低錯臺

工務部門緊急調整結構前后軌道，調整后波形平順（見圖6）。工務部門對結構處以周檢模式利用動態(tài)檢測系統(tǒng)實時進行監(jiān)控[2]，發(fā)現(xiàn)異常變化將及時對軌道幾何進行管控處理。

圖6 SK5+100 軌道調整后波形圖

3.5 案例五：輪軌垂向力異常查找平直度不良焊縫

輪軌動力學圖譜及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)下行XK20+511左股焊縫（XK20-22ZS）輪軌垂向力實測波形異常出現(xiàn)峰值。輪對平均靜重力約60kN，輪軌力峰值128.44kN（見圖7），超出管理值（120kN）。經現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)該處25m 標準軌焊接焊縫軌頂存在達-1.3mm的凹陷（低接頭）。

圖7 XK20+511 附近輪軌垂向力出現(xiàn)明顯峰值

檢測后工務部門立刻對現(xiàn)場進行加固處理，后續(xù)跟進該位置輪軌垂向力變化在122.2～136kN 之間，有緩慢上升趨勢。2020 年中，工務部門組織對該焊縫進行切除重焊。焊接完成后對焊縫進行檢測，行車面平直度在0.3mm（見圖8），走行車輛順接頭經過，垂向力下降至70kN，無明顯軌縫特征，符合行業(yè)管理標準[3-5]。

圖8 XK20+511 切除重焊后焊縫平直度

4 結語

通過本文研究發(fā)現(xiàn)，軌道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠較全面地對軌道設備狀態(tài)進行監(jiān)控，數(shù)據(jù)可靠性高，能夠為病害預防、治理，探索設備變化規(guī)律提供依據(jù)。后續(xù)將持續(xù)關注輪軌力系統(tǒng)在檢測波浪磨耗、輪軌匹配、車輛與軌道耦合振動等方面發(fā)揮的作用，結合動態(tài)檢測與現(xiàn)場靜態(tài)測量，合理出具軌道調整方案，盯控方案落實，進一步推動軌道運營期的安全平穩(wěn)運行。