中铁十四局集团第五工程有限公司
摘要：结合额哈铁路动态检测波形图应用的施工实践，阐述轨检数据与波形之间的关系，波形图识别方法及轨道不平顺问题结合波形图的整治应用等，为类似工程提供参考。
关键词：轨道检测波形图平顺性施工技术
引言：线路开通前，完成静态验收后，进入动态验收阶段，此阶段主要运用轨道检测设备检查和测量轨道的不平顺状态，查找分析各种病害，是确保线路开通和行车安全的一个关键环节。为此非常必要采用更科学、更先进的方法，进行轨道运用状态检测分析，掌握轨道变化规律和薄弱环节，有针对性的对线路调整区段进行筛选和划分，进而更加经济、合理、有效地对线路进行整治，确保线路安全开通。
1.工程概况
由中铁十四局集团第五工程有限公司承揽施工的新建额济纳至哈密铁路工程EHSG-1标段，设计里程为DK2+256.62至DK315+830（K697+380-K1011+518），新建正线无缝线路长312.92km，既有临策线改造K694+050至K697+380，改造正线无缝线路长3.33km，正线道岔采用SC330型全无缝道岔，共37组正线道岔，线路设计为时速120公里/小时跨区间全无缝有砟轨道。
2.检测原理及应用
额哈铁路使用的轨检车为GJ-4型，采用惯性测量原理，无接触测量方式，应用激光、伺服、自动控制等技术检测轨道状态，数据采样间隔为0.25m，可测波长42m，检测项目有轨道几何尺寸，车体垂向和水平振动加速度，运行速度，里程和地面标志等，检测项目较为齐全，检测精度较高。可实时处理轨道检测数据，摘取超限峰值、地点、长度，计算轨道质量指数（TQI)和T值，打印输出波形图和各种检测报告。
3.检测项目及评定方法
3.1轨道质量检查项目
3.1.1高低
指钢轨顶面沿轨道延长方向上的垂向凹凸不平顺，采用惯性基准测量，得到高低的变化值。轨检车高低正负：向上为正，向下为负。
3.1.2轨向（方向）
指钢轨内侧沿轨道延长方向上的横向凹凸不平顺，轨向测量采用惯性基准方法。轨向正负：顺轨检车正向，轨向向左为正，向右为负。
3.1.3t轨距
为两股钢轨踏面下16mm范围内两股钢轨工作边之间的最小距离，轨检车检测16mm处轨距用激光伺服的方法测得。轨距（偏差）正负：实际轨距大于标准轨距时轨距偏差为正，反之为负。
3.1.4超高（水平）
超高为同一断面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差；水平为同一断面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差，但不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量。超高由倾角仪测量计算得出，水平值为左高低减右高低。水平正负：顺轨检车正向，左轨高为正，反之为负。
3.1.5三角坑
轨道平面的扭曲，三角坑反映轨顶面的平面性，为计算值，是指在以2.4m为基长沿轨道方向前后两轨道断面水平代数差。
3.1.6曲率
即曲线半径的倒数，定义为一定弦长(30m)曲线轨道对应的转角。度数大，曲率大，半径小；度数小，曲率小，半径大。轨检车通过曲线时测量车辆每通过30m后车体转角的变化值，同时测量出车体相对两构架中心线转角的变化值后计算出曲率。曲率正负：顺轨检车正向，右拐曲线曲率为正，左拐曲线曲率为负。
3.1.7车体垂向和水平振动加速度
它是监测轮轨作用关系的主要手段，通过振动测量改进轨道不平顺管理，提高舒适度，减轻轮轨作用力，增大列车运行安全性，由安装在车体上的加速度计检测。车体水平加速度：平行车体地板，垂直于轨道方向，顺轨检车正向，向左为正；车体垂向加速度：垂直于车体地板，向上为正。
3.1.8轨距变化率
由相隔2.5m的两点实际测量的轨距值之差除以2.5m计算得到，是安全和舒适性指标。
3.1.9曲率变化率
由相隔18m的两点实际测量的曲率差除以18m计算得到，是舒适性控制指标。
3.1.10横向加速度变化率
由相隔18m的两点实际测量的横向加速度差除以18m列车走行时间，是舒适性控制指标。
3.1.11其他
轨检车还可自动检测到轨道上的道口、道岔、桥梁护轨锁头、轨距拉杆等位于线路中心位置的金属部件，标志在检测波形图上。速度及里程由安装在轴头的光电编码器经计算得出。
正反向检测的区别：水平与正向相反；按照其逻辑对应关系，三角坑、超高轨向等检测项目均与正向检测方向相反幅值相等，且轨向左右颠倒。只有地面标记机轨距正反一致。
3.2轨道质量状态评定方法
根据《铁路线路修理规则》的规定，轨道质量状态的评定方法有两种，一种是对轨道局部不平顺的评定，另一种是对轨道区段不平顺的评定。通过上述评定方式，对额哈铁路线路不平顺性情况进行综合评定。
3.2.1轨道局部不平顺的评定
1、轨检车对轨道动态局部不平顺（峰值管理）检查项目为轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动加速度等七项。各项偏差等级划分为四级，一级为保养标准，即保持优良线路需进行局部修理的目标管理值；二级为舒适度标准，即轨道保持列车运行平稳的局部不平顺允许值；三级为临时补修标准，即及时进行轨道整修的质量控制标准；四级为限速标准，即为保证行车安全需立即进行局部修理的病害，对病害地点要限制行车速度，待修理完毕后恢复行车速度。各级容许偏差管理值见下表。
2、各项偏差等级扣分标准
一级超限扣1分；二级超限扣5分；三级超限扣100分；四级超限扣301分。
3、评定标准
评定以公里为单位，每公里扣分总数为各级、各项偏差扣分数总和。每公里线路评定标准为：优良----扣分总数在50分以内；合格----扣分总数在51～300分；失格----扣分总数在301分以上。扣分数越大表示每公里范围内的超限处所越多和超限峰值越大。
3.2.2区段轨道不平顺的评定
轨检车检查线路区段整体不平顺（均值管理）的动态质量用轨道质量指数（TQI）评定。TQI值是左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑等七项几何不平顺在200m区段的标准差之和。轨道质量指数（TQI）越小表示线路质量越好，轨道质量指数管理标准值如下表。
TQI的管理办法是以公里为长度单位，对TQI值的评价用T值。T值就是将200m区段轨道质量指数（TQI）超过管理标准值的大小作为扣分数，每公里5个单元区段的扣分数之和即为T值，它是根据TQI值超过对应管理值的程度来确定的。
T值是对每公里5个单元区段TQI值的综合评价。某公里的T值越大，说明该公里超过TQI管理标准值的段数和超限程度也越大，应优先安排整治。
根据T值的大小评价每公里轨道状态质量，以均衡、计划、优先三种方式来制定大型养路机械维修或轨道综合维修计划。其含义见下表。
对T＞100的线路应优先列入整修计划，安排成整修段；对0＜T≤100的线路应统筹兼顾，合理安排整修；对T=0的线路，应避免成段扰动道床，只对局部超限峰值处进行整修。
大型养路机械作业后验收标准为T=0，即不应有TQI超过管理值的区段。
4.轨检数据及波形图的识别和应用
轨道几何状态按每公里平均扣分数、优良率、合格率、失格率、平均TQI值、平均T值、优先率等指标评定。轨检车提供线路超限地点、公里小结、区段总结、曲线要素、TQI值、T值等检测报告和波形图，对轨检车查出的Ⅲ、Ⅳ级超限地段，优先处理。
4.1波形图地面标志物识别
4.1.1道岔区识
轨检车直向或侧向过道岔时，安装在轨检梁上的ALD传感器经过转辙器尖轨拉杆和导曲线钢轨或连接部分直股连接钢轨产生高电压信号。拉杆较细，ALD反应持续时间短，ALD信号表现为两根小刺；导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨较粗，ALD反应持续时间较长，同时ALD通过轨迹斜交钢轨，因此ALD经过导曲线钢轨和连接部分直股连接钢轨时产生等边形信号曲线。
4.1.2其它地面标志物识别
轨检车经过其他地面标志物时，轨检梁上的ALD传感器同样会产生高电压信号，最明显的是线路标志、平交道口和桥梁护轨等。
4.2波形图应用
4.2.1道岔区病害综合整治（红泉车站2#、4#道岔K982+575-K982+663）
分析：图中我们可以看出岔区病害主要集中在尖轨处的轨向、轨距、转辙机处钢轨高低等。由于轨检车无法自动识别道岔型号，对于12#道岔尖轨处的轨距加宽无法自动消除，现场整治时要结合实际的轨距加宽量。轨检车检测时默认道岔的直尖轨和基本轨是密贴的，故现场整治时要注意观察尖轨和基本轨是否密贴，如果两者离缝，得到的数据是一个假轨距，从而影响轨向。
整治办法：（1）拉弦绳看直基本轨方向（要求直向，否则调直）；（2）逐枕用轨距尺量出直向轨距（考虑轨距加宽）；（3）拨曲尖轨至顶铁密贴，测量轨距；（4)对比2、3条数据，查看是否存在假轨距；（5）米尺测量基本轨框架尺寸（轨距和框架是相对的，相互影响）；（6）决定是否进行拨道或者改道；（7）小型机械捣固道床密实。
4.2.2水平、三角坑超限（正线K868+735）
分析：额哈正线K868+735三角坑-10.51mm，属于二级超限；水平-8.52mm,属于一级超限。从图形分析上看是局部高低超限所致。
整治办法：根据超限地段表中给定的超限里程K868+735，前后30m范围内查找水平。若波形图有地面标志物，可直接通过波形图测量出具体水平超限地点，通过人工起道及捣固消除水平，此处水平及三角坑超限即可消除。
4.2.3垂向加速度超限（正线K709+649、K709+662）
分析：额哈正线K709+649处垂向加速度0.18g，属于二级超限；K709+662处垂向加速度0.22g，属于三级超限。从图形分析上看是局部高低超限叠加所致垂向加速度三级超限，途中高低分别达到了-12.98mm和-12.15mm。
整治办法：根据高低出现特征，分析该处位于K709+656处涵洞处，由于路涵结合部不均匀沉降导致高低超限，现场确认涵洞位置后，通过人工起道及捣固消除线路高低超限，此处高低及垂向加速度超限均可消除。
4.2.4高低点状不良（正线K829+899）
分析：额哈正线K829+899左轨高低-9.39mm，属于一级超限。
整治办法：根据超限地段表中给定的超限里程K829+899，前后30m范围内查找水平。若波形图有地面标志物，可直接通过波形图测量出具体高低超限地点，通过人工起道及捣固消除小高低超限。
4.2.5区段轨道几何状态不良（正线K981+176-K981+252）
分析：额哈正线K981+176-K981+252区段高低不良，导致水平、三角坑不良。连续高低不良，在某些情况下极易叠加造成垂向加速度超限，故利用波形图仔细查找连续不良地段，在出现超限问题前，采用大型养路机械集中处理整治。
整治办法：由于该处属于连续高低不良地段，故采用大型养路机械进行捣固作业，消除连续小高低，解决水平及三角坑导致的线路不平顺性。
4.3检测数据的应用
4.3.1超限报告
分析：在二级超限报告里我们可以直观的看出轨道超限类型和地段，结合120km/h线路轨道几何状态峰值动态管理值，可以判断出超限大小。例如709km+650m处右高低超限为13.1mm，管理值二级高低超限标准为12mm，超限1.1mm。现场根据施工里程和结构物辅助测量工具查找超限点，克缺消除。需要指出的是高低和垂向加速度等指标是成对出现的，往往一处轨枕左右超限类型是相向的，而且现场处置时不能满足于将二级超限点降至二级以下，因为在超出设计时速10%（132km/h)的动态检测中，一级超限很可能转变为二级超限，所以施工中一定要整治务尽，尽量将超限整治到标准状态。
分析：709km+667m处垂向加速度超限为0.22g，超限长度为4m，管理值三级垂向加速度超限标准为0.2g，超限值0.02g。利用人工看道或弦线确定起道量，人工起道并捣固道床消除超限问题。
4.3.2轨道质量（TQI)指数报告
分析：轨道质量指数（TQI）是以200米为区段按起点里程进行统计的，其主要意义在于构建T值，制定区段整修计划。
4.3.3整公里T值报告
分析：整公里T值报告是根据T值的大小来评价每公里轨道状态质量。例如695kmT值为40（0<T≤100），应以计划的方式来制定大型养路机械整道或维修计划。
4.3.4公里小结报告
分析：公里小结报告中可以直观的显现每公里的轨道几何状态，例如702km扣分为131，说明该公里超过TQI管理标准值的段数和超限程度都很大，应以优先的方式整道或维修计划。
4.3.5区段总结报告
分析：区段总结报表中有三个重要信息需要进行着重分析。
（1）各项目的扣分百分比：表明某一单位轨道质量动态出分的分布。例如报告中的垂向加速度扣分占59.28%，高低扣分占20.1%，是下一步进行线路整修的重点。
（2）平均每公里一、二、三、四级超限的数量：如果平均每公里一、二、三、四级超限的数量较多，则说明轨道几何状态较差；如果没有三、四级超限，平均每公里二级超限也较少，则说明轨道几何状态控制较好。
（3）每公里平均T值、平均TQI以及TQI各项目指数的数值大小和所占比例：能够看出线路几何状态病害中哪一超限项目较为明显。例如报表中可以看出，轨道几何状态病害主要集中在轨向和高低上，需制定针对性措施进行整修。
5.结论及建议
5.1轨检分析软件可以对轨检数据进行系统分析，结合波形图可以对轨道几何状态和质量进行全面的掌控，从而确定轨道病害和不良区段，制定合理的、具有针对性的整治措施，极大提高了线路整改的效率，为额哈铁路的开通运营打下了坚实的基础。
5.2根据动态检测数据报告分析，主要采用超限报告结合波形图，通过利用道岔、护轮轨、曲线头尾、线路标识等地面标识波形特点查找具体问题的相对位置及具体区段，分析超限问题成因并制定超限地段整治方案，超限问题处理后，轨道质量（TQI）指数等报告均会体现出超限问题整治效果。
5.3根据动态检测数据可以总结出水平不平顺，会使车辆产生侧滚，导致一侧车轮增载，另一侧减载，曲线上严重的水平不平顺，往往会引起列车脱轨。
5.4三角坑即两股钢轨的共面性，表现为轨道顶面的扭曲状态，也就是两股钢轨顶面不在同一平面上。三角坑以一定范围内的水平差的变化量来表示。三角坑会使车辆产生三点支撑一点悬空，易造成脱轨，特别是当列车从圆曲线向缓和曲线运行时。
5.5点状高低超限往往会引起水平、三角坑超限，因为左右钢轨高低变化一般不是同步的（单侧变化或者两侧变化却不在一个高程），从而形成水平代数差，水平代数差形成后必然行车三角坑。但并不是所有的高低超限都会形成水平和三角坑超限，假如两侧高低变化处于同一个高程或者相差很小，水平和三角坑就不会出现。但无论如何，这两种情况都可以通过调整高低来消除不平顺状态。
5.6加速度是表示单位时间内速度的变化。垂向加速度超限必然是由高低超限造成的，同样可以通过调整高低来消除加速度超限。
5.7轨向不平顺造成主要原因有：钢轨存在硬弯、碎弯；轨距连续扩大或缩小，顺坡率大于2‰；曲线超高设置不合理，侧向力增大，造成曲线变形，产生方向不良。轨距不良造成主要原因有：轨枕挡肩失效，无法保持轨距；轨距挡板放置不合理或没入槽、扣件扣压力不足；接头、焊缝位置不良造成的轨距变化；道岔尖轨中部离缝反弹造成的小轨距。轨距变化率是几何尺寸检测项目中的一个舒适度指标，其主要影响列车运行时的舒适度。这三者之间检测原理相同，轨向检测是根本，其它由此计算所得。
参阅文献
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[5]经规标准[2008]176号.《客货共线铁路轨道工程施工技术指南》（TZ201-2008）
论文作者:张刚
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/12
标签：轨距论文; 轨道论文; 平顺论文; 波形论文; 区段论文; 加速度论文; 钢轨论文; 《建筑科技》2017年9期论文;