高速鐵路有砟軌道運營階段TQI分析及維護技術研究

常逢福 董楠 王瑤

摘要：高速鐵路有砟軌道的軌道質量指數（TQI）直接關系到列車運行的平穩與安全。通過對銀西高鐵有砟軌道TQI值變化規律進行分析，發現溫度降低時梁端變化的數量增多，峰值變大。有砟線路整體TQI變化主要由高低TQI變化造成。據此提出了大機數字化搗固方案，搗固后進行了靜態和動態效果分析，作業后靜態平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；動態平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。研究結果表明大機搗固能夠有效降低高低短波不平順引起的TQI值，提升高速鐵路有砟軌道線路平順性。

關鍵詞：高速鐵路???有砟軌道???TQI???維護

中圖分類號：U216.42????文獻標識碼：A

TQI?Analysis?and?Maintenance?Technology?Research?of?the?Operation?Section?of?the?Ballasted?Track?of?the?High-Speed?Railway

CHANG?Fengfu??DONG?Nan??WANG?Yao

（Xi'an?High-Speed?Railway?Infrastructure?Section，?China?Railway?Xi'an?Group?Co.，?Ltd.，?Xi'an，?Shaanxi?Province，?710016?China）

Abstract：?The?track?quality?index?（TQI）?of?the?ballasted?track?of?the?high-speed?railway?is?directly?related?to?the?stability?and?safety?of?train?operation.?Through?analyzing?the?variation?rule?of?the?TQI?value?of?the?ballasted?track?of?the?Yinchuang-Xi'an?High-Speed?Railway，?it?is?found?that?the?number?of?beam?end?deformation?increases?and?the?peak?value?increases?when?temperature?decreases.?The?overall?TQI?changes?of?the?ballasted?track?are?mainly?caused?by?the?high?and?low?changes?of?TQI，?and?a?digital?large-machine?tamping?scheme?is?proposed?according?to?this.?After?tamping，?static?and?dynamic?effects?are?analyzed.?After?operation，?the?static?average?TQI?decreases?from?4.07?to?2.4?with?a?decrease?of?41%，?and?the?dynamic?average?TQI?decreases?from?3.88?to?2.58?with?a?decrease?of?33%.?The?research?results?show?that?large-machine?tamping?can?effectively?reduce?the?TQI?value?caused?by?the?irregularity?of?high?and?low?short?waves，?and?improve?the?regularity?of?the??ballasted?track?of?the?high-speed?railway.

Key?Words：?High-speed?railway;?Ballasted?track;?TQI;?Maintenance

近年來，隨著我國高速鐵路的快速發展，有砟軌道高速鐵路的使用規模逐步擴大。在高速鐵路長期且反復的振動和沖擊作用下以及各類線下基礎的長期變形過程中，有砟軌道平順性滿足要求是高速鐵路運行安全、乘客舒適的重要保證。目前，預應力混凝土簡支箱梁橋是高速鐵路中常見的結構形式，由于混凝土收縮徐變特性的存在，隨著時間的推移和溫度的變化，混凝土箱梁在預應力荷載的作用下產生緩慢的上拱變形，最終導致軌道出現周期性高低不平順的現象日益普遍[1-2]。

1?工程概況

銀西高鐵全線長618?km，設18個客運車站，是《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》中“十縱十橫”綜合運輸大通道之一“福銀通道”的重要組成部分，于2020年12月26日開通。其中，西安局集團有限公司管段范圍有砟區段營業里程99.682?km，軌枕采用Ⅲ型混凝土軌枕，每公里鋪設1?667根，配套采用V型扣件，道床采用特級碎石道床，線間距為4.6?m；曲線半徑最大12?000?m，最小2?000?m；鋼軌為60?kg/m、100?m定尺長、U71MnG鋼軌，60?N廓形。

2?TQI動態分析

軌道質量指數（TQI?值）是一定長度的左右高低、左右軌向、軌距、水平和三角坑的單項標準差之和，是衡量及反映線路區段整體平順與否的主要指標。該指標的大小與線路狀態平順性密切相關，表明200?m區段內軌道幾何狀態離散的程度，即數值越大表明軌道的平順程度越差，離散波動性越大[3-4]。

通過開通以來綜合檢測列車數據對比分析，銀西高鐵有砟區段TQI呈上升趨勢，上行有砟區段平均TQI由3.38升至4.15，上升0.77，下行有砟區段平均TQI由3.45升至4.26，上升0.81，有砟區段平均TQI上升0.79。目前有砟區段平均TQI超4.0單元上下行共計257個。

經分析，有砟段TQI值呈增大趨勢主要原因是左右高低單項逐年增大，2020年10月左右高低平均值為0.39，2022年6月左右高低平均值0.55，增大0.16。左右高低增大主要原因為簡支梁梁端徐變造成，銀西高鐵正線橋梁共29座/69.786?km，橋梁結構形式為標準24?m、32m簡支箱梁、連續梁，對比綜合檢測列車數據發現，簡支梁表現為有規律的32?m間隔短波高低不良，較明顯區段為北塬新城特大橋K25+100～K28+209、禮泉南跨G312國道立交特大橋K30+320～K48+897、乾禮特大橋K56+400～K62+500等。

通過分析綜合檢測列車數據，目前梁端動態高低峰峰值2mm以上的有109.731?km、3?412處，占比82.3％。其中上行55.203?km、1?724處，占上行86.1％，下行54.528?km、1?688處，占下行81.9％。梁端動態高低峰峰值大于5?mm共計32處（上行15處、下行17處）。

（1）在無外部其他因素影響時（如降雨、精調等）銀西高鐵有砟線路梁端變化與溫度變化成正比，溫度越低變化越大，最低溫度為-2.7?℃（2021年1月7日），梁端變化占比80.5%，最高溫度為35?℃（2021年6月7日），梁端變化占比32.1%。同時溫度每升高一度梁端變化減少80處，溫度降低一度梁端變化增加125處。

（2）有砟線路整體TQI變化、高低TQI變化、梁端變化數量、梁端峰值變化能夠相互對應，都與溫度變化有直接關系。溫度降低梁端變化增多，峰值變大，高低TQI增大，進而整體TQI增大，反之亦然。有砟線路整體TQI變化主要由高低TQI變化造成。

（3）通過對有砟橋梁平均TQI、高低TQI、有砟梁端最大峰峰值、有砟梁端峰峰值>2mm同比分析發現，除去溫度影響，銀西開通一年多來有砟橋梁梁端峰值呈明顯增長趨勢，需持續加強關注。

3?維護方案

通過動態分析，銀西高鐵有砟區段TQI呈上升趨勢，主要原因是簡支梁伸縮徐變產生的線路高低變化，為提高設備質量，提升高鐵線路平順性及舒適性，對TQI超過4.0區段進行有計劃地搗固[5-6]。按照動靜態相結合的原則，分析動態波形圖，確定重點維修地段，利用精測網對作業地段線路平縱斷面進行全面測量，根據實際測量線形設計優化作業目標線形，計算確定作業量。

2022年11月13日至30日，利用17個施工天窗，組織對銀西高鐵石何楊至咸陽北區間上下行K16+543～K28+186進行了線路大機搗固，共完成23.15?km。該區間無縫線路鎖定單元14個，鎖定軌溫為27～29.7?C°；曲線4對8條，最大曲線半徑為2?500?m，最大超高為140?mm；豎曲線16段，最大坡度為25‰。按照測量設計方案，最大起道量為11.2?mm，最大撥道量為6.9?mm。

線路大機搗固施工采用大機數字化搗固方式，搗固地段進行穩定作業。施工等級為高速鐵路營業線Ⅲ級施工。施工結束后第一列允許放行動車組，第一列限速160?km/h，其后恢復常速。作業模式按照兩個作業單元各自獨立作業，均采用“搗穩”模式，分別按各自加載的作業數據作業。搗固過程中采取橋面單鎬，梁端前后6?m進行雙鎬搗固，保證梁端道床搗固的密實度。每日每臺大機按2～3?km作業量控制[7-10]。

4?維護效果分析

4.1?靜態檢測情況

4.1.1?平均TQI降幅情況

每天每個作業單元使用軌道測量系統跟車測量TQI，及時復核作業質量。此次作業共計110個TQI單元（其中上行59個、下行51個），作業后靜態測量平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%。

作業后TQI各分項降幅明顯的為左右高低，降幅67%；水平降幅31%，三角坑降幅21%，軌向降幅10%，軌距基本無變化，作業前后靜態TQI情況如表1所示。

4.1.2?TQI單元占比情況

作業前靜態TQI≥3.0的共103個單元，2.5≤TQI＜3.0的共7個單元，無2.5以下單元。作業后TQI≥3.0的共7個單元，降幅93%；2.5≤TQI＜3.0的共27個單元，TQI＜2.5的74個單元，作業前后TQI單元占比情況如表2所示。

4.2?動態檢測情況

4.2.1?平均TQI降幅情況

對比11月初與12月動檢車數據，該區段動態平均TQI由搗固前3.88下降至2.58，降幅33%。

作業后TQI各分項降幅明顯的為左右高低，降幅53%；水平降幅19%，三角坑降幅16%，軌向降幅10%，軌距降幅7%，作業前后動態TQI情況如表3所示。

4.2.2?TQI單元占比情況

作業前動態TQI≥3.0的共104個單元，2.5≤TQI＜3.0的共6個單元，無2.5以下單元。作業后TQI≥3.0的共15個單元，降幅85%；2.5≤TQI＜3.0的共44個單元，TQI＜2.5的51個單元，作業前后動態TQI單元占比情況如表4所示。

4.3?效果

通過對比搗固前后靜態、動態TQI，各分項指數降幅明顯，消除了簡支梁收縮徐變引起的高低不平順，作業后靜態平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；動態平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。此次大機搗固整體效果良好，成功積累了有砟高鐵線路搗固經驗。

5?獲得的經驗

（1）高速鐵路橋梁收縮徐變是造成軌道周期性高低不平順的主要原因，工務部門應加強對橋梁地段的監測，根據動檢數據適時安排養護作業。

（2）大機搗固能夠有效降低高低短波不平順引起的TQI值，提升高速鐵路有砟軌道線路平順性。

（3）維護作業應提前做好搗固設計方案、合理確定作業模式、及時跟車質量驗收并合理選擇作業時段，確保鎖定軌溫滿足無縫線路相關要求。

6?結語

銀西高鐵有砟軌道平順性分析及養護維修實踐為高速鐵路有砟軌道運維提供了借鑒和技術參考。工務部門應密切關注橋梁收縮徐變造成的TQI變化情況，適時開展大機搗固，提高高速鐵路有砟軌道平順性。

參考文獻[1] 黎國清，劉秀波，楊飛，等.高速鐵路簡支梁徐變上拱引起的高低不平順變化規律及其對行車動力性能的影響[J].中國科學：技術科學，2014，44（7）：786-792.