基于軌道質(zhì)量狀態(tài)的高鐵軌道維修周期預(yù)測

摘要：軌道檢查即對(duì)軌道質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的基本，這是一種工務(wù)部門用于掌握軌道狀態(tài)，制定出科學(xué)、合理的維護(hù)計(jì)劃的重要方法。文章對(duì)我國鐵路的軌道檢測技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行了闡述，羅列出了一些國內(nèi)軌道質(zhì)量狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法，對(duì)高速鐵路維修周期的預(yù)測方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：軌道質(zhì)量狀態(tài)：高鐵軌道；維修周期預(yù)測；超限評(píng)分法；軌道質(zhì)量指數(shù)法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U216 文章編號(hào)：1009-2374（2015）32-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.055

當(dāng)前普遍采用的是根據(jù)總重制定維修周期的方法，并沒有把軌道的質(zhì)量狀態(tài)作為出發(fā)點(diǎn)，無法對(duì)線路維修的工作進(jìn)行比較科學(xué)的指導(dǎo)。因此，我們需要更深入地對(duì)基于軌道質(zhì)量狀態(tài)的維修周期預(yù)測方法進(jìn)行研究。

1 國家鐵路的軌道檢測技術(shù)和應(yīng)用

軌道檢查就是對(duì)軌道質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的基本，這是一種工務(wù)部門用于掌握軌道狀態(tài)，制定出科學(xué)、合理的維護(hù)計(jì)劃的重要方法。目前我們主要采用軌檢車動(dòng)態(tài)檢查法來對(duì)軌道的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種方法主要是根據(jù)檢查軌道動(dòng)態(tài)幾何形狀以及振動(dòng)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，軌檢車是一種用來保證列車安全平穩(wěn)運(yùn)行、乘客舒適和指導(dǎo)鐵路養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)的重要工具。在一個(gè)世紀(jì)之多的時(shí)間里，軌檢車檢測技術(shù)一直在不斷完善，變得越來越成熟，這種技術(shù)把光學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、動(dòng)力學(xué)等各種先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合在了一起，從而使得軌道質(zhì)量評(píng)估的準(zhǔn)確性在很大程度上得到了提升。另外，鐵路工務(wù)部門還有很多能夠取得軌道檢測數(shù)據(jù)的儀器，比如說鋼軌探傷車、晃車儀、軌檢車等，這些都是比較常用的儀器，在這之中，在線路質(zhì)量動(dòng)態(tài)檢查中最主要的方法就是運(yùn)用軌檢車來檢查線路，這也是在國際中比較通用的軌道質(zhì)量狀態(tài)檢查手段。

2 我國軌道質(zhì)量狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法

2.1 超限評(píng)分法

超限評(píng)分法是測量出軌道單元區(qū)段中各個(gè)測點(diǎn)不平順參數(shù)的副職，并且通過軌道幾何不平順管理值來對(duì)有沒有超限和超限的詳細(xì)情況進(jìn)行判斷，統(tǒng)計(jì)出單元區(qū)段中超限峰值的長度以及個(gè)數(shù)，通過計(jì)算加權(quán)平均值對(duì)評(píng)價(jià)單元區(qū)段中的軌道質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，再根據(jù)不平順超限的等級(jí)來評(píng)定扣分的情況，在這之中，不平順參數(shù)包括了水平、軌距、軌向、高低、三角坑、橫向振動(dòng)加速度以及車體垂直振動(dòng)加速度。這種超限評(píng)分法把一千米作為單元區(qū)段，對(duì)軌道的動(dòng)態(tài)不平順情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，超限等級(jí)不一樣也就表示軌道不平順狀態(tài)的發(fā)展也是不一樣的，在這當(dāng)中所需要的檢測數(shù)據(jù)主要有七個(gè)，分別是水平、軌距、軌向、高低、三角坑、橫向振動(dòng)加速度、車體垂直振動(dòng)加速度。

通常情況下，不平順超限等級(jí)一共分成四級(jí)：Ⅰ級(jí)是軌道保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，一處扣1分；Ⅱ級(jí)是乘客舒適度的標(biāo)準(zhǔn)，一處扣5分；Ⅲ級(jí)是軌道緊急補(bǔ)修的標(biāo)準(zhǔn)，一處需扣100分；Ⅳ則是列車限速的標(biāo)準(zhǔn)，一處要扣301分。

在運(yùn)用超限評(píng)分法對(duì)動(dòng)態(tài)路線不平順進(jìn)行評(píng)定的時(shí)候，每一公里的扣分總是每一項(xiàng)、每一級(jí)偏差扣分值的總和，而每一公里線路動(dòng)態(tài)不平順的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：每公里扣分的總數(shù)不超過50分為優(yōu)良；每公里扣分的總數(shù)在51～300分之間為合格；而每公里扣分的中樞大于300分就是失格。超限評(píng)分法可以正確找出軌道局部病害的類型、位置以及程度，特別是一些需要緊急補(bǔ)修和局部維修的軌道病害來說，能夠起到非常有效的作用。

2.2 軌道質(zhì)量指數(shù)法

我們國家在20世紀(jì)90年代的時(shí)候提出了“狀態(tài)修”和TQI計(jì)算方法，并且對(duì)此制定出了相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，檢測和養(yǎng)修同等重要的思想也開始慢慢被人們接受。TQI就是軌道質(zhì)量指數(shù)法，可以將評(píng)價(jià)線路的整體質(zhì)量綜合起來，編制出比較合理的區(qū)段線路的綜合維修計(jì)劃，對(duì)整修以及大機(jī)作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，從而讓軌道狀態(tài)維修的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性以及合理性得到大幅度的提升，讓維修管理變得越來越科學(xué)。運(yùn)用軌道質(zhì)量指數(shù)法來評(píng)價(jià)與管理軌道狀態(tài)，能夠讓軌道檢查數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用水平得到提高，能制定出科學(xué)、合理的線路維修計(jì)劃，并且能夠?yàn)檐壍罓顟B(tài)的平衡發(fā)展可以提供科學(xué)的依據(jù)。

軌道質(zhì)量指數(shù)法將兩百米作為單元區(qū)段，并且對(duì)單元區(qū)段當(dāng)中的七個(gè)軌道不平順幅值的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算，主要有軌距、水平、三角坑、左右軌向以及左右高低，TQI的數(shù)值可以表示軌道平順性的優(yōu)劣以及軌道狀態(tài)波動(dòng)性的大小，單項(xiàng)軌道不平順指的標(biāo)準(zhǔn)差我們稱之為單項(xiàng)指數(shù)，而各個(gè)單項(xiàng)指數(shù)的總和就是軌道質(zhì)量指數(shù)TQI，TQI的值能夠?qū)壍蕾|(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行綜合、均衡的

評(píng)價(jià)。

運(yùn)用軌道區(qū)段TQI的方法來評(píng)價(jià)軌道質(zhì)量是非?？煽康?，這種方法能夠運(yùn)用所有測量得出的數(shù)據(jù)來對(duì)該項(xiàng)幾何參數(shù)的情況進(jìn)行計(jì)算以及評(píng)價(jià)，可并不是某個(gè)幾何不平順會(huì)對(duì)軌道質(zhì)量產(chǎn)生影響，而是很多個(gè)因素共同影響的結(jié)果。另外，TQI指數(shù)的計(jì)算方法十分簡單，許多比較常用的軌檢機(jī)具都能夠進(jìn)行測量、計(jì)算以及存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，并且這種方法被我們國家很多的鐵路局用于指導(dǎo)其路線維修工作，對(duì)軌道檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，正確評(píng)價(jià)軌道的質(zhì)量，對(duì)高速鐵路軌道的維修進(jìn)行指導(dǎo)，可以說軌道質(zhì)量指數(shù)法是最好的選擇。

3 高速鐵路維修周期的預(yù)測方法

3.1 有砟軌道TQI的發(fā)展趨勢

通過大量實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除去維修以后下沉量比較大的一段時(shí)間，軌道的TQI指數(shù)在兩次維修當(dāng)中有著線性惡化的趨勢。在線路運(yùn)營的過程當(dāng)中，在非常多復(fù)雜因素的綜合影響之下，軌道質(zhì)量的狀態(tài)會(huì)隨著時(shí)間的增加而逐漸惡化，但是各個(gè)影響因素的不確定性是此消彼長的關(guān)系，讓TQI的發(fā)展曲線不但有著線性惡化的趨勢，還沿這種趨勢顯示出波動(dòng)特性。

圖1

通過觀察TQI值的增長趨勢，我們可以直觀清楚地看到軌道狀態(tài)的惡化規(guī)律。如圖1所示，隨著時(shí)間的流逝，TQI一直都有著線性增長的趨勢，并且在這種趨勢線的周圍可以看到上下波動(dòng)的特點(diǎn)。而在維修過后的初期，因?yàn)檐壍澜Y(jié)果會(huì)下沉，使得TQI值的波動(dòng)幅值比較大，隨著鐵路運(yùn)營的時(shí)間不斷增加，波動(dòng)的幅值也會(huì)隨之慢慢變小，并且逐漸穩(wěn)定下來，而軌道的狀態(tài)則是漸漸惡化，我們只要根據(jù)TQI數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線進(jìn)行直線擬合，就能夠知道軌道質(zhì)量狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)展的大概情況以及惡化的速度。在維修之后，軌道質(zhì)量并不會(huì)有最開始的狀態(tài)，不一樣的維修工作對(duì)于軌道質(zhì)量的改善量也是不同的，維修以后的線路，軌道狀態(tài)會(huì)有不同程度的恢復(fù)，但是在不斷的運(yùn)營過程中，又會(huì)出現(xiàn)新的惡化過程，所以我們需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間來對(duì)軌道進(jìn)行維修，盡可能在軌道惡化之前就進(jìn)行狀態(tài)檢修。

3.2 維修周期的預(yù)測方法

根據(jù)軌道質(zhì)量的發(fā)展規(guī)律能夠得知，TQI指數(shù)的發(fā)展不但有著線性增長的趨勢，還會(huì)沿這種趨勢呈現(xiàn)出波動(dòng)特性，因?yàn)橛绊戃壍蕾|(zhì)量狀態(tài)的因素有著隨機(jī)特性，TQI值的波動(dòng)也會(huì)比較隨機(jī)，很難把握，盡管我們能夠?qū)Χ唐诘腡QI值進(jìn)行比較精確的非線性預(yù)測，可是由于維修周期比較長，就會(huì)有些困難，如果方法不適合，就會(huì)出現(xiàn)預(yù)測誤差的后果，所以我們應(yīng)該把握住TQI指數(shù)的線性發(fā)展趨勢，忽略隨機(jī)波動(dòng)的特性和長期預(yù)測軌道質(zhì)量指數(shù)的發(fā)展，從而根據(jù)維修標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)測線路的維修周期，軌道TQI值的長期變化趨勢近似一條直線，我們可以利用一元線性回歸的方式擬合出TQI值的變化趨勢線，從而對(duì)TQI值進(jìn)行長期的預(yù)測。

4 結(jié)語

高速鐵路維修周期預(yù)測系統(tǒng)只可以預(yù)測高速條例有的檢修周期，大修周期的預(yù)測以及其他維修形式的實(shí)施時(shí)間并沒有涉及，所以需要再次進(jìn)行補(bǔ)充和開發(fā)，從而形成集臨時(shí)維修、經(jīng)常保養(yǎng)、周期以及大中修于一體的高速鐵路維修輔助系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾真.高速鐵路板式無砟軌道破損分析及工務(wù)修程修制研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[2] 左藤吉彥，徐涌，等.新軌道力學(xué)[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

作者簡介：任守安（1987-），男，內(nèi)蒙古卓資山人，供職于呼和浩特鐵路局集寧工務(wù)段，研究方向：鐵路工務(wù)線路維修。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）