如何降低有砟高鐵軌道質(zhì)量指數(shù)TQI值

周志偉

（中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，河北 高碑店 017000）

高速鐵路分為有砟高鐵和無(wú)砟高鐵，兩者主要區(qū)別在于軌道結(jié)構(gòu)形式，前者是混凝土道床，后者是道砟道床。隨著中國(guó)高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，有砟高鐵以其造價(jià)低、維修方便、建設(shè)速度快等突出特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，形成了一整套完善的施工工藝。而軌道精調(diào)作為有砟高鐵軌道工程施工過(guò)程中的一道關(guān)鍵工序，對(duì)線路的質(zhì)量有著重要的影響，本文就如何提高軌道工程施工質(zhì)量，降低有砟高鐵TQI值進(jìn)行初步探索和總結(jié)。

1 軌道精調(diào)對(duì)軌道工程質(zhì)量的影響

有砟高速軌道結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)意義上的顆粒道床，道床自穩(wěn)能力差且密實(shí)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，往往在運(yùn)營(yíng)初期出現(xiàn)TQI值劇增、峰值超限等弊端，嚴(yán)重影響線路運(yùn)行安全。造成軌道線路初期TQI值增大的因素很多，如橋梁的徐變、路基的下沉，線路精調(diào)效果較差等。因此，如何通過(guò)高效高質(zhì)量的軌道精調(diào)，縮短道床終穩(wěn)時(shí)間，加大軌道質(zhì)量TQI值冗余量，增加軌道線路安全儲(chǔ)備，已成為有砟高鐵軌道工程亟需解決的問(wèn)題。

傳統(tǒng)軌道精調(diào)側(cè)重人工精調(diào)，忽略了精搗設(shè)備動(dòng)力穩(wěn)定及搗固的重要性，造成有砟道床運(yùn)行初期道床穩(wěn)定性較差，同時(shí)耗費(fèi)大量精調(diào)件及人工，卻達(dá)不到穩(wěn)定TQI值的目的。為此，銀蘭客專（吳中段）從軌道精測(cè)、軌道精調(diào)兩方面入手，強(qiáng)調(diào)線路動(dòng)力穩(wěn)定及搗固方案優(yōu)化的重要性，避免軌下調(diào)高墊板更換，提高人工精改精度，從而達(dá)到加快道床終穩(wěn)速度、降低軌道TQI值的目的，最終實(shí)現(xiàn)軌道工程整體水平的提高。

2 TQI值概述

軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）是衡量線路區(qū)段整體平順與否的主要指標(biāo)，是高低、軌向、軌距、水平和三角坑的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[1]。該指標(biāo)的大小與軌道狀態(tài)平順性密切相關(guān)，表明200 m區(qū)段軌道狀態(tài)離散的程度，即數(shù)值越大表明軌道的平順程度越差、波動(dòng)性越大，驗(yàn)標(biāo)規(guī)定時(shí)速250 km高鐵線路軌道質(zhì)量TQI值應(yīng)＜8.0 mm。表1為200 m區(qū)段軌道不平順質(zhì)量指數(shù)TQI管理標(biāo)準(zhǔn)。

表1 200 m區(qū)段軌道不平順質(zhì)量指數(shù)TQI管理標(biāo)準(zhǔn) mm

3 軌道精測(cè)

軌道精密測(cè)量是建設(shè)高質(zhì)量高速鐵路最基本、最重要的施工技術(shù)，必須按照相關(guān)規(guī)定建立高精度的“四網(wǎng)合一”測(cè)量控制網(wǎng)，其中CPⅢ網(wǎng)用于軌道精調(diào)。對(duì)于有砟高鐵軌道測(cè)量，利用提前埋設(shè)的CPⅢ樁，使用全站儀配合靜態(tài)軌道小車采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、制定搗固方案并指導(dǎo)線路精調(diào)的重要施工技術(shù)。

為了控制采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在軌道精測(cè)前應(yīng)消除鋼軌及焊縫的缺陷，避免鋼軌缺陷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失準(zhǔn)；CPⅢ建網(wǎng)精度滿足規(guī)范要求，CPⅢ樁無(wú)歪斜、磕碰現(xiàn)象；嚴(yán)格按照精測(cè)作業(yè)氣溫標(biāo)準(zhǔn)。

為了保證軌道線型的平順性，在精測(cè)數(shù)據(jù)分析前須將精測(cè)的多段數(shù)據(jù)疊加成較長(zhǎng)的一段數(shù)據(jù)，并依次輸出，作為波形分析的原始數(shù)據(jù)。在制定精調(diào)方案時(shí)要牢固樹立向原設(shè)計(jì)線型貼近的原則，盡可能將波形線拉直，即運(yùn)用“精確法”作業(yè)，不宜總通過(guò)“平順?lè)ā弊鳂I(yè)，后者雖然減少了人工精調(diào)的工作量，但TQI值中軌向及高低項(xiàng)數(shù)值將偏高，不利總體TQI值的降低。

4 軌道線路精調(diào)

高速鐵路軌道精調(diào)分為人工精改和機(jī)械精搗兩部分[2]。它是影響軌道線路施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是降低軌道線路質(zhì)量TQI值的主要手段。人工精改主要利用非標(biāo)軌距塊調(diào)整軌距及變化率，機(jī)械精搗主要利用高精度（1 mm級(jí)）搗穩(wěn)聯(lián)一體設(shè)備對(duì)有砟道床進(jìn)行穩(wěn)定密實(shí)和線路平面、高程偏差進(jìn)行調(diào)整。表2為有砟高鐵軌道靜態(tài)鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 人工精改

銀蘭客專（吳中段）人工精改共分為3個(gè)階段：第1階段是在道床達(dá)到初期穩(wěn)定狀態(tài)并驗(yàn)收合格后進(jìn)行，此階段主要進(jìn)行軌距調(diào)整，目的在于補(bǔ)齊扣配件、矯正膠墊，消滅鋼軌、軌枕、扣件等加工產(chǎn)生的誤差，此階段是關(guān)鍵；第2階段是在大機(jī)搗固過(guò)程中，受外力因素導(dǎo)致軌距發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整，此階段是重點(diǎn)；第3階段為動(dòng)態(tài)驗(yàn)收過(guò)程中個(gè)別軌距、軌向超標(biāo)的局部調(diào)整。

表2 有砟高鐵軌道靜態(tài)鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)

人工精改的質(zhì)量不僅直接影響軌距單項(xiàng)TQI值，也影響線路方向及機(jī)械精搗的質(zhì)量，所以在施工中要精細(xì)化管理、認(rèn)真對(duì)待、做到三必須。一是必須消除離縫：為了避免因離縫消除不掉，車輛通過(guò)后造成鋼軌向外移動(dòng)，使軌距變大。在作業(yè)過(guò)程中軌距擋板與鋼軌或軌枕必須＞0.5 mm的離縫，并且清理承軌槽、膠墊遺落雜物，使軌距擋板與軌底邊、軌枕?yè)跫缦嗷ッ芸?。軌距擋板中部與軌底角平齊則說(shuō)明未壓膠墊；軌距擋板與軌枕?yè)跫缙烬R則說(shuō)明完全落槽；二是必須更換失效膠墊：膠墊壓潰或破損失效后會(huì)導(dǎo)致鋼軌“內(nèi)傾外倒”，造成軌距不良，影響軌底整體彈性，特別是在曲線下股會(huì)導(dǎo)致軌距成段不良；三是必須統(tǒng)一基準(zhǔn)股：如檢查軌距有超內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按照技術(shù)人員標(biāo)注的調(diào)整量更換非基準(zhǔn)股軌距擋板，不能隨意改變基準(zhǔn)股。

為了提高軌道線路質(zhì)量，降低線路TQI值，軌距單項(xiàng)TQI值按照＜0.15 mm控制。軌距精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)按1 435 mm±0.2 mm控制，軌距變化率控制在1/3 000內(nèi)。

4.2 人機(jī)網(wǎng)搗固工法

機(jī)械精搗按照“五搗五穩(wěn)，穩(wěn)定優(yōu)先，人工干預(yù)”的施工工法，是軌道精調(diào)工作的核心，主要解決道床快速密實(shí)穩(wěn)定，軌道幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的問(wèn)題。軌道線路道床進(jìn)入初穩(wěn)后，按照穩(wěn)定+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+穩(wěn)定+搗固+搗固的順序進(jìn)行作業(yè)。前3遍搗固采用“精確法”作業(yè)，起道量控制在約20 mm，宜采用雙搗；第4遍采用“平順?lè)ā弊鳂I(yè)，起道量約5 mm，采用單搗；第5遍根據(jù)0級(jí)軌道車檢測(cè)情況，對(duì)綜合TQI值＞2.3 mm的區(qū)段進(jìn)行加強(qiáng)搗固，作業(yè)方案同第4遍。表3為機(jī)械精搗固參數(shù)。

表3 機(jī)械精搗固參數(shù)設(shè)置

4.2.1 嚴(yán)格落實(shí)“穩(wěn)定優(yōu)先”的思路

有砟道床是否密實(shí)穩(wěn)定是直接影響精搗固效果和降低TQI值變化的因素之一，必須樹立動(dòng)力穩(wěn)定優(yōu)先的思想，即線路動(dòng)力穩(wěn)定后再搗固。為此，線路進(jìn)行貫通動(dòng)力穩(wěn)定作業(yè)，穩(wěn)定車在路基上工作速度控制在0.6 km/h～0.9 km/h，作業(yè)頻率控制在30 Hz～35 Hz范圍內(nèi)，豎向荷載為19.8 kN。從路基向橋上進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定作業(yè)時(shí)，應(yīng)在上橋前30 m范圍內(nèi)把豎向荷載逐漸降低50%，并在下橋后30 m范圍內(nèi)再把豎向荷載逐漸提高到原來(lái)的數(shù)值。穩(wěn)定車在橋上進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定應(yīng)避開橋梁自振頻率，作業(yè)走行速度＞1 km/h，穩(wěn)定裝置應(yīng)盡可能在橋臺(tái)外或橋墩處起振、停振，隨時(shí)觀測(cè)橋梁狀態(tài)，遇異常時(shí)及時(shí)停止穩(wěn)定作業(yè)[3]。

4.2.2 數(shù)據(jù)處理，優(yōu)化搗固作業(yè)方案

1）數(shù)據(jù)測(cè)量要求

為保證作業(yè)精度，線路精測(cè)逐枕采集數(shù)據(jù)，測(cè)量后的線路禁止進(jìn)行改軌距、拆膠墊等動(dòng)道作業(yè)。

2）搗固方案編制

①平面偏差調(diào)整：當(dāng)平面偏差＜搗固車1次最大撥道量（50 mm）時(shí)，直接按照目標(biāo)值進(jìn)行撥道修正；當(dāng)平面偏差＞搗固車1次最大撥道量時(shí)，進(jìn)行分次逐步撥道修正；②高程偏差調(diào)整：第1遍作業(yè)數(shù)據(jù)起道量距設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)留30 mm，第2遍作業(yè)數(shù)據(jù)起道量距設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)留20 mm，第3遍作業(yè)數(shù)據(jù)起道量距設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)留15 mm，第4遍作業(yè)數(shù)據(jù)起道量距設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)留10 mm，第5遍作業(yè)數(shù)據(jù)起道量距設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)留5 mm。DWL-48K作業(yè)車在第1，2遍作業(yè)中前端起道量要乘調(diào)整系數(shù)，保證大機(jī)作業(yè)效果；③線搗方案優(yōu)化：對(duì)于線路平、縱斷面較差地段，為保證線路整體的平順性在制定搗固方案時(shí)要對(duì)起道量進(jìn)行優(yōu)化處理。搗固方案優(yōu)化原則為：針對(duì)線路高點(diǎn)只設(shè)置基本起道量保證撥道及調(diào)整水平。針對(duì)線路低洼地段結(jié)合大機(jī)的最大起道量進(jìn)行拉坡處理。

3）起道沉降系數(shù)

道床穩(wěn)定作業(yè)會(huì)造成預(yù)先抬起的線路產(chǎn)生一定程度的下沉，由于道床密實(shí)度不同，下沉量會(huì)產(chǎn)生不均勻變化，并且下沉量會(huì)隨起道量的增加成一定比例的線性增大，為使搗固作業(yè)后的線型、質(zhì)量達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果，在方案中引入起道沉降修正系數(shù)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及選取參考點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)前后高程測(cè)量對(duì)比，歸納出理論起道量與實(shí)際起道量之間的線性關(guān)系，進(jìn)而換算出起道沉降修正系數(shù)（見表4）。編制前2遍搗固方案時(shí)，將理論設(shè)計(jì)起道量乘上相應(yīng)的起道沉降修正系數(shù)，補(bǔ)償線路不均勻下沉的影響，有效改善大機(jī)作業(yè)質(zhì)量。

表4 理論起道量與起道沉降修正系數(shù) mm

4.2.3 按標(biāo)作業(yè)，固化施工組織模式

全面復(fù)核平面曲線、豎曲線相關(guān)資料，在現(xiàn)場(chǎng)用油漆對(duì)平面曲線五大樁、豎曲線起終點(diǎn)、變坡點(diǎn)及緩和曲線超高進(jìn)行標(biāo)注，便于大機(jī)搗固對(duì)點(diǎn)和檢查。大機(jī)作業(yè)人員將平面曲線、豎曲線資料輸入計(jì)算機(jī)，將作業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ALC，與技術(shù)人員核對(duì)作業(yè)數(shù)據(jù)及線路資料，確保曲線要素、起道數(shù)值及撥道方向準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.2.4 人工干預(yù)

分析0級(jí)軌檢車或綜合檢測(cè)車采集的數(shù)據(jù)，對(duì)個(gè)別單元TQI值偏大，可采用人工干預(yù)消除峰值。其中軌距、軌距變化率、軌向利用非標(biāo)軌距塊調(diào)整；高低或三角坑調(diào)整數(shù)值5 mm以內(nèi)利用軌下精調(diào)件。為防止運(yùn)營(yíng)期線路維修撤墊的工作量，盡量減少軌下調(diào)高墊板使用量。

4.2.5 質(zhì)量回檢，施工質(zhì)量閉環(huán)管理

1）質(zhì)量回檢

安排專人利用軌道檢查儀對(duì)搗固后線路的綜合質(zhì)量指標(biāo)（TQI）進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)與作業(yè)負(fù)責(zé)人溝通，結(jié)合實(shí)際情況決定是否需返工處理。

2） 質(zhì)量分析

①靜態(tài)質(zhì)量分析：靜態(tài)質(zhì)量分析是聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，利用CPⅢ網(wǎng)精測(cè)數(shù)據(jù)高程偏差圖、平面偏差圖、軌道檢查儀回檢數(shù)據(jù)（TQI）等全面分析作業(yè)質(zhì)量；②動(dòng)態(tài)質(zhì)量分析：動(dòng)態(tài)質(zhì)量分析是進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試后，通過(guò)軌道綜合檢測(cè)列車對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)，以軌道動(dòng)態(tài)不平順管理值、波形圖為依據(jù)，對(duì)大機(jī)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行的綜合分析；③通過(guò)線路精整理5遍動(dòng)力穩(wěn)定，道床密度為1.98 g/cm3，遠(yuǎn)＞規(guī)范要求的1.75 g/cm3。

銀蘭客專（吳中段）通過(guò)軌道精調(diào)，靜態(tài)驗(yàn)收軌道質(zhì)量TQI值由驗(yàn)標(biāo)8.0 mm降低至2.1 mm，有效降低TQI值，增加線路安全儲(chǔ)備；同時(shí)動(dòng)態(tài)驗(yàn)收時(shí)TQI值為2.3 mm，運(yùn)營(yíng)2個(gè)月軌道質(zhì)量指數(shù)TQI值為2.4 mm，也解決了有砟高鐵運(yùn)營(yíng)初期軌道質(zhì)量TQI值劇變的問(wèn)題，達(dá)到了研究初設(shè)定的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路作為我國(guó)一個(gè)新的“名片產(chǎn)業(yè)”，充當(dāng)著拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的火車頭，不斷滿足著人民日益增長(zhǎng)的出行需要。高鐵運(yùn)行是否平穩(wěn)、舒適與軌道精調(diào)有著密切的聯(lián)系。因此有砟高速鐵路建設(shè)應(yīng)加強(qiáng)線路精搗和人工精改施工各個(gè)環(huán)節(jié)，建立“人機(jī)網(wǎng)，多穩(wěn)少搗”的搗固思想，強(qiáng)調(diào)減少軌下調(diào)整件使用量，并最大限度挖掘精搗設(shè)備的潛力，從而不斷提升軌道線路精調(diào)質(zhì)量，創(chuàng)造有砟高鐵的新高度。