我國普速鐵路安全管理與維護(hù)綜述

王印飛

摘要 該研究為探索普速鐵路土工結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的建立，對(duì)國內(nèi)外典型的設(shè)計(jì)或養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行了總結(jié)和比較，并進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)，探討了普速鐵路安全指標(biāo)及其影響因素，從管理系統(tǒng)和檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)兩方面提出了鐵路維修策略，為鐵路安全管理和維修提供了實(shí)用參考。

關(guān)鍵詞 普速鐵路;安全指標(biāo);設(shè)計(jì)規(guī)范;跟蹤維護(hù)

中圖分類號(hào) U298 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0059-03

0 引言

鐵路安全是國家整體安全的重要組成部分，也是鐵路生產(chǎn)和發(fā)展的永恒主題[1]。近年來，隨著我國普速鐵路的大規(guī)模建設(shè)和運(yùn)營里程的不斷增加，我國普速鐵路安全狀況總體上有所改善，雖然鐵路事故總數(shù)有所增加，但每百千米事故數(shù)有所下降，且有波動(dòng)。中國幅員遼闊，高鐵建設(shè)條件多樣，外部環(huán)境復(fù)雜。經(jīng)過多年的運(yùn)營，一些鐵路基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)了老化和缺陷。由于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的完整性和質(zhì)量是影響普速列車運(yùn)行安全的最直接的因素，因此鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的完整性和質(zhì)量是鐵路運(yùn)輸安全的基本條件，研究普速鐵路的安全管理與維護(hù)技術(shù)具有重要意義。國內(nèi)外對(duì)普速鐵路的安全管理與維護(hù)進(jìn)行了大量的研究，取得了許多學(xué)術(shù)成果[2]。探索歐盟、日本、美國等國家和地區(qū)的鐵路技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，并總結(jié)了普速鐵路運(yùn)行中可能存在的危害，分析了重大安全問題產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施[3]。普速鐵路工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)方案，對(duì)某普速鐵路的安全保障體系、維修計(jì)劃和維修技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了很多成果[4]。通過在混凝土基層和路基之間注入聚合物材料來均勻抬升軌道結(jié)構(gòu)并恢復(fù)軌道線形的方法，并通過全尺寸物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證了恢復(fù)后的軌道路基系統(tǒng)良好的動(dòng)力性能和長期耐久性[5]。上述研究在一定程度上有助于提高我國普速鐵路的安全管理水平。

該研究通過對(duì)我國普速鐵路安全管理與維修技術(shù)的文獻(xiàn)綜述，對(duì)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較。對(duì)普速鐵路安全指標(biāo)及其影響因素進(jìn)行了分析，提出了維修策略，介紹了鐵路維修新技術(shù)，完善可靠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)范化管理、基于動(dòng)態(tài)驗(yàn)收實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)機(jī)制的鐵路調(diào)整優(yōu)化，并對(duì)其效果進(jìn)行了驗(yàn)證，為鐵路安全管理和維修實(shí)踐提供了參考。

1 普速鐵路安全管理確定

1.1 建立科學(xué)合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、安全監(jiān)督監(jiān)測(cè)、維護(hù)和應(yīng)急救援等方面對(duì)中國普速鐵路安全技術(shù)體系進(jìn)行了研究。為保障鐵路安全，制定了普速鐵路路基、軌道、橋梁、隧道等各項(xiàng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)列車速度接近地面系統(tǒng)的臨界速度時(shí)，軌道基礎(chǔ)上的動(dòng)荷載將被放大，由此產(chǎn)生的軌道不均勻沉降又加劇了列車車輪對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的沖擊荷載。由于列車移動(dòng)荷載使軌床主應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，列車行駛加速了道砟顆粒在軌床內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致永久沉降過大。此外，由于道岔磨損或抽泥等原因造成的細(xì)顆粒進(jìn)一步導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)承載力降低。水的滲透和地下水的上升是其他可能對(duì)普速鐵路軌道性能不利的因素。對(duì)于路基，采用巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工理念，嚴(yán)格控制填筑材料、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、變形控制和檢測(cè)規(guī)定。例如，路基一旦建成，沉降不得超過15 mm，路基沉降與結(jié)構(gòu)沉降之差不得超過5 mm[6]。建立與路基承載力、變形和應(yīng)變有關(guān)的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，以提高軌道的規(guī)律性，研究并制定了列車荷載、基頻、梁端角、彎跨比、變形和位移等一系列技術(shù)參數(shù)。

1.2 實(shí)施鐵路建設(shè)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化管理

鐵路建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)范化管理是一個(gè)完整的概念。堅(jiān)持系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)為主要內(nèi)容，鐵路建設(shè)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化管理在管理制度、人員配置、現(xiàn)場(chǎng)管理和過程控制。鐵路建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)范化管理是普速鐵路本質(zhì)安全的保證。開發(fā)了簡(jiǎn)支梁的制造、運(yùn)輸和安裝技術(shù)，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)長期變形方面取得了突破，從厘米級(jí)到毫米級(jí)。通過制定軌下基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁、無砟軌道、緊固件、軌枕、道岔等一系列產(chǎn)品和相應(yīng)的施工技術(shù)，建立了中國普速鐵路工程技術(shù)體系，從頂層架構(gòu)的角度保證了中國普速鐵路的規(guī)律性。軌下基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)高速列車運(yùn)行性能的影響主要體現(xiàn)在變形、位移等因素上。軌道不平順可能是由長期變形和位移引起的，如橋臺(tái)沉降和局部塌陷。橋梁和隧道的沉降變形以及路基的沉降和開裂都會(huì)引起軌道的不規(guī)則性，這些沉降和開裂最終會(huì)反映在軌道的幾何狀態(tài)上。根據(jù)仿真以及定性和定量分析，在現(xiàn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)下，將軌道不平順的管理價(jià)值和列車的安全極限作為鐵路安全指標(biāo)是科學(xué)有效、合理的。

1.3 采用動(dòng)態(tài)驗(yàn)收進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化

動(dòng)態(tài)驗(yàn)收包括聯(lián)合調(diào)試、測(cè)試和運(yùn)行測(cè)試。

（1）聯(lián)合調(diào)試測(cè)試：在普速列車投入運(yùn)行前，通過對(duì)列車和相關(guān)設(shè)備的測(cè)試，對(duì)各系統(tǒng)的功能、性能、狀態(tài)以及各系統(tǒng)之間的匹配關(guān)系進(jìn)行了全面的測(cè)試、驗(yàn)證、調(diào)整和優(yōu)化。

（2）運(yùn)行試驗(yàn)：對(duì)正常和異常運(yùn)行情況下的運(yùn)行組織、旅客服務(wù)、整體系統(tǒng)的應(yīng)急救援進(jìn)行演練。通過聯(lián)合調(diào)試和測(cè)試，對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)和確認(rèn)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了固定設(shè)施和移動(dòng)設(shè)備的兼容性和適用性，使整個(gè)系統(tǒng)功能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各國和各地區(qū)實(shí)施的鐵路安全管理規(guī)定，高度重視軌道的正規(guī)性管理。理論研究和運(yùn)行實(shí)踐也表明，軌道的規(guī)律性直接影響行車安全，運(yùn)行舒適性、運(yùn)行速度、列車和軌道部件的使用壽命、環(huán)境振動(dòng)和噪聲。根據(jù)其干擾方向和形狀特征，軌道不平順性大致可分為高度不平順性、線形不平順性、軌距不平順性、水平不平順性和軌道扭曲性。

2 普速鐵路最優(yōu)維護(hù)策略

2.1 普速鐵路管理系統(tǒng)

普速鐵路一旦投入運(yùn)營，通過養(yǎng)護(hù)使鐵路保持良好狀態(tài)是保證普速鐵路安全的關(guān)鍵。對(duì)日本、德國、法國鐵路公司的管理制度和維護(hù)模式進(jìn)行了梳理和比較[7]。不同國家的鐵路養(yǎng)護(hù)制度和養(yǎng)護(hù)模式是不同的。經(jīng)比較，管理、檢查、維修嚴(yán)格分離，有利于專業(yè)管理，在管理上相互制約。中國實(shí)行獨(dú)立的檢查、維護(hù)和維修管理制度。維護(hù)主要分為專業(yè)維護(hù)和工程、電氣、電源綜合維護(hù)兩種方式。目前我國的維修模式以專業(yè)維修為主，實(shí)行一體化生產(chǎn)管理，基本實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的組織架構(gòu)、統(tǒng)一的夜間窗口時(shí)間安排、統(tǒng)一的生產(chǎn)計(jì)劃、統(tǒng)一的組織、統(tǒng)一的應(yīng)急響應(yīng)。普速鐵路設(shè)備的維修分為定期維修和臨時(shí)維修。按照預(yù)防為主、防治結(jié)合、嚴(yán)格檢查、精心維修的原則，按照鐵路狀態(tài)的變化規(guī)律，合理安排養(yǎng)護(hù)和維修，并制定相應(yīng)的維修計(jì)劃，以確保鐵路處于符合鐵路運(yùn)營要求的適當(dāng)狀態(tài)。

普速鐵路維護(hù)的安全問題以長期趨勢(shì)和過去事故的記錄為基礎(chǔ)的，因此，任何提高事故頻率知識(shí)的方法都是有意義的。監(jiān)測(cè)主要指標(biāo)有助于減少風(fēng)險(xiǎn)觀念更新的滯后，從而有助于提高安全性。雖然普速鐵路運(yùn)營商采用了許多先進(jìn)系統(tǒng)控制理論的概念，但重點(diǎn)仍然是在技術(shù)和人力層面捕捉問題和變化的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，而不是組織和制度層面。事故模型的使用，可以對(duì)技術(shù)故障和人為錯(cuò)誤的高度關(guān)注，同時(shí)在組織和制度層面上掩蓋系統(tǒng)，這些因素可能影響系統(tǒng)中的多個(gè)防御。此外，結(jié)構(gòu)分解模型通常不能提供一個(gè)系統(tǒng)的方法來識(shí)別組織和制度層面的因素，并影響分析師對(duì)事故因果因素的識(shí)別。如果組織試圖理解事故，就會(huì)引發(fā)追究責(zé)任的問題，從而掩蓋組織和制度層面的因素。因此，為了了解影響普速鐵路的各種因素的重要性，從普速鐵路事故的事故因果因素趨勢(shì)中得出見解。此外，從傳統(tǒng)的技術(shù)故障和人為錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移到事故機(jī)制和影響普速鐵路的運(yùn)營商組織和運(yùn)營商監(jiān)管關(guān)系相關(guān)的潛在因素。

2.2 普速鐵路檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)

在相關(guān)信息平臺(tái)方面，英國、意大利、日本等國建立了集檢驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、輔助維修決策信息管理于一體的信息系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。例如，英國鐵路公司Network Rail于2004年在英格蘭德比郡建立了工程支持中心。意大利RFI成立了國家鐵路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)診斷中心。日本鐵路局開發(fā)了鐵路管理信息系統(tǒng)，如新干線管理信息系統(tǒng)、東日本設(shè)備管理系統(tǒng)、維修管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、東海道維修管理系統(tǒng)、東海道新干線維修管理系統(tǒng)，建立了鐵路工程安全生產(chǎn)管理制度。覆蓋鐵路公司、鐵路局、基層、車間、各級(jí)工程部門，采用統(tǒng)一的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)服務(wù)詞典、標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序，整合現(xiàn)有的工程信息資源，建立信息資源共享平臺(tái)。但是，目前系統(tǒng)缺乏基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)預(yù)測(cè)和輔助維修決策的功能，在智能分析和綜合評(píng)價(jià)方面與其他國家的同類系統(tǒng)相比仍然落后。

在檢測(cè)技術(shù)方面，世界各國都在推動(dòng)軌道檢測(cè)車的研究、開發(fā)和應(yīng)用。目前現(xiàn)有的軌道檢測(cè)車一般采用慣性原理、激光攝影和圖像處理技術(shù)。相比其他國家如英國、意大利和日本，高速綜合檢測(cè)列車由中國獨(dú)立開發(fā)取得了長波違規(guī)行為的實(shí)時(shí)測(cè)量的跟蹤普速鐵路速度。自主研制了基于慣性參考、激光攝影和三維時(shí)變應(yīng)力測(cè)量技術(shù)的軌道不平順動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)系統(tǒng)。提出了綜合評(píng)價(jià)列車/軌道系統(tǒng)狀態(tài)的廣義能量法、我國普速鐵路不平度譜等理論，形成了分析和評(píng)價(jià)普速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀況的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)在檢測(cè)速度、功能、技術(shù)指標(biāo)等方面均超過國外同行，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。中國還開發(fā)了一系列橋梁隧道和外來物入侵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了普速鐵路安全水平。環(huán)境因素、自然因素或人為因素造成的破壞、隧道老化、維護(hù)不足和延期維修等，都可能導(dǎo)致隧道日益惡化隨著分析技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)日益加深，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了部署全自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行檢查和可持續(xù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)評(píng)估的必要性。鐵路隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)越來越需要基于全場(chǎng)圖像技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法。對(duì)于任何可能影響隧道完整性的問題的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，最重要的是采用適當(dāng)?shù)臋z查方法來表明需要增加注意的潛在問題。檢測(cè)缺陷對(duì)于高效檢查、調(diào)查隧道狀態(tài)和重新安排維修作業(yè)至關(guān)重要，無論何時(shí)何地都需要。

2.3 普速鐵路養(yǎng)護(hù)的新技術(shù)

大型地面沉降和局部抽水或工程活動(dòng)引起橋梁、路基、隧道等的沉降，需要及時(shí)處理，介紹了該領(lǐng)域的一些新技術(shù)。

2.3.1 高分子注漿提升技術(shù)

該技術(shù)的原理是高壓灌漿設(shè)備的使用，注入高聚合物灌漿材料，具有良好的填充性能，快速凝固，并通過注漿管向在支撐層下的分級(jí)碎石膨脹。隨著注漿壓力和膨脹力的注入，上軌結(jié)構(gòu)迅速解除。通過對(duì)注漿材料性能和注漿間隔的良好匹配，在鋼軌結(jié)構(gòu)的提升后形成的缺口，填補(bǔ)了注漿材料的填充，從而保持了軌道結(jié)構(gòu)的完整性。無碴軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一個(gè)長臥嵌無碴軌道結(jié)構(gòu)，這一節(jié)構(gòu)由兩組單交叉退出和兩組單次退出組成。在道岔前后以及板坯和雙塊無砟軌道的過渡區(qū)域設(shè)置了端梁結(jié)構(gòu)，上下游線路的軌道標(biāo)高采用路基結(jié)構(gòu)，硬化灌漿材料與路基級(jí)配碎石完全結(jié)合為一體，漿體飽滿、密實(shí)、無縫隙，無孔洞。

2.3.2 橋架提升技術(shù)

采用千斤頂同步提升梁體支座，采用墊鋼板技術(shù)改善因相鄰橋墩不均勻沉降而造成的軌道不平順。同步提升系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，當(dāng)提升高度滿足墊鋼板厚度時(shí)，插入墊鋼板，梁安裝到位，并擰緊支撐螺栓。橋起重技術(shù)應(yīng)用于橋梁的高度調(diào)整幅度超過普速鐵路在中國最大的提升量，大大改善了相鄰橋墩之間的高度差和橋梁。

2.3.3 線下坡技術(shù)

根據(jù)動(dòng)、靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了緊固件的調(diào)整方案，調(diào)峰是制定計(jì)劃的原則。即最高點(diǎn)峰值降低，最低點(diǎn)峰值升高。調(diào)整固定件后，動(dòng)態(tài)測(cè)試的復(fù)合軌道沿下坡不平順度。以中國普速鐵路某路段緊固件調(diào)整為例，由于全線檢測(cè)車在該路段超標(biāo)，在確定最低值高度調(diào)整的最大量后，確定基本線性形狀。

2.3.4 軌道板更換技術(shù)

隨著軌道使用時(shí)間的延長，在溫度應(yīng)力、列車荷載、風(fēng)化等綜合作用下，部分軌道板會(huì)出現(xiàn)開裂、碎屑脫落、脹形等劣化現(xiàn)象。當(dāng)損壞達(dá)到一定程度時(shí)，必須在夜間開窗期間更換損壞的軌道板。新開發(fā)的技術(shù)是在不切斷軌道的情況下，通過橫向移軌來替代損壞的軌道板。

上述4種新型養(yǎng)護(hù)技術(shù)在我國普速鐵路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。高聚物注漿提升技術(shù)主要應(yīng)用于路基，提升量最大。橋架提升技術(shù)適用于橋架斷面獲得相對(duì)較大的提升量。線下坡工藝工作量相對(duì)較小。軌道板更換技術(shù)是解決軌道板老化情況的可行方法。

3 結(jié)論

普速列車的行駛性能主要受到軌道不規(guī)范的影響。因此，將軌道違章管理價(jià)值和列車安全限值作為現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵路安全指標(biāo)是科學(xué)合理的。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理、動(dòng)態(tài)驗(yàn)收等方面總結(jié)了實(shí)現(xiàn)我國普速鐵路安全指標(biāo)的主要經(jīng)驗(yàn)和方法。對(duì)比分析了國內(nèi)外普速鐵路狀態(tài)管理系統(tǒng)和檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)，介紹了新型鐵路養(yǎng)護(hù)技術(shù)。為確定普速鐵路安全指標(biāo)，保持普速鐵路的理想狀態(tài)提供參考，為我國普速鐵路安全指標(biāo)的確定提供了核心支撐。

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