中老鐵路磨萬段軌道幾何狀態(tài)及典型問題分析

趙文博， 楊飛， 馬良德

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 基礎設施檢測研究所，北京 100081）

1 工程概況

中老鐵路磨丁—萬象段（簡稱磨萬鐵路）位于老撾境內，起于中老邊境口岸磨丁，終點至老撾首都萬象，沿線80%為山地和高原，線路跨越河流均屬老撾境內最大河流湄公河流域。

正線采用有砟軌道結構和跨區(qū)間無縫線路，全長422.441 km，設計速度160 km/h，采用中國標準，為客貨共線Ⅰ級單線鐵路。其中路基總長155.37 km；橋梁164 座，總長67.63 km，以32 m 簡支T 梁為主，采用24 m 簡支T 梁調整孔跨，跨道路、河流、深谷等部分主橋采用特殊結構，主要有瑯勃拉邦湄公河特大橋（60+4×104+60）m 連續(xù)梁、班那漢湄公河特大橋（80+144+80）m 連續(xù)剛構；隧道75 座，總長196.75 km，最長隧道為森村二號隧道，長9.38 km。

磨萬鐵路于 2015 年 12 月開工建設，2021 年 10 月20 日—11 月1 日開始逐級提速測試，測試速度等級分別為80、100、120、140、160、170、176 km/h。軌道幾何采用WX25T 999304、WX25T 999305 軌道檢查車檢測［1］，驗收速度標準見表1。檢測項目包括高低、軌向、軌距、水平、三角坑、軌距變化率、車體橫向加速度、車體垂向加速度等。

表1 磨萬鐵路各區(qū)段驗收速度標準 km/h

2 整體軌道狀態(tài)分析

2.1 軌道狀態(tài)及動態(tài)驗收評價標準

磨萬鐵路軌道幾何動態(tài)檢測采用TB 10461—2019《客貨共線鐵路工程動態(tài)驗收技術規(guī)范》［2］中規(guī)定的軌道幾何狀態(tài)驗收評價標準。為保證試驗安全，采用TG/GW 102—2019《普速鐵路線路修理規(guī)則》［3］中規(guī)定的軌道幾何動態(tài)不平順Ⅲ級、Ⅳ級容許偏差管理值對軌道幾何大值進行控制。

評價項目包含局部峰值評價和區(qū)段均值評價。局部峰值評價允許偏差管理值見表2，每公里檢測結果中無超過驗收管理值的偏差，則驗收合格。區(qū)段均值評價指標為軌道質量指數(shù)（TQI）［4］，TQI 驗收管理值見表3，檢測結果中無超過驗收管理值的偏差，則驗收合格。

表2 軌道幾何狀態(tài)局部峰值動態(tài)驗收管理值

表3 TQI允許偏差管理值

2.2 軌道質量狀態(tài)

2.2.1 局部峰值評價

磨萬鐵路動態(tài)檢測首次測試發(fā)現(xiàn)超驗收管理值（簡稱超限）區(qū)段共42處，其中高低超限主要出現(xiàn)在電容枕、橋梁區(qū)段、路橋過渡段和道岔區(qū)段；軌向超限主要出現(xiàn)在曲線和道岔區(qū)段。經(jīng)過多輪整修，最終按照設計速度全線拉通檢測無驗收偏差，滿足局部峰值驗收要求，驗收結果見表4。

表4 動態(tài)檢測局部峰值驗收偏差區(qū)段匯總

檢測中發(fā)現(xiàn)的超限區(qū)段都進行了及時整修，部分區(qū)段整修效果明顯，整修前后結果對比如下。

（1）K72+257。這一區(qū)段在檢測過程出現(xiàn)了高低超限，超限幅值為-6.82 mm，經(jīng)過整修后，高低不平順檢測結果為-2.85 mm，檢測波形見圖1。對整修前后局部峰值變化進行對比，結果見圖2，經(jīng)過整修后，高低不平順峰值得到明顯改善，后期變化不大，無超限發(fā)生。

圖1 K72+257整修前后波形對比

圖2 K72+257整修前后峰值對比

（2）K167+910。該區(qū)段在檢測過程發(fā)現(xiàn)了軌向超限，超限幅值為-6.00 mm，經(jīng)過整修后，軌向不平順檢測結果為-3.80 mm，檢測波形見圖3。對整修前后局部峰值變化進行對比，結果見圖4，經(jīng)過整修后，軌向不平順峰值得到明顯改善，后期保持穩(wěn)定，無超限發(fā)生。

圖3 K167+910整修前后波形對比

圖4 K167+910整修前后峰值對比

2.2.2 區(qū)段均值評價

磨萬鐵路進行160 km/h 全線拉通試驗時，全線平均TQI 值為3.62 mm，最大TQI 值為7.7 mm，無超過驗收管理值的偏差，滿足區(qū)段均值驗收要求，具體分布情況見圖5。

圖5 磨萬鐵路TQI里程分布圖

按照基礎類型對全線TQI 進行分類分析，結果見圖6。路基、橋梁、隧道區(qū)段平均TQI 分別為3.58、3.76、3.61 mm，橋梁區(qū)段TQI 明顯超過路基和隧道區(qū)段，主要由于檢測過程中軌道檢查車引起橋梁周期性垂向變形，導致反映軌道幾何垂向平順性的左高低、右高低較大［5］。

圖6 不同基礎類型軌道TQI及各成分對比

2.3 同等級線路對比

自2014 年至今設計速度為160 km/h 的線路，包括北同蒲、蘭州—中川機場、長白烏、廬銅、寧啟、衢寧、拉林及磨萬鐵路，收集對比各條線路平均TQI（見圖7），各條線路經(jīng)過動態(tài)驗收后，軌道質量有一定改善，早期開通線路軌道質量較差，如北同蒲鐵路、蘭州—中川機場、長白烏鐵路，近兩年開通線路如拉林、磨萬鐵路全線平均TQI較小，軌道質量較好。

圖7 160 km/h的各條線路TQI對比

對比2021年新開通的磨萬鐵路和我國的拉林鐵路，拉林鐵路全線平均TQI為2.78 mm，小于磨萬鐵路，主要因拉林鐵路全線鋪設較大比重的無砟軌道，統(tǒng)計拉林鐵路有砟軌道區(qū)段平均TQI為3.47 mm，與磨萬鐵路接近。

3 典型問題分析

3.1 典型大值超限

軌道檢查車檢測K233+197和K258+531區(qū)段時橫向加速度達到0.15g（g為加速度單位，g=9.8 m/s2），達到Ⅲ級超限，檢測速度176 km/h，檢測波形見圖8、圖9，軌道高低、軌向不平順無明顯超限，橫向加速度較大，呈現(xiàn)周期性，波長約35 m。

圖8 K233+197軌道幾何波形

圖9 K258+531軌道幾何波形

兩處超限位置具體線路信息及欠超高情況見表5，可以看出欠超高引起的離心加速度分別為0.056g和0.049g，不足以引起橫向加速度Ⅲ級超限，因此超限的主要原因并不是曲線欠超高問題［6］。

表5 兩處Ⅲ級超限區(qū)段信息

經(jīng)過分析，檢測列車下心擺自振頻率1.3 Hz 左右，列車行駛速度176 km/h（48.8 m/s），引起周期性波長為48.8/1.3=37.5 m，與實測波長相符，為典型周期性長波不平順激振下的低頻周期性晃車問題［7］，主要是由于軌道激勵與列車下心擺出現(xiàn)共振引起。后期對軌道幾何形位進行調整，消除了周期性問題，從而降低了橫向加速度。

3.2 電容枕施工問題

磨萬鐵路全線為有砟軌道，在車站附近設置電容枕［8］，由于電容枕確定位置及施工時間較晚，安裝電容枕后搗固次數(shù)不足，導致電容枕附近軌道幾何出現(xiàn)高低不平順缺陷（見圖10）。全線共設置20 個車站，其中靠近萬象的幾個車站如萬象北站、蓬宋站、蓬洪站、萬基站、萬榮站較為明顯。

圖10 蓬宋站軌道高低不平順波形圖

通過小波變換法研究電容枕位置處軌道不平順波長特性，小波變換通過變換小波函數(shù)的中心頻率得到小波變換系數(shù)，只有當小波中心頻率與原始信號固有頻率接近的時候，小波系數(shù)才會取得極大值。對電容枕區(qū)段軌道高低不平順進行小波變換［9］，結果見圖11。小波變換系數(shù)大值主要分布在5～10 m 波長區(qū)間，位置與電容枕位置一致，說明電容枕施工引起的軌道高低不平順波長范圍約為5～10 m。

圖11 電容枕位置高低不平順小波變換系數(shù)分布

根據(jù)電容枕布置情況，收集電容枕位置處高低不平順幅值，作累積分布圖（見圖12），具體統(tǒng)計值見表6，可以看到電容枕位置處高低不平順幅值超過4 mm的區(qū)段不少于5%，超過5.2 mm的區(qū)段不少于1%，而高低不平順驗收限值為6 mm，由于電容枕處高低不平順波長較短，幅值較大，在列車荷載下容易引起軌道幾何超限，因此后期運營維護階段需要重點關注。

表6 電容枕引起的高低不平順統(tǒng)計

圖12 電容枕引起的高低不平順累積分布圖

4 結論

磨萬鐵路作為新建160 km/h 單線典型鐵路，在驗收軌道幾何過程中發(fā)現(xiàn)了多種典型問題，通過跟蹤分析全線軌道質量狀態(tài)及典型問題，得出如下結論：

（1）磨萬鐵路經(jīng)過動態(tài)檢測，消除了42 處局部峰值超限，TQI 得到一定程度改善，動態(tài)檢測效果良好。

（2）經(jīng)過驗收檢測，全線無局部峰值超限，TQI最大值為7.7 mm，無超過驗收管理值的偏差，軌道幾何各項測試指標均滿足相關動態(tài)驗收標準要求，軌道整體質量狀態(tài)在同等級線路中較好。

（3）檢測中發(fā)現(xiàn)一些典型問題，如軌道周期性不平順引起的低頻周期性晃車；電容枕施工引起波長較短，幅值較大的軌道幾何高低不平順，在列車荷載下容易引起軌道幾何超限，后期運營維護階段需要重點關注。