关键字： 轨道不平顺，波长，局部峰值评价法，TQI，轨检车。
1概述
轨道不平顺是指轨道几何状态、尺寸和空间位置的偏差。通俗的讲，即是直线地段轨道不平、不直；曲线地段轨道不圆顺；坡度地段偏离正确的顺坡变化尺寸，这些轨道偏差统称为轨道不平顺。在普速铁路中，轨道的不平顺通常只会影响车辆的稳定性以及乘车的舒适性，但在高速铁路中，列车速度越快，由于轨道不平顺产生的轮轨作用力就越大，极易引发钢轨、轮轴断裂，甚至导致脱轨事故的发生。随着高速铁路的发展和普及，轨道的平顺性越来越受到各方面关注，已经成为了现代机车车辆和轨道结构设计、养护、质量评定的重要手段。
2 轨道不平顺的分类
2.1 按照激扰方向划分
第一种分类方式是按照列车激扰作用方向划分，可分为垂向轨道不平顺、横向轨道不平顺及复合轨道不平顺。
其中垂向轨道不平顺包括高低不平顺和水平不平顺。
横向轨道不平顺包括轨向不平顺和轨距偏差不平顺。
复合不平顺则指的是在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共同作用形成的复合形式不平顺。包括方向水平逆向复合不平顺和曲线起点与终点复合不平顺。
2.1.1高低不平顺
高低不平顺是指轨道沿线路方向的竖向平顺性不良。通常是由钢轨本身轧制误差，线路施工作业后的高程偏差，道床和路基沉降变形不均匀，线路空吊、道床板结，轨道垂向弹性不良以及车轨共振等引起的。
2.1.2水平不平顺
水平不平顺是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。水平不平顺包含水平差与三角坑两类。其中，三角坑是指两股钢轨交替高低不平，且两个水平最大误差点之间的距离小于18 米，三角坑因三轮压紧，一轮减载悬空。易产生爬轨脱轨，须尽快予以消除。
2.1.3轨向不平顺
轨向不平顺是指轨道中心线在水平面上的平顺性不良。通常是由轨道横向变形积累和轨头侧磨不均匀、扣件性能不良、轨道横向弹性不良等因素引起。
2.1.4轨距偏差不平顺
轨距偏差不平顺是指在钢轨顶面以下16mm处左右两股钢轨之间的最小内距与标准轨距的偏差。通常是由轨距调整扣件性能不良、轨枕失效、钢轨侧磨等引起。
2.2按照产生不平顺时有无轮载作用划分
第二种分类方式是按照轨道不平顺时有无轮载作用，可划分为静态不平顺和动态不平顺。
2.2.1静态不平顺
静态不平顺是指在无轮载作用下，利用测量小车等轻便测量工具测得的轨道不平顺。
静态不平顺局限性是只能反映道床、路基不均匀累积变形产生的不平顺，不能反映暗坑、吊板或者弹性不均匀形成的不平顺。
2.2.2动态不平顺
动态不平顺指的是利用轨检车或者动检车测得在列车轮载作用下的轨道不平顺。
动态不平顺是真正对行车舒适性和安全性、轮轨作用力、车辆振动产生实际影响的轨道不平顺，因此研究动态不平顺非常具有现实意义。
2.2.3静态与动态不平顺的关系
动、静态不平顺各自的幅值不存在一一对应的函数关系，而是一对多的关系，存在静态不平顺的地段一定会产生动态不平顺。并且线路等级越高，两者的差距越小。
实际作业中只有将车上（动态）与地面（静态）检测数据相结合，才能科学地指导轨道维修和养护。
3 轨道不平顺的评定
轨道不平顺的评定方法通常有三种，第一种是基于空间幅值评定方法、第二种是基于频域幅值评定方法、第三种是基于动力响应评定方法。其中基于空间幅值评定方法是我们目前常用的评价轨道质量的手段，通常利用峰值扣分法（评价局部峰值）和轨道质量指数TQI（评价整体质量）。基于频域幅值评定方法有轨道谱和波长加权评价。基于动力响应评定方法有运行平稳性、运行舒适性、轮轨减载率、脱轨系数等。
本文重点讲述下局部峰值扣分评价法及轨道质量指数评价法。
3.1 局部峰值扣分评价法
局部峰值扣分评价法是通过测量轨道各项参数每个测点的数值大小来判断其是否超限，根据轨道局部不平顺超限等级来扣分评定线路指标的方法，不同超限等级对应于不同的轨道质量标准，不平顺超限等级一般分为四级，随着速度的变化，各项管理标准也有所不同，速度越高，管理标准越严格。其中检查评定项目包括轨距、轨距变化率、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向加速度。
局部峰值扣分评价法的优点是能够根据扣分地段以及扣分项目找出局部病害所在位置及病害的类型，用于指导现场作业以及维修养护非常具有实用性。
缺点是仅仅利用超限峰值的大小、数量以及扣分多少，不能够全面、科学、合理地评价轨道区段的平均质量状态，既没有反映出超限长度产生的影响，也不能反映出轨道不平顺的变化率以及周期性连续不平顺所产生的影响。
3.2 轨道质量指数TQI
轨道质量指数TQI是以200米轨道作为单元检测区段，分别计算此区段上左高低、右高低、左轨向、右轨向、水平、轨距以及三角坑七项轨道几何不平顺指数的标准差。其中每项轨道不平顺数值的标准差称为单项指数，7个单项指数之和作为评价该检测单元区段轨道平顺性综合状态的轨道质量指数，简称TQI。
轨道质量指数TQI的优点是能够真实反映轨道质量状态，准确反映出轨道区段平均质量水平，直观地表达出各个区段的好坏。
日常作业可以根据各轨道区段的TQI值，对大量的TOI数值进行排序，制作出轨道区段的质量状态排序表，通过TQI数值的排序有利于我们工务人员对轨道状态的管理和质量卡控，有利于编制维修计划、指导生产意见。同时结合轨检车波形图，与TQI值较大的区段进行比较，采用点线结合的方法查找病害，以供工务维修人员制定养护维修计划。
轨道质量指数TQI的局限性是单元区段固定为200米，限制了它评价的精度。第一种情况是检测的200米单元区段，正好没有将不平顺的轨道区段囊括其中，导致前后两个监测区段的TQI值都不会很高，会给人们一种轨道状态优良的错觉，如果检测步长为100米，则检测的精度就会提升很多。
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第二种情况是将检测单元步长缩短至20米或者0.25米，可以更加精确地反映出轨道区段的质量状态。
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图5
4 轨道不平顺的识读
轨道不平顺检测的设备主要是轨道检测车和综合检测车，我国目前主要采用的轨检车为XGJ-1准高速（140～160km/h）轨检车、GJ-3及GJ-4型轨道检查车，主要采用的综合检查车为0#动检车（CRH-5型动车）以及10#动检车（CRH-2型动车）。下面重点讲述下综合检查车的检测及识读方法。
动检车检测数据的基本情况是采样间隔为0.25米，检测项目分为三类，其中轨道几何参数有轨距、轨距变化率（2.5米间隔）、轨向、水平、超高、三角坑、复合不平顺（轨向+水平）、70米高低、 70米轨向、曲率、曲率变化率（18米间隔）、ALD（地面标记识别）等。车体响应参数有车体横向加速度、车体垂向加速度。辅助评价参数有轨道质量指数、各单项轨道质量指数。
下面重点讲述下各类检测项目的识别方法。
轨检车检测项目之高低不平顺的识别，我们会遇到的第一种情况是波长在2米以内的高低，其特征是偏差数值小、波长短，但变化率较大，引起这种类型高低的因素主要为钢轨接头低、大轨缝及钢轨掉块等。第二种情况是现场较常见的波长在10米左右的高低。这种类型的高低易产生在路桥结合部、道口、隧道、涵洞位置、翻浆冒泥等地段。第三种情况是波长在20米左右的高低，易使车体产生点头振动，严重的话容易造成脱轨，这种高低现场出现较少，作业人员容易忽视。综上所述，现场检查高低所用的弦绳应携带20米，这样才能将上述各类情况的高低病害都能够识别出来，在检查时根据情况使用任意弦进行测量。
轨检车检测水平的识别。影响水平偏差幅值的因素很多，从日常作业中归纳，主要有以下几个方面，一是现场作业人员习惯以一股钢轨为基准股，将一股钢轨抬高，造成一面高现象，人为造成水平偏差值。二是一股钢轨有空吊现象。 三是施工作业过程中通常对缓和曲线超高顺坡不好。
轨检车检测三角坑的识别。三角坑病害偏差值过大会影响行车稳定性，其高点会使车辆出现侧滚，使车辆产生垂直振动；其低点会使车轮悬空，产生减载，影响车辆转向架，严重情况下可能会造成列车脱轨。影响三角坑偏差值主要是空吊、低坑、水平、缓和曲线超高顺坡不良，尤其是曲线直缓点、缓圆点超高顺坡不好易出现三角坑。
轨检车检测轨距的识别。轨距偏差过大或者过小，都可能会引起列车脱轨或爬轨。影响轨距偏差值主要有以下几个方面：一是轨道结构不良，通常由钢轨肥边、曲线侧磨、轨枕失效、轨撑失效、扣件失效、轨距挡板磨耗引起。 二是几何尺寸超限，通常由轨距超限、轨距递变率不良、方向不良等问题引起。 三轨道框架刚度不足，通常由扣件扣压力不足、轨道扣件离缝、轨道弹性减弱等问题引起。
轨检车检测轨向的识别。轨向是评价直线轨道的平直度和曲线轨道的圆顺度的指标。轨向偏差会对列车平稳度和舒适度产生较大影响，加速轨道结构和道床的变形。影响轨向偏差主要有以下几个方面：一是直线区段方向不良、曲线区段正矢超限、轨距递变率不良。 二是钢轨硬弯、不均匀磨耗、轨枕失效。三是框架刚度减弱，扣件扣压力不足、轨道弹性不均匀。
轨检车检测轨道地面标志。轨道上的道岔、道口、桥梁、轨距拉杆、公里标等设备含有的金属部件，轨检车可用安装于轨距吊梁中部的电涡流传感器检测到，根据检测返回信号的不同，区分设备类型，反映在波形图上，可以方便于我们借助这些醒目的位置准确地找出病害的位置。
得到轨检车检测数据后，我们下一步的工作就是如何利用这些数据指导现场作业。
第一步就是找到扣分集中地段，结合以往数据，安排重点病害及重点区段整修，减少大面积扣分。然后对扣分地段中峰值较大的地点进行排查整治，保证区段轨道平均质量达标。第二步是运用TQI指数，对线路综合状态进行分析，安排线路重点整治。观察管内各区段各项TQI指数，线路实际质量状况在时间上的发展趋势和速度。通过结合两种方法既可以对线路状态做到有病治病，又可以达到防患于未然的效果。
4 总结
高速铁路对轨道的平顺性要求很高，因此越来越多的技术被运用到铁路中来解决各类的轨道不平顺。通常我们会利用精调小车对轨道的状态进行系统的测量，根据精调小车的静态测量数据将轨道的几何尺寸调整到合适范围内，对轨道的轨向和高程进行优化，尽量达到静态上的平顺。然后通过轨检车对轨道状态的动态检测和对波形图的分析，找出影响行车安全和舒适的不平顺地段，再借助各类测量工具对轨道进行辅助评价，确定需要调整的位置和调整工作量，对钢轨进行动态调整。静态与动态相结合，最终达到高平顺性的要求。
主要参考文献：
[1]《铁路线路工》，中国铁道出版社，2014
[2]《普速铁路线路修理规则》，中国铁道出版社，铁总工电[2019]34号，2019
论文作者:孙磊
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第20期
论文发表时间:2020/1/14
标签：平顺论文; 轨道论文; 轨距论文; 区段论文; 钢轨论文; 偏差论文; 质量论文; 《建筑实践》2019年38卷第20期论文;