高速铁路轨道平顺性的维修管理研究

高速铁路轨道平顺性的维修管理研究

贾云峰

沈阳局长春工务段

摘要:高速铁路轨道的平顺性直接影响着高速列车运行的安全与平稳，作为高速铁路行车基础的轨道结构的维修管理水平越来越起着关键性作用。文章在分析轨道结构平顺性的基础上，对高速铁路轨道的不平顺性检测、科学、经济的维修管理等方面的问题进行研究探讨。

关键词:高速铁路轨道平顺性维修管理

1前言

交通运输方式的进步主要体现在提高运输速度上,自1964年世界上第一条高速铁路东海道新干线在日本诞生,至今世界己形成近5435km的高速铁路网。提高列车速度是铁路赖以生存和适应社会发展的唯一出路，因此，从20世纪初至50年代，德国、法国、日本等国都开展了大量的有关高速列车的理论研究和试验工作。1903年10月27日，德国用电动车首创了试验时速达210km 的历史记录；1955年3月28日，法国用两台电力机车牵引三辆客车试验时速达到了331km，1981年法国的高速列车时速达到270km，1989年法国的TGV大西洋铁路又以300km时速正式投入运营，率先冲上了当代高速竞逐的浪尖。1990年5月13日，时隔仅8个月法国再创515.3km/h世界铁路最高试验速度，展示了高速铁路的美好发展前景。当今世界上，铁路速度的分档一般为:时速100-120km称为常速；时速120-160km称为中速；时速160-200km称为准高速；时速200-400 km称为高速；时速400 km以上称为特高速。对于高速的水平，随着技术的进步而逐步提高。西欧把新建时速达到250-300km、旧线改造时速达到200km的称为高速铁路；1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定：新建客运列车专用型高速铁路时速为300km，新建客货运列车混用型高速铁路时速为250km。2000年铁道部新颁布的《铁路主要技术政策》指出:列车最高运行速度大于200 km/ h的铁路为高速铁路；列车最高运行速度超过120 km/ h，但不超过200 km/ h。其中以客运为主的线路不低于160km/h的铁路为快速铁路。目前通过6次既有线提速，时速≮160km的线路里程已达14025km；时速≮200km的线路里程已达5371km。我国高速铁路建设己经起步。2003年10月12日开通运营的秦沈客运专线就是一条高速铁路线。该线是一条以客运为主的双线电气化铁路。设计速度达200 km/ h，部分区段250 km/ h。2002年10月我国自行设计的“中华之星”电动车组(1动+9节客车+1动)在此线进行试验。设计时速为270 km。最高时速达到321. 3 km。2000年的《铁路主要技术政策》提出:在经济发达、客流集中的运输通道。修建速度300 km/ h左右的高速铁路。其线、桥、隧等主要固定设施要预留进一步提高速度的条件。即将开工的京沪高速铁路设计速度为300 km/ h。除了建成京沈快速客运通道外，还已经动工修建郑州一西安、武汉一广州和石家庄一太原等10余条客运专线；其中北京一天津城际客运专线即将在2008年北京奥运会开幕前开通运营；在不久的将来我国客运专线里程将达到3243km。通过客运专线的建设带动全路时速200 km及以上快速客运通道的发展。轨道不平顺对高速行车安全、车辆振动、噪声、轮轨作用力都有重要影响，是直接限制行车速度的主要因素。理论和实践均已证明，只有在高平顺的轨道上才能高速行车。因此，探讨对高速铁路轨道进行科学、经济的维修管理有着很强的现实意义。

2轨道不平顺的分类及产生原因

轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差。广义而言，凡是直线轨道不平、不直，对中心线位置和轨道高度、宽度正确尺寸的偏离；曲线轨道不圆顺，偏离曲线中心线位置，偏离曲率、超高、轨距的正确数值，偏离顺坡变化尺寸等轨道几何偏差，通称轨道不平顺。轨道不平顺的种类很多，可按其对机车车辆激扰作用的方向、不平顺的波长、形状特征、显现记录时有无轮载作用等等分类。

2.1轨道不平顺的种类及产生原因

垂向轨道不平顺：高低、水平、扭曲、轨面短波不平顺、钢轨轧制校直过程中形成的垂向周期性不平顺。轨道高低不平顺指沿钢轨长度在垂向的凸凹不平。它是由线路施工和大修作业的高程偏差、桥梁挠曲变形、轨道垂向刚度不一致、道床和路基的不均匀残余变形或沉降不均匀、轨道各部件间的间隙不相等、存在暗坑吊板等造成的。水平不平顺即轨道同一横截面上左右两轨顶面的高差。轨道平面扭曲(一般称三角坑)即左右两轨顶面相对于轨道平面的扭曲。用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数差度量。轨面短波不平顺即钢轨顶面小范围内的不平顺它是由焊缝不平、轨面不均匀磨耗、擦伤、接头错牙等形成的。周期性的：波纹磨耗、波浪形磨耗。非周期性的：焊缝不平、接头错牙、轨面擦伤、剝离掉块等。

横向轨道不平顺：轨向、轨距、钢轨轧制校直过程中形成的横向周期性不平顺。轨道方向不平顺指轨顶内侧面沿长度方向的横向凸凹不平顺。由铺轨施工和大修作业的轨道中心线定位偏差、轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横向弹性不一致等原因造成。轨距偏差即在钢轨顶面以下16mm处量得的两轨内侧距离相对于标准轨距值1435mm的偏差通常由于扣件不良、轨枕挡肩失效、轨头

侧面磨耗等造成。

复合不平顺：轨向水平逆向复合、曲线头尾的几何偏差。轨向水平逆向复合：在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存称为轨道复合不平顺。曲线头尾的几何偏差：在曲线圆缓点区、缓直点区，超高、正

矢、轨距顺坡起点、终点不一致或不匹配形成的几何偏差。

2.2静态和动态轨道不平顺

静态不平顺：无轮载作用时,人工或轻型测量小车测得的不平顺通常称为静态不平顺。静态不平顺不能反映暗坑吊板和刚度不均匀等形成的不平顺，往往也只能部份反映道床路基不均匀残余变形积累形成的不平顺。静态不平顺只是真实完整的轨道不平顺在无列车轮载时，部份的、不确定的表像。动态不平顺：用轨检车测得的在列车车轮荷载作用下才完全显现出来的轨道不平顺通常称为动态不平顺。真正对行车安全，轮轨作用力,车辆振动产生实际影响的轨道不平顺是动态不平顺。因此,各国轨道不平顺的各种监控管理标准，尤其是安全管理标准，大多是动态不平顺值。

2.3轨道不平顺的波长类型

短波：数毫米至数拾毫米病害表现形式：轨面擦伤、剥离掉块、波纹磨耗、焊缝；数百毫米波长例如：波浪形磨耗。

中波：2至3.5米周期性例如：钢轨生产过程中形成的周期性不平顺。12.5至25米周期性不平顺钢轨接头、焊缝处道床沉降。3至30米非周期性高低、轨向、扭曲、水平、轨距不平顺。

长波：30米以上非周期性不平顺；主要是路基道床不均匀沉降，桥、隧端头刚度差异，单跨或多跨不等距桥梁挠曲变形。30米以上周期性长波不平顺：多跨等距桥梁的挠曲变形。

3高速铁路轨道必须具有高平顺性

适应列车高速度、高密度运行的线路。应具有高平顺性、高稳定性、高精度、小残变、少维修等特点。高速铁路行车的基础—轨道结构，其维修管理水平对高速行车的安全性起着至关重要的作用。日本东海道新干线做到了用最少的运营成本支出但却实现了大量高速列车的安全运行，其关键在于建立科学的轨道不平顺性管理系统。轨道的高平顺要求往往是高速铁路线、桥设计和线路施工的控制性条件。即使路基、桥梁、轨道结构符合强度条件的要求，但不一定能满足平顺性条件的要求，对高速铁路而言，满足强度条件相对容易，但达到满足平顺性要求的条件则较为困难。满足了高速铁路轨道的高平顺性要求，便能大幅度降低车辆振动和轮轨动作用力，使强度条件，行车安全都能得到可靠保证。

轮轨相互作用的理论研究指出，轨道不平顺所引起的轮轨动力响应及其行车安全性、平稳性和乘坐舒适性的影响，均随行车速度的提高而显著增大。轨道不平顺是引起轮轨作用力增大的主要原因。焊缝支嘴不平顺，钢轨剥离、擦伤、波浪形磨耗等原因，造成短波不平顺幅值虽然很小，但是，在高速行车条件下，就可引起很大的轮轨作用力和冲击振动。例如:一个0.2mm的迎轮台阶形微小焊缝不平顺，当车速高达300 km/h时，所引起的高频振动作用力高达722kN，低频轮轨力可达321kN，使道碴破碎、道床路基产生不均匀沉陷，从而形成较大的中长波不平顺，进而引起很大的噪声，严重情况时还可能引发钢轨、轮轴断裂，导致恶性脱轨事故。为了保证乘客阅读、餐饮、交谈不受干扰，法、日、德等国铁路规定，局部不平顺引起的瞬时作用的垂直加速度半幅值不应大0.12-0.5g，横向不大于0.1-0.12 g。既要重视轨面短波不平顺，也要重视线路长波不平顺给高速行车带来的影响，高速铁路之所以要重视长波不平顺的不利影响，是由于某些波长的长波不平顺会引起列车共振，从而恶化旅客的乘坐舒适度。

理论分析和实践都己证明，轨道不平顺一方面直接影响高速行车的安全与平稳，另一方面轨道不平顺引起的动荷载将进一步加速轨道的恶化和不平顺的发展，特别是长钢轨不平顺对高速行车时的旅客舒适度影响较大。国内外建设高速铁路的实践表明：平顺性控制是高速线路的核心问题，也是技术关键问题，因此，在实际运营过程中必须对轨道进行科学、经济的维修管理，使其在较长的时间内保持良好的平顺状态，以保障高速行车的安全与平稳。

4轨道不平顺检测方法与发展方向

工务检测是铁路工务为列车运行提供安全平台的有效保证，检测的精确度和正确性与检测技术密切相