轨检车动静态检测资料的分析与应用

动静态检测资料的分析与应用
一、概述
轨检车用于工务轨道动态检测有近百年的历史，是线路正线动态检测最主要的方式。

轨检仪作为静态检测方式在国内越来越多的取代人工全面检查,广泛的应用在正线、到发线、站线，是对轨检车的有力补助。

随着铁路运输向提速重载的方向发展，列车安全运行对线路质量提出更高要求，列车对轨道的冲击和破坏日益严重，轨道几何形位变化越来越快，动静态资料对准确评价线路质量，掌握轨道变化规律，指导工务养护维修有着非常重要的作用和意义。

二、新型轨检车的检测原理
我们目前使用的轨检车是GJ-4型和5型车，已全面覆盖检测全局主要干线。

其检测原理基本一样。

主要是采用惯性基准法测量为基础。

惯性基准就是当轴箱的上下运动很快时（即底座振动频率大大高于系统的自振频率），质量块M不能追随而保持静止的位置。

这个静止位置即为质量——弹簧系统的“惯性基准”，或称“惯性零位”。

而后根据质量块上的加速度计和测量轴箱位移的位移传感器及速率陀螺等部件来测量并耦合计算得到高低、水平、方向等参数。

轨距测量则是采用光电伺服跟踪原理或钢轨断面检测系统派生出的方法，新型5轨检车各项目检测采取全段面激光扫描，实现任意查找线路超限。

此外需要注意的是新型轨检车采用的是惯性基准测量原理，因此在检测中，高低项目在列车速度低于15km/h，轨向项目低于24km/h时均不作检测，或检测的数据不准确。

目前轨道检查仪采用陀螺测角度原理测轨向、通过接触钢轨工作面利用传感器测高低、水平、轨距等几何参数。

轨检仪上线后，匀速推动，每0.125米自动采集一次数据，轨向通过自身1.25米弦长自动记录检测数据，通过公式以小算大换算成所需要的10米、20米弦长数值。

轨距：由轨距传感器在轨顶下面16mm处测量，通过计算得到，轨距值=测量值＋常量。

轨距千分率：两个在线路上间隔1米-2.5米及以上的轨距测量值的代数差。

水平或超高：用倾角传感器测量轨道横断面上左右连线与水平面的夹角，水平或超高＝测量夹角的正切值×左右轨中心线的距离。

三角坑：两个在线路方向上相隔一定距离（基长）的轨道水平的代数差，基长可任意设定。

左右轨向：由左右侧臂的前后导向轮，在轨顶面下16mm处形成1.25m弦，用轨向传感器测量，通过弦测法公式由1.25m测量值计算，得出10m、20m的轨向值。

左右高低：由左右侧臂的前后走行轮，在轨顶面形成1.25m弦，用高低传感器测量，通过弦测法公式由1.25m测量值计算得出10m、20m的高低值。

里程：采用光电编码器测量某一走行轮的旋转角度，每转一圈，光电编码器输出固定数量的脉冲，对脉冲的累加记数就计算出里程。

三、动静态资料的识读
以上资料计算机记录的病害结果与绘制的波形图的病害峰值是一一对应的，完全一致。

根据资料提供的检查记录表和波形图就可以查找到轨道病害的地点和病害类型。

（一）、轨检车检测记录报告
轨检车提供的记录报告主要有四种：《轨道超限报告表》、《曲线摘要报告表》、《区段总结报告表》、《轨道质量指数报告表》等四种主要检查报告表。

轨道超限报告表
按照线路局部不平顺（峰值管理）管理检查评定标准《修理规则》的第8.2.2条。

超限报告评定的项目：轨距、水平、高低、方向、三角坑、车体垂直振动加速度和横向振动加速度7项。

按照偏差等
级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。

Ⅰ级为保养标准，扣1分，Ⅱ级为舒适度标准，扣5分，Ⅲ级为紧急补修标准，扣100分，Ⅳ级为限速标准，扣300分。

偏差评定的各种限值为实际幅值的半峰值，高低、轨向不平顺按实际值评定，水平限值不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量，三角坑超限包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；固定型辙叉的有害空间部分不检查轨距、轨向、其他检查项目及检查标准与线路相同。

在记录表中，“+”号在高低中为“高”，在水平中为“左高”，“－”反之。

三角坑检测基长为2.4m。

超限位置km+m为超限具体里程，超限长度为超限所在波段延长。

超限报表如下（有些情况超限是不参与评分）：
图表1、轨检车超限报表
图表2、轨检车曲线摘要报告表
曲线摘要报告是评价轨道结构中曲线地段的整体状态。

报告中所列出的检测数据的里程、长度等数据均为轨检车实际检测得到的数据。

图表3、区段总结报告表
图表4、轨检车轨道质量指数报告表
图表5、轨检车500米波形图介绍
（二）、轨检仪检测记录报表
1、轨检仪超限报表评定的项目：轨距、轨距千分率、水平、水平三角坑、左高低、右高低、左轨向、右轨向8项（其中曲线轨向可以换算成曲线正矢）。

按照偏差等级可以分为临时补修、经常保养、作业验收。

作业验收标准，扣1分，经常保养标准，扣5分，临时补修标准，扣50分。

2、轨检仪偏差评定的各种限值为实际幅值的半峰值，高低、轨向不平顺按实际值评定，水平限值不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量，三角坑超限包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；固定型辙叉有害空间、有缝线路大接头、厚大肥边等部分不同程度影响检查项目数据，其他检查项目及检查标准与线路相同。

偏差正负号轨距、高低、轨向、直线水平“+”为正，检测峰值为大;“—”为负，检测项目为小；曲线水平与三角坑、轨距千分率是通过现场检测确定基本股，与计划值相减，必须通过波形判断峰值大小。

3、轨检仪软件可以生成多种报表：超限记录表（临时补修、经常保养、作业验收）、静态TQI表、公里小结、区段小结、线路检查记录簿、线路维修记录簿、曲线检查记录、压缩报表、结构缺陷报表。

图表6、静态轨检仪公里小结报表
图表7、静态轨检仪曲线检查记录报表
图表8、静态轨检仪1000米波形图介绍
四、动静态检测波形图资料的运用
由于线路动静态波形图在指导现场养护作业中，协助查找、分析、消灭病害有很好的预防、指导作用，能够杜绝有害作业，具有很强的指导性、预测性、实用性，以下均围绕动静态波形图重点介绍。

波形图病害分析特点的介绍
1、波形图比例尺大小直接影响对线路病害的分析，合适调整比例尺大小成为查找病害的关键。

2、波形图通过峰值最大、最小判断线路病害。

3、波形图通过波长长短判断线路病害。

4、波形图通过综合多项目峰值、波长分析判断线路病害。

下面结合项目实例展开介绍。

(一) 轨距及轨距千分率项目动静态波形图资料的应用
以检测钢轨塌面下16mm处为工作边，新型动态轨检车采用全段面激光扫描，采集任意点超限。

静态轨检仪以0.125米采集一个点为检测原理，能够排除线路肥边对轨距测量的影响（对道尺的影响），通过1-2.5米延长计算，实现对轨距千分率的准确计算。

通过动静态轨距波形图峰值，查找轨距病害，安排线路改道，动态通过查找波形图走势最高点、最低点判断，静态同上，也可借助超限红点判断。

如下图，2008年1月11日查贵溪沪昆下行K653曲线波形图通过左边轨距标尺可以读取该段轨距普遍偏大8-12mm,以红点B处K654.110处13mm(轨检车10mm)最大,该曲线段轨距明显偏大，主要原因是曲线钢轨磨耗严重（R=601M、l=120M、H=120MM，钢轨侧磨=13MM），对比1月16日部轨检车波形图从A-M计10处点,超限峰值几乎接近,趋势完全一致。

图表9、静态轨检仪与动态轨检车点对点波形峰值对比图
通过以上动静态波形图的点对点的分析，正常情况下动态轨距比静态轨距偏差大0-2mm,偏差越大，扣件扭力越小或超高偏差大或机车对钢轨冲击越大导致。

总结检查经验，轨距扩大主要原因分析：
(1)、轨枕连续失效。

(2)、木枕切压后，没有及时削平和调整轨底坡，行车时钢轨倾斜，曲线上钢轨小弯。

(3)、道钉磨耗、浮起、离缝，混凝土枕扣件松动失效，扣板爬上轨底失去固定轨距的作用。

另外，错误轨距挡板等人为因素也会造成轨距扩大。

(4)、钢轨硬弯，接头错口或焊接钢轨时轨头位置没有对正，严重时一端轨距过大，一端轨距过小。

(5)、线路一侧有暗坑，没有及时整治，列车长期通过时加大钢轨横向压力，造成轨距扩大。

(6)、在铺设木枕的小半径曲线上，轨距也容易扩大。

(7)、曲于钢轨型号的不同引起的变化。

(8)、在低速、曲线半径小的地段，钢轨不均匀磨耗，导致轨距千分率不顺、轨距偏大或偏小、钢轨侧磨现象严重。

轨距缩小的主要原因分析
(1)、轨顶磨耗、压溃。

(2)、曲线外股钢轨侧磨严重。

(3)、混凝土枕与木枕衔接外，轨底坡不一致，造成轨底倾斜。

（4）、轨距拉杆歪斜等。

②轨距千分率是根据线路的不同速度，轨距的间隔距离计算轨距变化程度，动态轨检车由相隔２.５米的两点实际测量的轨距差除以２.５米得到，轨距变化率直接影响轮轨的几何接触，危及行车安全和影响舒适性。

新型动态轨检车没有轨距变化率波形图；静态轨检仪在120km/H以下间距为1米,120km/H ＜V≤160km/H间距为2米，160km/H＜V＜200 km/H间距为2.4米。

以下为轨距和轨距千分率不良，导致晃车、舒适度不良，皖赣线万年曲线K508+165特大轨距变化不良处所，轨距千分率达8‰，严重超过《维规》2‰要求，K508+200-+260段为轨距千分率不良集中地段静态波形，千分率±2‰-±3‰多波变化。

图表10、万年静态轨检仪千分率不良波形图
轨距千分率变化原因分析：
（1）、涵盖以上轨距大小变化所有原因，导致轨距千分率明显变化。

（2）、钢轨不均匀侧磨、轨耗磨耗、压溃等导致轨距千分率明显变化。

（3）、无缝线路轨温变化，扣件扭力不足，导致内部轨温温度力变化，造成钢轨小轨向、碎弯增多，造成小轨距千分率增多。

（４）、有缝线路接头病害造成接头错牙、支嘴等原因，造成轨距千分率变化。

（５）、大机维修无缝线路后扰动道床，线路未稳定前导致线路小轨向、碎弯增多，造成小轨距千分率
增多。

建议养护办法
（1）、充分利用动静态检测资料特别是波形图，点对点加强改道。

（2）、大机维修后线路，坚持大养后经常性检查、改拨结合，稳定线路。

（3）、对无缝线路季节轨温变化，加强轨温检测，扣件扭力、道床饱满，分析原因，及时安排应力放散。

（４）、加强对薄弱处所、小半径曲线的综合养护，避免直线、曲线的不均匀侧磨。

③轨距不良综合应用分析
轨距不良影响曲线方向，造成舒适不良或晃车：如下图，线路连续性的不良轨距，特别是大小轨距交替、间隔距离短，导致不良轨距千分率，影响曲线方向，造成动车组晃车。

图表11、横峰563曲线轨距影响轨向的晃车波形图（动态）
图表12、横峰563曲线轨距影响轨向的晃车波形图（静态）
直线段轨距不良影响轨向分析
下图是宜春下行967.5-968.5直线段波形图，A、B、C、D四处小轨距变化,导致小轨向,伴随轨距千分率不良.
图表13、宜春直线段轨距影响轨向波形图（动态）
图表14、宜春直线段轨距影响轨向波形图（静态）
高速线路小轨距不良常常是导致小轨向的重要原因，并伴随小轨距千分率不良。

特别是大机维修后、季节变化期直线段,扰动道床后,常常容易导致连续小碎弯、连续小方向。

小轨距不良主要原因分析：
（1）、直线段大机维修前存在线路抽捣、或纵段面抬道、激光拨道等，扰动道床，破坏原有的轨
温应力平衡，导致维修后线路小轨向、碎弯增多，现场常常不重视。

（2）、直线段春夏、秋冬之交钢轨温度变化大，温度应力不平蘅，导致线路线路小轨向、碎弯增多，现场常常不重视，也不敢动道。

（3）、线路道床厚度不足、扣件扭力不够、道床基础弹性不良、曲线半径小、水平超高大、焊缝不良等，均容易诱发曲线、直线段小轨距，造成小方向、小碎弯。

建议养护办法：
（1）首先转变轨距±2mm观念、提高分析水平，突出轨向（含正矢）项目检查的重点、提高精检细修的理念。

（3）、分析重点，针对小轨距不良处所改道作业。

（3）、科学合理安排无缝线路养护作业，坚持作业前中后的轨温检查，杜绝有害作业，对轨温变化大的区段加强检查，及时应力放散。

（4）、坚持以结构框架保线路健康稳定的养护观念，道床均匀饱满，扭力达标。

（5）、对曲线半径小、水平超高大、焊缝不良等曲线、直线地段及时综合养护，消灭隐患。

(二)、水平及水平三角坑项目动静态波形图资料的应用
水平是以两股钢轨的高差为基准，动态轨检车采用全段面激光扫描，采集任意超限点。

静态轨检仪以0.125米测量一个点采集两股钢轨高差，动态以2.5米基长换算水平三角坑，静态以6.25米基长换算成水平三角坑。

①直线段水平波形图
以皖赣线万年K509+310智能添乘水加2级，现场轨检车检查大水平+8mm，另外从静态图上可以看到K508+800水平-5mm，k508+830水平+5mm变化。

图表15、万年直线段静态大水平波形图
②曲线段水平波形图
曲线由于普遍均存在超高，动、静态曲线水平波形图比例尺较大，不便观察，可以放大或单项查看水平情况。

以下为宜春下行K990曲线波形图，动静态波形图点对点对比，其中A、B、C、D、E、F、G7处超限峰值点可以明显一一对应，动态水平比静态水平普遍大0-3mm。

图表16、宜春下行990曲线单项目大水平轨检仪波形图（单项放大）
图表17、宜春下行990曲线动静态大水平波形图（局部放大）
水平变化的主要原因分析：
(1)、水平变化主要反映出道床石碴不均匀不饱满，基床弹性不良。

如宜春岩溶地形水平变化大。

(2)、曲线超高设置不合理，导致水平变化快。

(3)、新老线路交接垄口、道口两头、桥头、桥尾、曲线头尾和缓和曲线、道岔前后、尖轨跟端、辙叉心、接头和翻将冒泥等路基、设备等薄弱处所，导致水平变化快。

（4）、轨向、曲线正矢峰值大、暗坑、吊板也加剧线路水平的变化。

（5）、大机维修抬道后，道床石碴缺少、抬道量大、养护不及时，导致线路下沉，水平变化大。

③水平三角坑波形图：水平短距离的变化直接产生水平三角坑，动态检测基长为2.5m，静态检测基长为6.25米。

三角坑是引起轮轨作用力变化，影响行车平稳性的主要原因。

三角坑的高点会使车辆出现侧滚，产生垂直振动加速度；三角坑的低点会使车轮减载，当车轮减载量与荷载量之比大于0.8时，还有脱轨的危险。

水平三角坑是检测在相距一定距离的水平相差程度，整治三角坑病害，实质上也就是整治水平不良的延伸。

以下图为例：A、B、C、D点是静态变化快的地段，A、C、D是三角坑同步变化快的地方，B点是静态延长米相对长的地段，三角坑峰值小；动态E点是动态三角坑变化最大的地方，可以确定现场有空吊。

图表18、宜春曲线大水平三角坑波形图（动态）
图表19、宜春曲线大水平三角坑波形图（静态）
水平三角坑变化的主要原因分析：
（1）、水平变化是导致水平三角坑产生主要原因。

（2）、线路空吊、暗吊、翻浆等是最容易导致产生水平三角坑。

（3）、线路钢轨焊接、打磨不良是造成人工动态三角坑不良的重要原因。

建议养护办法：
（1）、提高对线路现场波形的分析应用水平，及时作好线路点对点水平、三角坑的垫皮作业。

（2）、对线路变化快薄弱地段加强检查，及时养护。

（3）、对于成段水平变化快的曲线、区段，有重点作好三角坑的顺坡率工作。

(三)、高低项目动静态波形图资料的应用
（1）、高低：动态轨检车采用全段面激光扫描，采集任意超限点；静态采用1.25米弦长，每0.125米采集一个点，通过10米弦测法公式计算结果。

动态高低超限的波长与病害对应关系
波长在2m以内的高低偏差，幅值小，波长短，线路长度的千分率大，是产生轴箱垂直振动加速的主要原因。

波长在10m内左右的高低偏差，主要是使车体产生较大的垂直振动加速度。

波长在20m左右的高低偏差，其幅值大，波长长，主要是使车体产生点振动。

当车体振幅和高低偏差值方向相同时，会使车体产生较大的振动加速度。

（2）、高低病害波形图应用
以下是动静态高低波形图，A、B、C、D四点高低病害明显可见。

动态高低较静态高低峰值大0-3mm。

图表20、轨检车与轨检仪高低对比波形图
高低主要原因分析：
（1）、线路纵断面不良造成线路长大高低，纵段面顺坡率不良是形成大高低的重要原因。

（2）、线路道床板结、翻浆冒泥、板结、石碴不足、基床弹性不足等造成高低。

（3）、新老线路交接垄口、道口两头、桥头、桥尾、曲线头尾和缓和曲线、道岔前后、尖轨跟端、辙叉心、接头和翻将冒泥等路基、设备等薄弱处所，导致高低变化快。

（4）、线路空吊、暗吊是线路单侧高低形成的原因。

养护建议措施：
（1）、点对点检查，垫顺作业。

（2）、加强对薄弱地段的检查，及时安排养护。

（3）、综合利用大机维修，提前测量准备，顺好大高低，作好小高低抽捣工作。

②高低、水平、三角坑复合病害，是导致线路晃车、动态扣分、舒适不良的重要原因。

如萍北下行1017+350动态2级出分处所静态波形图。

图表21、高低、水平、三角坑复合波形图
(四)、轨向项目动静态波形图资料的应用
轨向动态轨检车采用全段面激光扫描，采集任意超限点，静态采用1.25米弦长，在钢轨踏面下16mm,每0.125米采集一个点，通过10米弦公式计算结果。

轨向在高速线路养护中变化最快、影响最大，反映最敏锐，问题最多。

①静态直线段轨向：一种是10米内短波轨向不良，如下图1、2、3地点，轨向峰值变化大，容易发现查找；另一种是小轨距多、千分率不顺、形成“S”弯连续的小碎弯。

不被现场重视，不影响安全，但对高速行车条件下的舒适度影响很大，动态组易出现晃车。

再有一种为直线段大方向不良，动态轨检车表现为直线段曲率不良，在轨检仪上有所反映，但由于是长波不平顺，轨检仪反映不明显。

图表22、萍北直线轨向波形图
图表23、直线段水平、轨距、小方向不良引起的适应度不良情况下的动静态波形图
（5）、曲线内轨向（曲线正矢）
采用1.25米弦长，在钢轨踏面下16mm，每0.125米采集一个点，通过20米弦公式计算曲线正矢结果。

轨检仪的轨向测量是以线路中心为基线，轨向偏差是相对于线路理论中心线的偏差。

①轨向波形介绍：轨向波形有多种形式，主要分为单波、多波与“S”形波等几种。

根据现场经验，不同波形轨向对动态影响不同，“多波轨向”较“S”波严重，“S”波较单波严重，线路病害应按轻重缓急来安排消灭。

高速地段多波与“S”形波形成的轨向对线路影响最大。

如下图：
图表24、轨向各种波形示例图。

②曲线轨向动静态的对比分析：下图为653曲线（R=601M、l=120M、H=120MM，钢轨侧磨
=13MM）的动、静态对比情况，图中A-F计6处，点对点比较出直线、圆曲线波形峰值、趋势一致；缓和曲线段A、F、D问题点数值不便于计算比对，但趋势完全一致。

充分证明新型陀螺仪对侧磨曲线良好的检测性能。

图表25、轨检仪与轨检车轨向对比波形图
②圆曲线正矢不良：下图K415现场以不同距离长度“S”波、多波变化为主，是圆曲线晃车、舒适度差的主要原因。

图表26、轨检车不良曲线的静态检查正矢波形图
③缓和曲线正矢：K601曲线以“S”波、多波变化为主，波长较长，造成曲线晃车、舒适度不良，
见图。

图表27、缓和曲线晃车波形图
轨向不良主要原因分析：
1、钢轨存在硬弯、温度应力、小轨距、扰动道床、火车冲击等是造成小碎弯、方向不良的主要原因。

2、轨距连续扩大或缩小，顺坡率大于2‰,接头支嘴等病害都会造成轨向不良。

3、对于小半径曲线及导曲线，由于弯度大，木枕道钉固宁不住，出现接头支嘴，也是方向不良的一个原因。

4、长期使用简易拨道法拨道，只将正矢误差均匀，容易造成曲线半径变化，形成方向不良。

5、要根据列车速度的变化，及时进行测速，通过计算正确设置超高。

6、轨向不平顺会引起车辆的侧摆、摇头振动，连续的方向不平顺将引起车辆蛇行和滚摆，严重的方向不平顺将引起很大的侧向力，可能使轨枕、扣件不良地段的钢轨倾翻或轨排横移，造成列车脱轨倾覆。

7、方向连续误差，必然强制车轮产生蛇形运动，使车体左右摇晃，造成车体倾斜。

轨向不良是造成车体振动加速度(晃车)的主要原因，也是阻碍高速行车的主要病害。

轨向不良，也可能造成轨距和水平不良。

因此，必段及时整治轨向不良地段，保证列车高速、平稳和安全地运行。

养护建议措施：
1、检控轨温，拨、改、串枕结合整治小方向，坚持经常拨改，稳定线路。

2、控制轨距，细化结构，保持轨向良好。

3、合理安排无缝线路拨道温度，优化拨道方法“上挑”“下压”量要基本一致。

4、合理设置曲线正矢、超高，对线路存在水平、轨距、千分率等项目线路病害及时安排养护。

5、加强线路检查，及时消灭连续轨向。

（六）、曲率与曲率变化率动静态波形图资料的应用 曲率是动态反映曲线正矢变化的一个情况，曲率和曲线半径的关系为：曲率R
p 1 ；曲率变化率由相隔18米的两点实际测量的曲率差除以18米计算而得到，基长18米主要考虑国内车辆定距和滤波。

曲率变化率主要考虑直线段长波长轨向和曲线段曲线不圆顺，是舒适性控制指标，ＲC ,18=10-6δ。

静态轨检仪曲率与曲率变化率计算与上同,但目前暂无。

图表 28、动态轨检车曲率项目波形图
图表29、缓和曲线晃车曲率动静态波形图
(七)、车体加速度(垂直/水平)
车体垂直振动加速度和水平振动加速度是机车车辆对轨道几何偏差的动力响应，也是对机车车辆运行的平稳性测量。

它在机车车辆构造、运行条件、测量装置等同的情况下，用比较的方法，间接地综合反映轨道几何的技术状态。

从加速度与速度的关系知，加速度与速度是成正比关系的。

在同样条件下，以不同的速度通过同一个病害地段时，车体产生的振动加速度不同。

车体振动加速度的产生，与线距上部技术状态的优劣和列车运行速度的高低有密切的关系。

实际上，车体振动加速度往往是几种病害互相影响、互相叠加后的结果。

造成车体产生振动加速度的地点，大部分是方向不良，如直线不直、曲线不圆顺、钢轨硬弯、钢轨错牙等。

其次是捣固质量不好，轨道高低不良，空吊，高低接头，或轨距超限或递减不均等。

车体振动加速度反映的病害要严重，这是由于各种病害要互相叠加的结果。

道岔是产生车体振动加速度的主要场所。

(七)、轨检车综合检测分析与应用
1、轨距、轨向、曲率、水加
(1)、如果轨道方向不良，但偏差波形相似，一般该处轨距不一定会有很大的变化。

应根据波形图进行复核，优先安排进行拨道作业。

如果不良地段位于曲线上，因检查曲线的正矢值，结合整个曲线的情况时进行拨道，综合整治病害，同时水加项目中也会有所反映。

如下：
1、直线地段。