田桂艷 程永誼

（1.北京城市軌道交通咨詢有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100068；3.鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081）

隨著城市的發(fā)展和擴(kuò)張，地鐵已成為居民出行必不可少地交通工具，其運(yùn)營(yíng)品質(zhì)也越來(lái)越受到人們的重視。以往的城市軌道交通工程驗(yàn)收以靜態(tài)驗(yàn)收為主，不能全面反映工程的完成質(zhì)量，以致線路開通運(yùn)營(yíng)后病害多發(fā)［1-3］，給運(yùn)營(yíng)維修保養(yǎng)工作造成極大困擾。動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試能有效彌補(bǔ)靜態(tài)驗(yàn)收的不足，驗(yàn)證列車運(yùn)營(yíng)條件下系統(tǒng)間相互作用狀態(tài)，確保系統(tǒng)匹配良好，從而保證線路開通后運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

2019 年 7 月 1 日，交通運(yùn)輸部印發(fā)交辦運(yùn)〔2019〕17 號(hào)《城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范第 1 部分：地鐵和輕軌》［4］，明確要求城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前需開展輪軌系統(tǒng)、弓網(wǎng)關(guān)系等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)測(cè)試，確定各系統(tǒng)之間的協(xié)同工作性能，以保障新建線路運(yùn)營(yíng)的安全性和舒適性。北京地鐵積極響應(yīng)政策要求，在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)線動(dòng)車調(diào)試和試運(yùn)行階段引入動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試，對(duì)列車正常運(yùn)行條件下輪軌系統(tǒng)、弓網(wǎng)關(guān)系、路基結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全面檢測(cè)。

本文通過(guò)闡述檢測(cè)過(guò)程中列車運(yùn)行平穩(wěn)性異常問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、分析、整治和復(fù)測(cè)的過(guò)程，驗(yàn)證動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試對(duì)發(fā)現(xiàn)及解決新建線路病害隱患、保障新線運(yùn)營(yíng)安全性與舒適性的必要性。

1 列車運(yùn)行平穩(wěn)性及其評(píng)定方法

列車運(yùn)行平穩(wěn)性是評(píng)價(jià)列車運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，其優(yōu)劣與列車狀況、線路狀況、軌道結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)，例如列車通過(guò)過(guò)渡段等位置，平穩(wěn)性會(huì)出現(xiàn)明顯變化。此外，車輛懸掛參數(shù)、列車蛇行運(yùn)動(dòng)等都會(huì)對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性產(chǎn)生一定的影響［5-6］。

GB 5599—85《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》［7］對(duì)地鐵列車運(yùn)行平穩(wěn)性的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)給出了明確規(guī)范。列車運(yùn)行平穩(wěn)性基于Sperling平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，按式（1）計(jì)算。

式中：W為平穩(wěn)性指標(biāo)；A為振動(dòng)加速度，g；f為振動(dòng)頻率，Hz；F（f）為頻率修正系數(shù)。

依據(jù)GB 5599—85 規(guī)定的方法，采用20 s 數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜平均得出的平穩(wěn)性指標(biāo)W確定列車運(yùn)行平穩(wěn)性的等級(jí)評(píng)定，見(jiàn)表1，垂向和橫向平穩(wěn)性采取相同的評(píng)定等級(jí)。

表1 列車運(yùn)行平穩(wěn)性等級(jí)

根據(jù)《城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范 第1 部分：地鐵和輕軌》規(guī)定，新建城市軌道交通工程列車運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)應(yīng)小于2.5。

2 列車運(yùn)行平穩(wěn)性測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)線設(shè)計(jì)速度160 km/h，為保障線路的安全順利開通，在項(xiàng)目動(dòng)車調(diào)試和試運(yùn)行期間開展了動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試工作，發(fā)現(xiàn)列車運(yùn)行至高架部分區(qū)段出現(xiàn)異常晃動(dòng)現(xiàn)象。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，列車運(yùn)行平穩(wěn)性測(cè)試時(shí)在車體相應(yīng)位置安裝振動(dòng)加速度傳感器，如圖1 所示（b1為垂向，b2為橫向）。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，列車在140 km/h 速度下運(yùn)行至高架部分區(qū)段時(shí)，平穩(wěn)性指標(biāo)出現(xiàn)超限情況，K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標(biāo)最大值見(jiàn)表2，超過(guò)2.5標(biāo)準(zhǔn)限制要求。

圖1 測(cè)點(diǎn)位置

表2 K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標(biāo)最大值

針對(duì)該區(qū)段列車運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)超限問(wèn)題，為了將平穩(wěn)性指標(biāo)與行車速度和線路里程位置對(duì)應(yīng)分析，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行2 s時(shí)間計(jì)權(quán)的平穩(wěn)性指標(biāo)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2，可知列車運(yùn)行至高架區(qū)段時(shí)垂向平穩(wěn)性較差。

圖2 列車運(yùn)行平穩(wěn)性曲線

為進(jìn)一步分析列車出現(xiàn)異常垂向振動(dòng)的原因，對(duì)列車振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，發(fā)現(xiàn)列車垂向晃動(dòng)主頻與列車在該速度下過(guò)橋跨的頻率相關(guān)。通過(guò)對(duì)120，140 km/h 速度等級(jí)下測(cè)試數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)速度等級(jí)下車體垂向振動(dòng)加速度分別在1.00，1.19 Hz 左右存在峰值，該頻率與列車對(duì)應(yīng)速度下通過(guò)32.7 m 跨距橋梁的頻率吻合，如圖3 所示。路基和隧道段未發(fā)現(xiàn)與列車速度相關(guān)的固定頻率的激擾。

圖3 不同速度等級(jí)區(qū)段車體振動(dòng)頻域

3 列車運(yùn)行平穩(wěn)性異常原因分析

目前地鐵軌道幾何尺寸驗(yàn)收一般采用萬(wàn)能道尺對(duì)軌距、水平、超高以5 m 間隔距離進(jìn)行檢查，對(duì)高低和軌向采用10 m 弦線進(jìn)行檢查，這種人工非連續(xù)的檢測(cè)方法誤差較大，且無(wú)法識(shí)別10 m 以上波長(zhǎng)不平順超限導(dǎo)致的列車晃動(dòng)或其他軌道次生病害問(wèn)題［8-9］。因此，本文采用0 級(jí)軌道檢查車對(duì)軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明該高架區(qū)段存在較為明顯的32.5 m 高低不平順異常，這與動(dòng)態(tài)測(cè)試車體頻域分析結(jié)果相符。

軌道高低不平順曲線如圖4 所示，最大值達(dá)到9 mm?！冻鞘熊壍澜煌ǔ跗谶\(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范第1部分：地鐵和輕軌》規(guī)定，軌道動(dòng)態(tài)幾何狀態(tài)參數(shù)的高低不平順1.5～42 m波長(zhǎng)范圍允許偏差為6 mm，列車平穩(wěn)性異常區(qū)段高低不平順偏差值超出了標(biāo)準(zhǔn)限值。

圖4 軌道高低不平順曲線

4 整治及復(fù)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性異常里程范圍內(nèi)軌道進(jìn)行幾何狀態(tài)精調(diào)，對(duì)高低不平順超限處所進(jìn)行整治。整治后，160 km/h 運(yùn)行速度下列車運(yùn)行平穩(wěn)性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，平穩(wěn)性指標(biāo)小于2.5，滿足規(guī)范要求。

2 s 時(shí)間計(jì)權(quán)的平穩(wěn)性指標(biāo)曲線見(jiàn)圖5，與圖2 對(duì)比，整治后列車運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)得到明顯改善，平穩(wěn)性異常問(wèn)題得到解決，因此可判定軌道高低不平順超限是列車平穩(wěn)性異常的原因。

表3 整治后K14—K24區(qū)段平穩(wěn)性指標(biāo)最大值

圖5 整治后列車運(yùn)行平穩(wěn)性曲線

5 結(jié)論

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)線動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了列車異?；蝿?dòng)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試的系統(tǒng)分析最終確定了軌道高低不平順是導(dǎo)致列車異常晃動(dòng)的原因，針對(duì)性地對(duì)軌道進(jìn)行精調(diào)整治后問(wèn)題得以解決。

同時(shí)也驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試工作的必要性，其能有效彌補(bǔ)靜態(tài)驗(yàn)收的不足，通過(guò)對(duì)正常運(yùn)行條件下輪軌系統(tǒng)、弓網(wǎng)關(guān)系等的匹配關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，及早發(fā)現(xiàn)并排除系統(tǒng)缺陷，從而保證各系統(tǒng)功能符合標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，提升新線開通質(zhì)量。