趙文博， 楊飛， 馬良德

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

1 工程概況

中老鐵路磨丁—萬(wàn)象段（簡(jiǎn)稱(chēng)磨萬(wàn)鐵路）位于老撾境內(nèi)，起于中老邊境口岸磨丁，終點(diǎn)至老撾首都萬(wàn)象，沿線(xiàn)80%為山地和高原，線(xiàn)路跨越河流均屬老撾境內(nèi)最大河流湄公河流域。

正線(xiàn)采用有砟軌道結(jié)構(gòu)和跨區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路，全長(zhǎng)422.441 km，設(shè)計(jì)速度160 km/h，采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，為客貨共線(xiàn)Ⅰ級(jí)單線(xiàn)鐵路。其中路基總長(zhǎng)155.37 km；橋梁164 座，總長(zhǎng)67.63 km，以32 m 簡(jiǎn)支T 梁為主，采用24 m 簡(jiǎn)支T 梁調(diào)整孔跨，跨道路、河流、深谷等部分主橋采用特殊結(jié)構(gòu)，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(gòu)；隧道75 座，總長(zhǎng)196.75 km，最長(zhǎng)隧道為森村二號(hào)隧道，長(zhǎng)9.38 km。

磨萬(wàn)鐵路于 2015 年 12 月開(kāi)工建設(shè)，2021 年 10 月20 日—11 月1 日開(kāi)始逐級(jí)提速測(cè)試，測(cè)試速度等級(jí)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(chē)檢測(cè)［1］，驗(yàn)收速度標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。檢測(cè)項(xiàng)目包括高低、軌向、軌距、水平、三角坑、軌距變化率、車(chē)體橫向加速度、車(chē)體垂向加速度等。

表1 磨萬(wàn)鐵路各區(qū)段驗(yàn)收速度標(biāo)準(zhǔn) km/h

2 整體軌道狀態(tài)分析

2.1 軌道狀態(tài)及動(dòng)態(tài)驗(yàn)收評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

磨萬(wàn)鐵路軌道幾何動(dòng)態(tài)檢測(cè)采用TB 10461—2019《客貨共線(xiàn)鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》［2］中規(guī)定的軌道幾何狀態(tài)驗(yàn)收評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為保證試驗(yàn)安全，采用TG/GW 102—2019《普速鐵路線(xiàn)路修理規(guī)則》［3］中規(guī)定的軌道幾何動(dòng)態(tài)不平順Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)容許偏差管理值對(duì)軌道幾何大值進(jìn)行控制。

評(píng)價(jià)項(xiàng)目包含局部峰值評(píng)價(jià)和區(qū)段均值評(píng)價(jià)。局部峰值評(píng)價(jià)允許偏差管理值見(jiàn)表2，每公里檢測(cè)結(jié)果中無(wú)超過(guò)驗(yàn)收管理值的偏差，則驗(yàn)收合格。區(qū)段均值評(píng)價(jià)指標(biāo)為軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）［4］，TQI 驗(yàn)收管理值見(jiàn)表3，檢測(cè)結(jié)果中無(wú)超過(guò)驗(yàn)收管理值的偏差，則驗(yàn)收合格。

表2 軌道幾何狀態(tài)局部峰值動(dòng)態(tài)驗(yàn)收管理值

表3 TQI允許偏差管理值

2.2 軌道質(zhì)量狀態(tài)

2.2.1 局部峰值評(píng)價(jià)

磨萬(wàn)鐵路動(dòng)態(tài)檢測(cè)首次測(cè)試發(fā)現(xiàn)超驗(yàn)收管理值（簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)渡段和道岔區(qū)段；軌向超限主要出現(xiàn)在曲線(xiàn)和道岔區(qū)段。經(jīng)過(guò)多輪整修，最終按照設(shè)計(jì)速度全線(xiàn)拉通檢測(cè)無(wú)驗(yàn)收偏差，滿(mǎn)足局部峰值驗(yàn)收要求，驗(yàn)收結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 動(dòng)態(tài)檢測(cè)局部峰值驗(yàn)收偏差區(qū)段匯總

檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的超限區(qū)段都進(jìn)行了及時(shí)整修，部分區(qū)段整修效果明顯，整修前后結(jié)果對(duì)比如下。

（1）K72+257。這一區(qū)段在檢測(cè)過(guò)程出現(xiàn)了高低超限，超限幅值為-6.82 mm，經(jīng)過(guò)整修后，高低不平順檢測(cè)結(jié)果為-2.85 mm，檢測(cè)波形見(jiàn)圖1。對(duì)整修前后局部峰值變化進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖2，經(jīng)過(guò)整修后，高低不平順?lè)逯档玫矫黠@改善，后期變化不大，無(wú)超限發(fā)生。

圖1 K72+257整修前后波形對(duì)比

圖2 K72+257整修前后峰值對(duì)比

（2）K167+910。該區(qū)段在檢測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)了軌向超限，超限幅值為-6.00 mm，經(jīng)過(guò)整修后，軌向不平順檢測(cè)結(jié)果為-3.80 mm，檢測(cè)波形見(jiàn)圖3。對(duì)整修前后局部峰值變化進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖4，經(jīng)過(guò)整修后，軌向不平順?lè)逯档玫矫黠@改善，后期保持穩(wěn)定，無(wú)超限發(fā)生。

圖3 K167+910整修前后波形對(duì)比

圖4 K167+910整修前后峰值對(duì)比

2.2.2 區(qū)段均值評(píng)價(jià)

磨萬(wàn)鐵路進(jìn)行160 km/h 全線(xiàn)拉通試驗(yàn)時(shí)，全線(xiàn)平均TQI 值為3.62 mm，最大TQI 值為7.7 mm，無(wú)超過(guò)驗(yàn)收管理值的偏差，滿(mǎn)足區(qū)段均值驗(yàn)收要求，具體分布情況見(jiàn)圖5。

圖5 磨萬(wàn)鐵路TQI里程分布圖

按照基礎(chǔ)類(lèi)型對(duì)全線(xiàn)TQI 進(jìn)行分類(lèi)分析，結(jié)果見(jiàn)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(guò)路基和隧道區(qū)段，主要由于檢測(cè)過(guò)程中軌道檢查車(chē)引起橋梁周期性垂向變形，導(dǎo)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(chǔ)類(lèi)型軌道TQI及各成分對(duì)比

2.3 同等級(jí)線(xiàn)路對(duì)比

自2014 年至今設(shè)計(jì)速度為160 km/h 的線(xiàn)路，包括北同蒲、蘭州—中川機(jī)場(chǎng)、長(zhǎng)白烏、廬銅、寧啟、衢寧、拉林及磨萬(wàn)鐵路，收集對(duì)比各條線(xiàn)路平均TQI（見(jiàn)圖7），各條線(xiàn)路經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)驗(yàn)收后，軌道質(zhì)量有一定改善，早期開(kāi)通線(xiàn)路軌道質(zhì)量較差，如北同蒲鐵路、蘭州—中川機(jī)場(chǎng)、長(zhǎng)白烏鐵路，近兩年開(kāi)通線(xiàn)路如拉林、磨萬(wàn)鐵路全線(xiàn)平均TQI較小，軌道質(zhì)量較好。

圖7 160 km/h的各條線(xiàn)路TQI對(duì)比

對(duì)比2021年新開(kāi)通的磨萬(wàn)鐵路和我國(guó)的拉林鐵路，拉林鐵路全線(xiàn)平均TQI為2.78 mm，小于磨萬(wàn)鐵路，主要因拉林鐵路全線(xiàn)鋪設(shè)較大比重的無(wú)砟軌道，統(tǒng)計(jì)拉林鐵路有砟軌道區(qū)段平均TQI為3.47 mm，與磨萬(wàn)鐵路接近。

3 典型問(wèn)題分析

3.1 典型大值超限

軌道檢查車(chē)檢測(cè)K233+197和K258+531區(qū)段時(shí)橫向加速度達(dá)到0.15g（g為加速度單位，g=9.8 m/s2），達(dá)到Ⅲ級(jí)超限，檢測(cè)速度176 km/h，檢測(cè)波形見(jiàn)圖8、圖9，軌道高低、軌向不平順無(wú)明顯超限，橫向加速度較大，呈現(xiàn)周期性，波長(zhǎng)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(xiàn)路信息及欠超高情況見(jiàn)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(jí)超限，因此超限的主要原因并不是曲線(xiàn)欠超高問(wèn)題［6］。

表5 兩處Ⅲ級(jí)超限區(qū)段信息

經(jīng)過(guò)分析，檢測(cè)列車(chē)下心擺自振頻率1.3 Hz 左右，列車(chē)行駛速度176 km/h（48.8 m/s），引起周期性波長(zhǎng)為48.8/1.3=37.5 m，與實(shí)測(cè)波長(zhǎng)相符，為典型周期性長(zhǎng)波不平順激振下的低頻周期性晃車(chē)問(wèn)題［7］，主要是由于軌道激勵(lì)與列車(chē)下心擺出現(xiàn)共振引起。后期對(duì)軌道幾何形位進(jìn)行調(diào)整，消除了周期性問(wèn)題，從而降低了橫向加速度。

3.2 電容枕施工問(wèn)題

磨萬(wàn)鐵路全線(xiàn)為有砟軌道，在車(chē)站附近設(shè)置電容枕［8］，由于電容枕確定位置及施工時(shí)間較晚，安裝電容枕后搗固次數(shù)不足，導(dǎo)致電容枕附近軌道幾何出現(xiàn)高低不平順缺陷（見(jiàn)圖10）。全線(xiàn)共設(shè)置20 個(gè)車(chē)站，其中靠近萬(wàn)象的幾個(gè)車(chē)站如萬(wàn)象北站、蓬宋站、蓬洪站、萬(wàn)基站、萬(wàn)榮站較為明顯。

圖10 蓬宋站軌道高低不平順波形圖

通過(guò)小波變換法研究電容枕位置處軌道不平順波長(zhǎng)特性，小波變換通過(guò)變換小波函數(shù)的中心頻率得到小波變換系數(shù)，只有當(dāng)小波中心頻率與原始信號(hào)固有頻率接近的時(shí)候，小波系數(shù)才會(huì)取得極大值。對(duì)電容枕區(qū)段軌道高低不平順進(jìn)行小波變換［9］，結(jié)果見(jiàn)圖11。小波變換系數(shù)大值主要分布在5～10 m 波長(zhǎng)區(qū)間，位置與電容枕位置一致，說(shuō)明電容枕施工引起的軌道高低不平順波長(zhǎng)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?lè)?，作累積分布圖（見(jiàn)圖12），具體統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表6，可以看到電容枕位置處高低不平順?lè)党^(guò)4 mm的區(qū)段不少于5%，超過(guò)5.2 mm的區(qū)段不少于1%，而高低不平順驗(yàn)收限值為6 mm，由于電容枕處高低不平順波長(zhǎng)較短，幅值較大，在列車(chē)荷載下容易引起軌道幾何超限，因此后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段需要重點(diǎn)關(guān)注。

表6 電容枕引起的高低不平順統(tǒng)計(jì)

圖12 電容枕引起的高低不平順累積分布圖

4 結(jié)論

磨萬(wàn)鐵路作為新建160 km/h 單線(xiàn)典型鐵路，在驗(yàn)收軌道幾何過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了多種典型問(wèn)題，通過(guò)跟蹤分析全線(xiàn)軌道質(zhì)量狀態(tài)及典型問(wèn)題，得出如下結(jié)論：

（1）磨萬(wàn)鐵路經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，消除了42 處局部峰值超限，TQI 得到一定程度改善，動(dòng)態(tài)檢測(cè)效果良好。

（2）經(jīng)過(guò)驗(yàn)收檢測(cè)，全線(xiàn)無(wú)局部峰值超限，TQI最大值為7.7 mm，無(wú)超過(guò)驗(yàn)收管理值的偏差，軌道幾何各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均滿(mǎn)足相關(guān)動(dòng)態(tài)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，軌道整體質(zhì)量狀態(tài)在同等級(jí)線(xiàn)路中較好。

（3）檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)一些典型問(wèn)題，如軌道周期性不平順引起的低頻周期性晃車(chē)；電容枕施工引起波長(zhǎng)較短，幅值較大的軌道幾何高低不平順，在列車(chē)荷載下容易引起軌道幾何超限，后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段需要重點(diǎn)關(guān)注。