陳萬(wàn)里 、徐棟、王利博、尹貴年、遆旭、趙正陽(yáng)

（1.北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，北京 100068；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

0 引言

大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)線作為國(guó)內(nèi)首條將車速160km/h速度等級(jí)和全自動(dòng)駕駛技術(shù)相結(jié)合的市域快線，軌道采用與高速鐵路相同的WJ-8 扣件、CRTSⅢ型軌道板、CRTS 雙塊式軌枕等設(shè)備。工務(wù)維修部門在載客運(yùn)營(yíng)電客車（08 號(hào)）安裝了軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的軌道檢測(cè)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)是能在載客運(yùn)營(yíng)期間同步進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)，更能展現(xiàn)列車載客狀況下的軌道真實(shí)動(dòng)態(tài)情況。

1 軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)組成

大興機(jī)場(chǎng)線軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)主要由三部分組成：軌道動(dòng)態(tài)幾何檢查系統(tǒng)、輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)、里程定位輔助系統(tǒng)。

軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)軌道幾何情況；輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)軌道狀態(tài)是否滿足車輛運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性要求；里程定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)軌道在動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的準(zhǔn)確定位。大興機(jī)場(chǎng)線軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析，可及時(shí)反饋線路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為軌道維修、保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持和指導(dǎo)意見。

1.1 軌道動(dòng)態(tài)幾何檢測(cè)系統(tǒng)

軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)利用激光攝像組件及陀螺慣性包，通過(guò)慣性基準(zhǔn)法測(cè)量軌道幾何狀態(tài)，所測(cè)參數(shù)主要包括軌距、左軌向、右軌向、左高低、右高低、超高、水平、三角坑、曲率。可測(cè)量車體垂、橫向加速度。數(shù)據(jù)采集結(jié)果傳輸至車內(nèi)數(shù)據(jù)分析服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及大興機(jī)場(chǎng)線線路狀態(tài)，設(shè)定大興機(jī)場(chǎng)線專用的軌道不平順管理標(biāo)準(zhǔn)，分析、過(guò)濾采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)病害實(shí)時(shí)反饋。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軌道幾何動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析評(píng)判功能，通過(guò)LTE 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，達(dá)到車地?zé)o線檢測(cè)功能，為軌道幾何尺寸養(yǎng)護(hù)維修提供數(shù)據(jù)支持。

1.2 輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)

輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)力輪對(duì)的橋路信號(hào)，結(jié)合相關(guān)模型實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行過(guò)程中的輪軌垂向及橫向作用力連續(xù)測(cè)量，結(jié)合現(xiàn)有評(píng)判方式進(jìn)行脫軌系數(shù)、輪重減載率等安全性評(píng)價(jià)。同時(shí)，該檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)軸端、構(gòu)架、車體不同位置的加速度傳感器完成不同級(jí)減震位置的加速度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)車體平穩(wěn)性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上分析沖擊位置和共振情況。

通過(guò)輪軌力檢測(cè)評(píng)價(jià)、軌道動(dòng)態(tài)幾何結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查情況，指導(dǎo)軌道線路的計(jì)劃維修，在確保運(yùn)營(yíng)安全的基礎(chǔ)上提高維修經(jīng)濟(jì)性。

2 應(yīng)用思路

大興機(jī)場(chǎng)線線路維修以“預(yù)防為主、防治結(jié)合、嚴(yán)檢慎修”為原則，通過(guò)軌道幾何動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，保障線路安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

2.1 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析

大興機(jī)場(chǎng)線雙周檢測(cè)，采集并錄入相關(guān)數(shù)據(jù)臺(tái)賬；定期進(jìn)行全線動(dòng)態(tài)檢測(cè)圖譜、數(shù)據(jù)分析，同時(shí)對(duì)比上期精調(diào)地段的動(dòng)檢圖譜、數(shù)據(jù)，評(píng)估維修質(zhì)量。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核

主要開展扣件系統(tǒng)、靜態(tài)幾何尺寸、焊縫平直度、鋼軌磨耗、鋼軌接頭等方面的逐項(xiàng)檢查，分析病害成因。

2.3 方案制定及整改

依據(jù)大興機(jī)場(chǎng)線軌道維修相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系動(dòng)、靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)扣件調(diào)查情況，出具軌道調(diào)整方案，制定軌道調(diào)整方案審核審批機(jī)制。維修工區(qū)依據(jù)批準(zhǔn)后的精調(diào)方案組織現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，檢查工區(qū)當(dāng)晚進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量的靜態(tài)驗(yàn)收。

2.4 整修后動(dòng)態(tài)復(fù)核

可通過(guò)便攜式添乘儀檢查晃車情況有無(wú)改善，利用搭載式軌檢系統(tǒng)對(duì)譜圖、數(shù)據(jù)當(dāng)期與往期歷史對(duì)比分析，復(fù)核整改情況是否達(dá)到預(yù)期。

3 應(yīng)用案例

3.1 案例一：線路單項(xiàng)凸點(diǎn)消除

通過(guò)數(shù)據(jù)分析與精調(diào)作業(yè)，解決軌距、軌距變化率、水平及短波內(nèi)的高低、軌向不平順問題。精調(diào)區(qū)段前后各項(xiàng)指標(biāo)明顯降低，不平順地段取得明顯改善。單項(xiàng)超限調(diào)整前后動(dòng)態(tài)波形對(duì)比，如圖1 所示。

圖1 K12+975 左軌向、右軌向整改前后波形對(duì)比

3.2 案例二：結(jié)構(gòu)結(jié)合地段軌道長(zhǎng)波不良的治理研究

在大興機(jī)場(chǎng)線上行K26+850—K27+080 區(qū)段的動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)幾何尺寸數(shù)據(jù)存在規(guī)律性連續(xù)多波高低?，F(xiàn)場(chǎng)使用靜態(tài)相對(duì)軌檢儀進(jìn)行幾何尺寸線性同動(dòng)態(tài)波形相符，該現(xiàn)場(chǎng)為橋隧結(jié)合地段，通過(guò)最近兩次軌道檢測(cè)波形疊合對(duì)比，重復(fù)性較好，且幅值均勻，垂向加速度波形波動(dòng)較為明顯，長(zhǎng)波高低同樣存在規(guī)律線變化?，F(xiàn)場(chǎng)利用絕對(duì)坐標(biāo)，結(jié)合設(shè)計(jì)資料對(duì)高程、平面進(jìn)行精測(cè)，精測(cè)后按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線對(duì)線性進(jìn)行調(diào)整。線路精調(diào)后動(dòng)態(tài)波形改善明顯[1]，如圖2 所示。

圖2 K26+850—K27+080 調(diào)整前后對(duì)比

3.3 案例三：線路長(zhǎng)波平順度不良引起的列車舒適度不良消除

2021 年，大興機(jī)場(chǎng)線高架區(qū)段軌道幾何檢測(cè)基本無(wú)超限，且TQI 表現(xiàn)良好，維持在2.8～3.6 之間，但乘坐時(shí)明顯感到車輛晃動(dòng)。

2021 年4 月，工務(wù)部門經(jīng)數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)該位置垂向加速度存在明顯的周期性變化，周期波動(dòng)與橋跨距離一致，長(zhǎng)波高低存在明顯的周期性波動(dòng)。5 月對(duì)該位置進(jìn)行調(diào)整后，長(zhǎng)波高低及垂加周期性波動(dòng)改善明顯，如圖3 所示。

圖3 K16—K16.1 長(zhǎng)波不平順調(diào)整

3.4 案例四：隧道結(jié)構(gòu)變形引起軌道變化預(yù)警

2021 年1 月，大興機(jī)場(chǎng)軌道幾何檢測(cè)發(fā)現(xiàn)位于SK5+100 前后高低、軌向短波及長(zhǎng)波相比歷史波形變化較為明顯，如圖4 所示。

圖4 SK5+100 前后波形圖對(duì)比

經(jīng)工務(wù)部門查閱臺(tái)賬確認(rèn)該位置處于結(jié)構(gòu)伸縮縫處。經(jīng)初步研判分析，軌道幾何變化是由于結(jié)構(gòu)伸縮縫變化所致。工務(wù)部門隨即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘，發(fā)現(xiàn)SK5+100 結(jié)構(gòu)伸縮縫處道床與結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，伸縮縫兩側(cè)出現(xiàn)高低錯(cuò)臺(tái)，如圖5 所示。

圖5 SK5+100 結(jié)構(gòu)伸縮縫高低錯(cuò)臺(tái)

工務(wù)部門緊急調(diào)整結(jié)構(gòu)前后軌道，調(diào)整后波形平順（見圖6）。工務(wù)部門對(duì)結(jié)構(gòu)處以周檢模式利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控[2]，發(fā)現(xiàn)異常變化將及時(shí)對(duì)軌道幾何進(jìn)行管控處理。

圖6 SK5+100 軌道調(diào)整后波形圖

3.5 案例五：輪軌垂向力異常查找平直度不良焊縫

輪軌動(dòng)力學(xué)圖譜及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)下行XK20+511左股焊縫（XK20-22ZS）輪軌垂向力實(shí)測(cè)波形異常出現(xiàn)峰值。輪對(duì)平均靜重力約60kN，輪軌力峰值128.44kN（見圖7），超出管理值（120kN）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該處25m 標(biāo)準(zhǔn)軌焊接焊縫軌頂存在達(dá)-1.3mm的凹陷（低接頭）。

圖7 XK20+511 附近輪軌垂向力出現(xiàn)明顯峰值

檢測(cè)后工務(wù)部門立刻對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加固處理，后續(xù)跟進(jìn)該位置輪軌垂向力變化在122.2～136kN 之間，有緩慢上升趨勢(shì)。2020 年中，工務(wù)部門組織對(duì)該焊縫進(jìn)行切除重焊。焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，行車面平直度在0.3mm（見圖8），走行車輛順接頭經(jīng)過(guò)，垂向力下降至70kN，無(wú)明顯軌縫特征，符合行業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)[3-5]。

圖8 XK20+511 切除重焊后焊縫平直度

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文研究發(fā)現(xiàn)，軌道動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠較全面地對(duì)軌道設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)可靠性高，能夠?yàn)椴『︻A(yù)防、治理，探索設(shè)備變化規(guī)律提供依據(jù)。后續(xù)將持續(xù)關(guān)注輪軌力系統(tǒng)在檢測(cè)波浪磨耗、輪軌匹配、車輛與軌道耦合振動(dòng)等方面發(fā)揮的作用，結(jié)合動(dòng)態(tài)檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)測(cè)量，合理出具軌道調(diào)整方案，盯控方案落實(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)軌道運(yùn)營(yíng)期的安全平穩(wěn)運(yùn)行。