人工精调与大机精捣对有砟高铁线路TQI的影响分析

马先坤 中国铁路上海局集团有限公司上海工务段

1 前言

2020年，国铁集团在铁路建设方面取得新的成效。《统计公报》显示，全国铁路建设再创新高，全国铁路营业里程14.63 万km，其中高铁3.8 万km。铁路及高速铁路的运营里程已达到世界首位，相关技术也居世界前列。铁路尤其是高速铁路对轨道平顺性有着很高的要求，但由于工后沉降、零部件精度及施工质量等原因，钢轨铺设完成后仍需要对轨道进行反复精调。因此有必要对轨道精调措施进行更深的研究，以减少后期调整的工作量。

目前，我国对于轨道动态质量的评价方法常为峰值扣分法和轨道质量指数（TQI）法。峰值扣分法为通过测量轨道各测点每个参数峰值大小来判断测量值是否超过规定的限界。该方法能准确给出病害的种类、具体位置及损伤程度，因此在铁路工程中被广泛应用。但由于此方法在反应轨道的质量情况时不能全面反映出轨道的平均质量状态，又提出了TQI 方法。它常以200 m 轨道区段作为单元区段，分别计算单元区段上左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑七项轨道几何不平顺幅值的标准差之和，来描述区段轨道整体质量状态。此方法克服了分值扣分法的上述缺点，能有效反映出轨道不平顺变化率、周期连续不平顺等情况，常用于评定轨道动态质量。因此，本文也采用TQI 作为评判轨道平顺性的指标。

有砟高铁的轨道精调降低TQI 主要有两方面，一是人工精调，是在大机捣固前或捣固两遍之间安排人工对于轨距和扣件离缝及状态的调整，二是基于精测网数据的捣固车对线路方向和高低的调整，也就是对线路平面及高程的调整，使线位达标。人工精调的主要工作是对利用非标轨距块调整轨距以及轨距的变化率、扣件离缝整治为大机捣固作业提供良好的轨道基础，同时有效的降低线路的TQI值，若在没有进行人工精调的线路上进行线形的测量并进行大机的捣固，捣固作业质量降低很有限，轨距的不良、不顺以及离缝会使捣固质量明显的降低。

1.1 轨道不平顺质量指数

TQI 是指轨道不平顺质量指数，是一种采用数学统计的方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。也以此为参考合理编制区段综合维修计划，指导轨道维修和大机作业以提高轨道状态的科学性、经济性、合理性，使维修管理更加科学。TQI 常以200 m 轨道区段作为单元区段，分别计算单元区段上左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑七项轨道几何不平顺幅值的标准差之和，其计算公如式（1）所示。

式中，σi为各项几何偏差的标准差，i=1、2……7，分别为左高低、有高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑，如式（2）所示。

xij是在200 m 单元区段中各项几何偏差的幅值，其中j=1、2……n；i=1、2……7；n是采样点的个数，式中200 m 的单元区段中每隔0.25 m 采集一个点，共800 个，即n=800。的均值，如式（3）所示。

xij是在200 m 单元区段中各项几何偏差的幅值，其中j=1、2……n；i=1、2……7；n是采样点的个数，式中200 m 的单元区段中每隔0.25 m采集一个点，共800个，即n=800。

1.2 轨道质量指数目标

某有砟高铁线路设计时速200 km，其动态管理值如表1所示。根据联调联试试验大纲要求，综合检测列车在线路上逐步提升运行试验速度，直至按线路设计速度的110%标准进行最高测试速度运行试验。因此，在联调练试期间TQI 检测标准速度为200 km/h-250 km/h，其检测标准如表2所示。

表1 轨道动态质量容许偏差管理值

表2 200m区段TQI管理标准

该有砟高速铁路联调联试的TQI目标值为不大于2.5，新线介入时全区段TQI普遍在5.0以上。由于工期紧，人力及大机资源紧张，为了快速有效的降低线路TQI值，提高轨道线路质量，根据现场实际，在轨道经过一遍人工精调及四捣四稳后，对部分地段进行了摸索和实践，分别采用单一人工精调或单一大机精捣，以及两者结合的方式进行作业。

人工精调的目的在于补齐线路轨道扣配件、矫正胶垫、消灭钢轨、轨枕、扣件等加工产生的误差。人工精调时需消除离缝，保证轨道在车辆通过时减少轨距的变化，避免线路轨道承重时轨距成段发生不良。作业要求其轨距单项调整标准为TQI不大于0.3，轨距精调标准为1 435±0.1 mm，轨距变化率控制在1/3000（表3）。

表3 轨距精调标准

大机精捣主要解决道床快速密实稳定、轨道几何尺寸满足设计规范的问题。轨道线路道床进入初稳后，按照稳定+稳定+捣固+稳定+捣固+稳定+捣固+稳定+捣固+稳定的分遍分层的顺序进行作业。利用精测网数据对综合TQI≥2.4的区段进行加强精确捣固，其捣固参数如表4所示。

表4 大机精捣参数

2 动轨检车数据对比分析

在人工精调及大机精捣作业后，取2020 年5 月4 日至2020 年 5 月 25 日动检车 和 2020 年 5 月 8 日 至 2020 年 5 月 12日轨检车的TQI指标及动态II级超限数据进行分析如下：

图1 动检TQI趋势图

图2 动检II级超限数量趋势图

由图1 可知，自 5 月 4 日至 5 月 25 日，由动检车测得的TQI 数据整体呈下降的趋势，其上下行TQI 由5 月4 日的2.92、2.79逐步下降至5月25日的2.52、2.53，线路的平顺性逐步提高。5月13日动检车测得的上行TQI突然增加至2.85是由于动检车侧向通过道岔所致。

由图2 可知，自 5 月 4 日至 5 月 25 日，由动检车测得的 II级超限数量逐渐下降，其上下行的II级超限数量分别由5月4日的100个、88个逐渐降低至5月25日的0个。

图3 轨检TQI趋势图

图4 轨检II级超限数量趋势图

由图3 可知，由轨检车测得的TQI 数据整体呈下降的趋势，其有上下行的 2.86、2.86 下降至2.76、2.79；自 5 月8 日至 5月12日轨检车测得的上下行TQI逐步增大至3.01、4.00，随后至 5 月 25 日轨检车测得的 TQI 又逐步下降至 2.43、2.41，线路的平顺性逐步提高，达到联调联试要求。5 月12 日动检车测得的上行TQI突然增大是由于轨检车侧向通过道岔所致。

由图4可知，自4月27日至5月25日，经人工精调和大机精捣，轨检车测得的II级超限数量逐渐下降，其上下行的II级超限数量分别由4月27日的199个、168个逐渐降低至5月25日的5个、9个。

3 TQI数据对比分析

从 2020 年 5 月 13 日至 2020 年 5 月 20 日，线路轨距精调与大机精捣共同作业地段、仅轨距精调作业而无大机精捣作业地段，仅大机精捣作业而无轨距精调作业地段分别取30km 分析。其作业前后TQI 值变化情况分别如表5、表6、表7所示。

表5 人工精调与大机精捣结合前后TQI数据对比

表6 线路仅轨距精调后TQI数据对比

表7 仅大机精捣TQI数据对比

由表5可知，当线路轨距精调与大机精捣同时作业时，线路右轨向、左高低、右高低、轨距平顺性指标的提升较为显著，水平、三角坑次之，左轨向提升不明显，这是因为大机精捣作业设置的方向基准股为增里程方向的左轨。

由表6可知，当线路仅进行轨距精调作业时，对轨距的平顺性指标影响最大，TQI 下降率达28.65%，对轨向、高低的影响次之，而对高低、三角坑基本没有影响。

由表7 可知，当线路仅进行大机精捣作业时，对高低、轨向的平顺性指标都有显著的影响，作业前后其左高低、右轨向、右高低的TQI 下降了32.4%、26.14%及22.25%；大机精捣对水平、三角坑也有较为明显的影响，作业前后其水平、三角坑的TQI 值分别下降了17.14%、15.89%；大机精捣对轨距基本没有影响。

由表5、表6 与表7 对比可知，当线路轨距精调与大机精捣共同作业时，线路总体TQI 下降率（20.73%）与仅进行轨距精调作业（7.42%）或仅进行大机精捣作业（16.60%）相比更大，对轨向、高低、水平、轨距、三角坑的影响也更加均衡。因此，人工精调叠加大机精捣能显著提升线路的平顺性。

4 结论

通过此次深度介入某有砟高铁的线路后期精调工作，实践大机精确捣固作业叠加人工精调作业降低有砟高铁TQI的模式，主要有以下结论：

（1）人工精调必须和大机精捣作业相结合，才能快速有效的降低线路的TQI 值。左轨作为大机捣固作业的基准股，降低了标准股的TQI值，加上人工精调对轨距的调整控制，非标准股的轨距TQI值可以同步降低。

（2）大量的动态数据分析表明，“先轨距调整、后大机整道、再扣件调整”的有砟高铁精调流程对降低TQI值的方法行之有效，且在人工精调后安排大机精确捣固作业对高低、水平、轨向、三角坑的TQI 值改善更为明显，平均下降幅度在15%以上。

（3）后期在人工精调上尽量安排两遍以上的精调作业，而且时机很重要。在第一遍轨距精调结束后，及时对轨道线形测量并依据线形数据进行大机精确捣固，第二遍大机精捣后需再次进行人工精调作业，若条件允许可利用线形测量成果对第三遍大机精捣作业后的地段再次进行人工精调作业，对轨距等TQI值较大地段进行重点整治。