我国普速铁路安全管理与维护综述

王印飞

摘要 该研究为探索普速铁路土工结构安全指标和养护技术的建立，对国内外典型的设计或养护标准和规范进行了总结和比较，并进行了理论分析和试验，探讨了普速铁路安全指标及其影响因素，从管理系统和检测监控技術两方面提出了铁路维修策略，为铁路安全管理和维修提供了实用参考。

关键词 普速铁路;安全指标;设计规范;跟踪维护

中图分类号 U298 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0059-03

0 引言

铁路安全是国家整体安全的重要组成部分，也是铁路生产和发展的永恒主题[1]。近年来，随着我国普速铁路的大规模建设和运营里程的不断增加，我国普速铁路安全状况总体上有所改善，虽然铁路事故总数有所增加，但每百千米事故数有所下降，且有波动。中国幅员辽阔，高铁建设条件多样，外部环境复杂。经过多年的运营，一些铁路基础设施出现了老化和缺陷。由于铁路基础设施的完整性和质量是影响普速列车运行安全的最直接的因素，因此铁路基础设施的完整性和质量是铁路运输安全的基本条件，研究普速铁路的安全管理与维护技术具有重要意义。国内外对普速铁路的安全管理与维护进行了大量的研究，取得了许多学术成果[2]。探索欧盟、日本、美国等国家和地区的铁路技术法规和标准体系，并总结了普速铁路运行中可能存在的危害，分析了重大安全问题产生的原因，并提出了相应的预防措施[3]。普速铁路工程安全监测系统的建设方案，对某普速铁路的安全保障体系、维修计划和维修技术进行了研究，取得了很多成果[4]。通过在混凝土基层和路基之间注入聚合物材料来均匀抬升轨道结构并恢复轨道线形的方法，并通过全尺寸物理模型试验验证了恢复后的轨道路基系统良好的动力性能和长期耐久性[5]。上述研究在一定程度上有助于提高我国普速铁路的安全管理水平。

该研究通过对我国普速铁路安全管理与维修技术的文献综述，对国内外标准进行了比较。对普速铁路安全指标及其影响因素进行了分析，提出了维修策略，介绍了铁路维修新技术，完善可靠的技术标准体系、建设项目的规范化管理、基于动态验收实时评价机制的铁路调整优化，并对其效果进行了验证，为铁路安全管理和维修实践提供了参考。

1 普速铁路安全管理确定

1.1 建立科学合理的技术标准体系

从技术标准、技术规范、安全监督监测、维护和应急救援等方面对中国普速铁路安全技术体系进行了研究。为保障铁路安全，制定了普速铁路路基、轨道、桥梁、隧道等各项工程建设标准。当列车速度接近地面系统的临界速度时，轨道基础上的动荷载将被放大，由此产生的轨道不均匀沉降又加剧了列车车轮对轨道结构的冲击荷载。由于列车移动荷载使轨床主应力发生转动，列车行驶加速了道砟颗粒在轨床内的运动，导致永久沉降过大。此外，由于道岔磨损或抽泥等原因造成的细颗粒进一步导致轨道基础承载力降低。水的渗透和地下水的上升是其他可能对普速铁路轨道性能不利的因素。对于路基，采用岩土结构的设计和施工理念，严格控制填筑材料、压实标准、变形控制和检测规定。例如，路基一旦建成，沉降不得超过15 mm，路基沉降与结构沉降之差不得超过5 mm[6]。建立与路基承载力、变形和应变有关的设计控制指标，以提高轨道的规律性，研究并制定了列车荷载、基频、梁端角、弯跨比、变形和位移等一系列技术参数。

1.2 实施铁路建设项目的标准化管理

铁路建设项目的规范化管理是一个完整的概念。坚持系统化、标准化的原则，以技术标准、管理标准、运营标准为主要内容，铁路建设项目的标准化管理在管理制度、人员配置、现场管理和过程控制。铁路建设项目的规范化管理是普速铁路本质安全的保证。开发了简支梁的制造、运输和安装技术，在预应力混凝土结构长期变形方面取得了突破，从厘米级到毫米级。通过制定轨下基础设施技术参数和标准，开发了预应力混凝土简支梁、无砟轨道、紧固件、轨枕、道岔等一系列产品和相应的施工技术，建立了中国普速铁路工程技术体系，从顶层架构的角度保证了中国普速铁路的规律性。轨下基础设施对高速列车运行性能的影响主要体现在变形、位移等因素上。轨道不平顺可能是由长期变形和位移引起的，如桥台沉降和局部塌陷。桥梁和隧道的沉降变形以及路基的沉降和开裂都会引起轨道的不规则性，这些沉降和开裂最终会反映在轨道的几何状态上。根据仿真以及定性和定量分析，在现行基础设施建设标准下，将轨道不平顺的管理价值和列车的安全极限作为铁路安全指标是科学有效、合理的。

1.3 采用动态验收进行调整优化

动态验收包括联合调试、测试和运行测试。

（1）联合调试测试：在普速列车投入运行前，通过对列车和相关设备的测试，对各系统的功能、性能、状态以及各系统之间的匹配关系进行了全面的测试、验证、调整和优化。

（2）运行试验：对正常和异常运行情况下的运行组织、旅客服务、整体系统的应急救援进行演练。通过联合调试和测试，对项目质量进行了检验和确认，并进一步验证了固定设施和移动设备的兼容性和适用性，使整个系统功能达到标准。根据各国和各地区实施的铁路安全管理规定，高度重视轨道的正规性管理。理论研究和运行实践也表明，轨道的规律性直接影响行车安全，运行舒适性、运行速度、列车和轨道部件的使用寿命、环境振动和噪声。根据其干扰方向和形状特征，轨道不平顺性大致可分为高度不平顺性、线形不平顺性、轨距不平顺性、水平不平顺性和轨道扭曲性。

2 普速铁路最优维护策略

2.1 普速铁路管理系统

普速铁路一旦投入运营，通过养护使铁路保持良好状态是保证普速铁路安全的关键。对日本、德国、法国铁路公司的管理制度和维护模式进行了梳理和比较[7]。不同国家的铁路养护制度和养护模式是不同的。经比较，管理、检查、维修严格分离，有利于专业管理，在管理上相互制约。中国实行独立的检查、维护和维修管理制度。维护主要分为专业维护和工程、电气、电源综合维护两种方式。目前我国的维修模式以专业维修为主，实行一体化生产管理，基本实现了统一的组织架构、统一的夜间窗口时间安排、统一的生产计划、统一的组织、统一的应急响应。普速铁路设备的维修分为定期维修和临时维修。按照预防为主、防治结合、严格检查、精心维修的原则，按照铁路状态的变化规律，合理安排养护和维修，并制定相应的维修计划，以确保铁路处于符合铁路运营要求的适当状态。

普速铁路维护的安全问题以长期趋势和过去事故的记录为基础的，因此，任何提高事故频率知识的方法都是有意义的。监测主要指标有助于减少风险观念更新的滞后，从而有助于提高安全性。虽然普速铁路运营商采用了许多先进系统控制理论的概念，但重点仍然是在技术和人力层面捕捉问题和变化的经验学习，而不是组织和制度层面。事故模型的使用，可以对技术故障和人为错误的高度关注，同时在组织和制度层面上掩盖系统，这些因素可能影响系统中的多个防御。此外，结构分解模型通常不能提供一个系统的方法来识别组织和制度层面的因素，并影响分析师对事故因果因素的识别。如果组织试图理解事故，就会引发追究责任的问题，从而掩盖组织和制度层面的因素。因此，为了了解影响普速铁路的各种因素的重要性，从普速铁路事故的事故因果因素趋势中得出见解。此外，从传统的技术故障和人为错误转移到事故机制和影响普速铁路的运营商组织和运营商监管关系相关的潜在因素。

2.2 普速铁路检测与监控技术

在相关信息平台方面，英国、意大利、日本等国建立了集检验数据管理、数据分析、辅助维修决策信息管理于一体的信息系统平台，实现了检验数据的统一管理。例如，英国铁路公司Network Rail于2004年在英格兰德比郡建立了工程支持中心。意大利RFI成立了国家铁路基础设施数据诊断中心。日本铁路局开发了铁路管理信息系统，如新干线管理信息系统、东日本设备管理系统、维修管理数据库系统、东海道维修管理系统、东海道新干线维修管理系统，建立了铁路工程安全生产管理制度。覆盖铁路公司、铁路局、基层、车间、各级工程部门，采用统一的检验数据、标准化的系统服务词典、标准化的操作程序，整合现有的工程信息资源，建立信息资源共享平台。但是，目前系统缺乏基础设施状态预测和辅助维修决策的功能，在智能分析和综合评价方面与其他国家的同类系统相比仍然落后。

在检测技术方面，世界各国都在推动轨道检测车的研究、开发和应用。目前现有的轨道检测车一般采用惯性原理、激光摄影和图像处理技术。相比其他国家如英国、意大利和日本，高速综合检测列车由中国独立开发取得了长波违规行为的实时测量的跟踪普速铁路速度。自主研制了基于惯性参考、激光摄影和三维时变应力测量技术的轨道不平顺动态特性检测系统。提出了综合评价列车/轨道系统状态的广义能量法、我国普速铁路不平度谱等理论，形成了分析和评价普速铁路基础设施状况的关键技术。这些技术在检测速度、功能、技术指标等方面均超过国外同行，达到世界领先水平。中国还开发了一系列桥梁隧道和外来物入侵在线监测系统，提高了普速铁路安全水平。环境因素、自然因素或人为因素造成的破坏、隧道老化、维护不足和延期维修等，都可能导致隧道日益恶化随着分析技术的进步，人们对这些问题的认识日益加深，进一步强调了部署全自动化系统进行检查和可持续结构健康监测评估的必要性。铁路隧道结构健康监测越来越需要基于全场图像技术的监测方法。对于任何可能影响隧道完整性的问题的监测系统，最重要的是采用适当的检查方法来表明需要增加注意的潜在问题。检测缺陷对于高效检查、调查隧道状态和重新安排维修作业至关重要，无论何时何地都需要。

2.3 普速铁路养护的新技术

大型地面沉降和局部抽水或工程活动引起桥梁、路基、隧道等的沉降，需要及时处理，介绍了该领域的一些新技术。

2.3.1 高分子注浆提升技术

该技术的原理是高压灌浆设备的使用，注入高聚合物灌浆材料，具有良好的填充性能，快速凝固，并通过注浆管向在支撑层下的分级碎石膨胀。随着注浆压力和膨胀力的注入，上轨结构迅速解除。通过对注浆材料性能和注浆间隔的良好匹配，在钢轨结构的提升后形成的缺口，填补了注浆材料的填充，从而保持了轨道结构的完整性。无碴轨道结构特点是一个长卧嵌无碴轨道结构，这一节构由两组单交叉退出和两组单次退出组成。在道岔前后以及板坯和双块无砟轨道的过渡区域设置了端梁结构，上下游线路的轨道标高采用路基结构，硬化灌浆材料与路基级配碎石完全结合为一体，浆体饱满、密实、无缝隙，无孔洞。

2.3.2 桥架提升技术

采用千斤顶同步提升梁体支座，采用垫钢板技术改善因相邻桥墩不均匀沉降而造成的轨道不平顺。同步提升系统由计算机控制，当提升高度满足垫钢板厚度时，插入垫钢板，梁安装到位，并拧紧支撑螺栓。桥起重技术应用于桥梁的高度调整幅度超过普速铁路在中国最大的提升量，大大改善了相邻桥墩之间的高度差和桥梁。

2.3.3 线下坡技术

根据动、静态试验数据，制定了紧固件的调整方案，调峰是制定计划的原则。即最高点峰值降低，最低点峰值升高。调整固定件后，动态测试的复合轨道沿下坡不平顺度。以中国普速铁路某路段紧固件调整为例，由于全线检测车在该路段超标，在确定最低值高度调整的最大量后，确定基本线性形状。

2.3.4 轨道板更换技术

随着轨道使用时间的延长，在温度应力、列车荷载、风化等综合作用下，部分轨道板会出现开裂、碎屑脱落、胀形等劣化现象。当损坏达到一定程度时，必须在夜间开窗期间更换损坏的轨道板。新开发的技术是在不切断轨道的情况下，通过横向移轨来替代损坏的轨道板。

上述4种新型养护技术在我国普速铁路工程中得到了广泛的应用。高聚物注浆提升技术主要应用于路基，提升量最大。桥架提升技术适用于桥架断面获得相对较大的提升量。线下坡工艺工作量相对较小。轨道板更换技术是解决轨道板老化情况的可行方法。

3 结论

普速列车的行驶性能主要受到轨道不规范的影响。因此，将轨道违章管理价值和列车安全限值作为现有基础设施建设标准的铁路安全指标是科学合理的。从技术标准体系、建设项目标准化管理、动态验收等方面总结了实现我国普速铁路安全指标的主要经验和方法。对比分析了国内外普速铁路状态管理系统和检测监测技术，介绍了新型铁路养护技术。为确定普速铁路安全指标，保持普速铁路的理想状态提供参考，为我国普速铁路安全指标的确定提供了核心支撑。

参考文献

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