高速铁路有砟轨道运营阶段TQI分析及维护技术研究

常逢福 董楠 王瑶

摘要：高速鐵路有砟轨道的轨道质量指数（TQI）直接关系到列车运行的平稳与安全。通过对银西高铁有砟轨道TQI值变化规律进行分析，发现温度降低时梁端变化的数量增多，峰值变大。有砟线路整体TQI变化主要由高低TQI变化造成。据此提出了大机数字化捣固方案，捣固后进行了静态和动态效果分析，作业后静态平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；动态平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。研究结果表明大机捣固能够有效降低高低短波不平顺引起的TQI值，提升高速铁路有砟轨道线路平顺性。

关键词：高速铁路   有砟轨道   TQI   维护

中图分类号：U216.42    文献标识码：A

TQI Analysis and Maintenance Technology Research of the Operation Section of the Ballasted Track of the High-Speed Railway

CHANG Fengfu  DONG Nan  WANG Yao

（Xi'an High-Speed Railway Infrastructure Section， China Railway Xi'an Group Co.， Ltd.， Xi'an， Shaanxi Province， 710016 China）

Abstract： The track quality index （TQI） of the ballasted track of the high-speed railway is directly related to the stability and safety of train operation. Through analyzing the variation rule of the TQI value of the ballasted track of the Yinchuang-Xi'an High-Speed Railway， it is found that the number of beam end deformation increases and the peak value increases when temperature decreases. The overall TQI changes of the ballasted track are mainly caused by the high and low changes of TQI， and a digital large-machine tamping scheme is proposed according to this. After tamping， static and dynamic effects are analyzed. After operation， the static average TQI decreases from 4.07 to 2.4 with a decrease of 41%， and the dynamic average TQI decreases from 3.88 to 2.58 with a decrease of 33%. The research results show that large-machine tamping can effectively reduce the TQI value caused by the irregularity of high and low short waves， and improve the regularity of the  ballasted track of the high-speed railway.

Key Words： High-speed railway; Ballasted track; TQI; Maintenance

近年来，随着我国高速铁路的快速发展，有砟轨道高速铁路的使用规模逐步扩大。在高速铁路长期且反复的振动和冲击作用下以及各类线下基础的长期变形过程中，有砟轨道平顺性满足要求是高速铁路运行安全、乘客舒适的重要保证。目前，预应力混凝土简支箱梁桥是高速铁路中常见的结构形式，由于混凝土收缩徐变特性的存在，随着时间的推移和温度的变化，混凝土箱梁在预应力荷载的作用下产生缓慢的上拱变形，最终导致轨道出现周期性高低不平顺的现象日益普遍[1-2]。

1 工程概况

银西高铁全线长618 km，设18个客运车站，是《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中“十纵十横”综合运输大通道之一“福银通道”的重要组成部分，于2020年12月26日开通。其中，西安局集团有限公司管段范围有砟区段营业里程99.682 km，轨枕采用Ⅲ型混凝土轨枕，每公里铺设1 667根，配套采用V型扣件，道床采用特级碎石道床，线间距为4.6 m；曲线半径最大12 000 m，最小2 000 m；钢轨为60 kg/m、100 m定尺长、U71MnG钢轨，60 N廓形。

2 TQI动态分析

轨道质量指数（TQI 值）是一定长度的左右高低、左右轨向、轨距、水平和三角坑的单项标准差之和，是衡量及反映线路区段整体平顺与否的主要指标。该指标的大小与线路状态平顺性密切相关，表明200 m区段内轨道几何状态离散的程度，即数值越大表明轨道的平顺程度越差，离散波动性越大[3-4]。

通过开通以来综合检测列车数据对比分析，银西高铁有砟区段TQI呈上升趋势，上行有砟区段平均TQI由3.38升至4.15，上升0.77，下行有砟区段平均TQI由3.45升至4.26，上升0.81，有砟区段平均TQI上升0.79。目前有砟区段平均TQI超4.0单元上下行共计257个。

经分析，有砟段TQI值呈增大趋势主要原因是左右高低单项逐年增大，2020年10月左右高低平均值为0.39，2022年6月左右高低平均值0.55，增大0.16。左右高低增大主要原因为简支梁梁端徐变造成，银西高铁正线桥梁共29座/69.786 km，桥梁结构形式为标准24 m、32m简支箱梁、连续梁，对比综合检测列车数据发现，简支梁表现为有规律的32 m间隔短波高低不良，较明显区段为北塬新城特大桥K25+100～K28+209、礼泉南跨G312国道立交特大桥K30+320～K48+897、乾礼特大桥K56+400～K62+500等。

通过分析综合检测列车数据，目前梁端动态高低峰峰值2mm以上的有109.731 km、3 412处，占比82.3％。其中上行55.203 km、1 724处，占上行86.1％，下行54.528 km、1 688处，占下行81.9％。梁端动态高低峰峰值大于5 mm共计32处（上行15处、下行17处）。

（1）在无外部其他因素影响时（如降雨、精调等）银西高铁有砟线路梁端变化与温度变化成正比，温度越低变化越大，最低温度为-2.7 ℃（2021年1月7日），梁端变化占比80.5%，最高温度为35 ℃（2021年6月7日），梁端变化占比32.1%。同时温度每升高一度梁端变化减少80处，温度降低一度梁端变化增加125处。

（2）有砟线路整体TQI变化、高低TQI变化、梁端变化数量、梁端峰值变化能够相互对应，都与温度变化有直接关系。温度降低梁端变化增多，峰值变大，高低TQI增大，进而整体TQI增大，反之亦然。有砟线路整体TQI变化主要由高低TQI变化造成。

（3）通过对有砟桥梁平均TQI、高低TQI、有砟梁端最大峰峰值、有砟梁端峰峰值>2mm同比分析发现，除去温度影响，银西开通一年多来有砟桥梁梁端峰值呈明显增长趋势，需持续加强关注。

3 维护方案

通过动态分析，银西高铁有砟区段TQI呈上升趋势，主要原因是简支梁伸缩徐变产生的线路高低变化，为提高设备质量，提升高铁线路平顺性及舒适性，对TQI超过4.0区段进行有计划地捣固[5-6]。按照动静态相结合的原则，分析动态波形图，确定重点维修地段，利用精测网对作业地段线路平纵断面进行全面测量，根据实际测量线形设计优化作业目标线形，计算确定作业量。

2022年11月13日至30日，利用17个施工天窗，组织对银西高铁石何杨至咸阳北区间上下行K16+543～K28+186进行了线路大机捣固，共完成23.15 km。该区间无缝线路锁定单元14个，锁定轨温为27～29.7 C°；曲线4对8条，最大曲线半径为2 500 m，最大超高为140 mm；竖曲线16段，最大坡度为25‰。按照测量设计方案，最大起道量为11.2 mm，最大拨道量为6.9 mm。

线路大机捣固施工采用大机数字化捣固方式，捣固地段进行稳定作业。施工等级为高速铁路营业线Ⅲ级施工。施工结束后第一列允许放行动车组，第一列限速160 km/h，其后恢复常速。作业模式按照两个作业单元各自独立作业，均采用“捣稳”模式，分别按各自加载的作业数据作业。捣固过程中采取桥面单镐，梁端前后6 m进行双镐捣固，保证梁端道床捣固的密实度。每日每台大機按2～3 km作业量控制[7-10]。

4 维护效果分析

4.1 静态检测情况

4.1.1 平均TQI降幅情况

每天每个作业单元使用轨道测量系统跟车测量TQI，及时复核作业质量。此次作业共计110个TQI单元（其中上行59个、下行51个），作业后静态测量平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%。

作业后TQI各分项降幅明显的为左右高低，降幅67%；水平降幅31%，三角坑降幅21%，轨向降幅10%，轨距基本无变化，作业前后静态TQI情况如表1所示。

4.1.2 TQI单元占比情况

作业前静态TQI≥3.0的共103个单元，2.5≤TQI＜3.0的共7个单元，无2.5以下单元。作业后TQI≥3.0的共7个单元，降幅93%；2.5≤TQI＜3.0的共27个单元，TQI＜2.5的74个单元，作业前后TQI单元占比情况如表2所示。

4.2 动态检测情况

4.2.1 平均TQI降幅情况

对比11月初与12月动检车数据，该区段动态平均TQI由捣固前3.88下降至2.58，降幅33%。

作业后TQI各分项降幅明显的为左右高低，降幅53%；水平降幅19%，三角坑降幅16%，轨向降幅10%，轨距降幅7%，作业前后动态TQI情况如表3所示。

4.2.2 TQI单元占比情况

作业前动态TQI≥3.0的共104个单元，2.5≤TQI＜3.0的共6个单元，无2.5以下单元。作业后TQI≥3.0的共15个单元，降幅85%；2.5≤TQI＜3.0的共44个单元，TQI＜2.5的51个单元，作业前后动态TQI单元占比情况如表4所示。

4.3 效果

通过对比捣固前后静态、动态TQI，各分项指数降幅明显，消除了简支梁收缩徐变引起的高低不平顺，作业后静态平均TQI由4.07下降至2.4，降幅41%；动态平均TQI由3.88下降至2.58，降幅33%。此次大机捣固整体效果良好，成功积累了有砟高铁线路捣固经验。

5 获得的经验

（1）高速铁路桥梁收缩徐变是造成轨道周期性高低不平顺的主要原因，工务部门应加强对桥梁地段的监测，根据动检数据适时安排养护作业。

（2）大机捣固能够有效降低高低短波不平顺引起的TQI值，提升高速铁路有砟轨道线路平顺性。

（3）维护作业应提前做好捣固设计方案、合理确定作业模式、及时跟车质量验收并合理选择作业时段，确保锁定轨温满足无缝线路相关要求。

6 结语

银西高铁有砟轨道平顺性分析及养护维修实践为高速铁路有砟轨道运维提供了借鉴和技术参考。工务部门应密切关注桥梁收缩徐变造成的TQI变化情况，适时开展大机捣固，提高高速铁路有砟轨道平顺性。

参考文献[1] 黎国清，刘秀波，杨飞，等.高速铁路简支梁徐变上拱引起的高低不平顺变化规律及其对行车动力性能的影响[J].中国科学：技术科学，2014，44（7）：786-792.